面向大工科和國際化背景下大學物理實驗課程的探索

摘 要：大學物理實驗是高等院校面向理工農醫等學科的學生開設的一門基礎課程，具有理論與實踐并重、綜合性強的特點。針對我校面向大工科專業的學生和來華留學生開設該課程，傳統的教學內容、模式和思維，老舊的教材和實驗項目及器材，已經不能適應培養創新型人才的需要，作者經過多年教學實踐，從教學內容、教學方法和考核方式等多方面提出了一些改進措施，提高了該課程的教學質量和學生動手能力及創新能力。

關鍵詞：大學物理實驗；教學改革；課程質量

一、 引言

大學物理實驗是對高等院校學生進行科學訓練的一門重要的基礎課程，是理工農醫等學科的學生進入大學后最開始接受的基本實驗方法和技能訓練，是其接受與所學專業有關的其他實驗訓練的基礎。

大學物理實驗課的開設，不僅要讓學生受到基本的物理實驗技能訓練，鍛煉他們的動手能力，更要培養學生熱愛科學、理論聯系實際，以及團隊合作和創新精神。因此，大學物理實驗課在培養學生的綜合素質的過程中起著重要的引領作用，是學生做好專業實驗的基礎。

揚州大學是一個專業門類齊全的地方性綜合性大學，為提高人才培養質量和素質，學校要求我們物理科學與技術學院實驗中心面向全校理工農醫各專業開設大學物理實驗課程，而且近年來隨著我校留學生的逐漸增多，各留學生培養單位也要求我們針對一些工科留學生也開設大學物理實驗課程。

針對不同專業學生基礎的差別和留學生的特殊性，如何上好大學物理實驗課，對我們而言是一個挑戰。經過多年的實踐，我們逐漸摸索到了一些規律和經驗，也引發了我們如何進一步改進大學物理實驗課教學的一些思考。

由于大學物理實驗課程涉及力、熱、聲、電、光等多個物理學分支、綜合性強，面向的應用型工科專業學科背景差異很大而且學生基礎參差不齊，采用傳統的教學模式和思維已經不能滿足培養創新型人才的需要。

存在的問題主要表現在這幾個方面：教學方法單一，學生按部就班做實驗，動手動腦能力得不到鍛煉；學生學習主動性不高；學生自主設計實驗等方面的需求不能滿足，創新條件不足，創新能力較弱；學生以敷衍了事的態度撰寫固定格式的實驗報告等。

因此，更新教學理念和思維，采用適應現代教育和科技發展需要的教學方法才能解決這些問題，以達到因材施教，開闊學生眼界，拓寬學生思路，真正培養學生的實際動手能力和創新能力。

二、 教學改進措施

（一） 優選好的教材或自編針對性強的講義

一本好的大學物理實驗教材或講義要求概念準確，原理正確簡潔，圖形圖片精美清晰，直觀形象，實驗內容的編排翔實有序，邏輯性強，學生接受度高和可操作性強。對實驗教材而言，沒必要像理論課教材那樣對原理性內容闡述得嚴謹細致，面面俱到，但一定要正確簡潔，不要讓原理性的內容占據過多的篇幅，讓學生看后還不知所云。

雖然編寫實驗教材的老師大多并非某個科研領域的大家，但是做到上述幾點并不是一件難事，這也是一本好的大學物理實驗教材或講義的基本要求，這方面我們可以借鑒一些國外經典普通物理實驗教材和國內優秀大學物理實驗教材的編寫方式。

每個學校針對的學生的基礎和專業不同，購買成套或自制的實驗裝置也不同，實驗項目差別很大，多數采用自編的教材或講義，針對這樣的情況，實驗內容的編排，特別是實驗步驟描述的邏輯連貫性要好，文字的可讀性強，盡量要讓學生能夠按照教材或講義獨立自主操作。

（二） 課堂教學方法的改進

大學物理實驗課的上課模式一般為老師先講授與本次實驗密切相關的理論基礎知識，接著詳細講授本次實驗用到的實驗器材的操作方法及注意事項，然后是學生自己動手做實驗，老師在實驗過程中會不斷巡視，幫助學生解決實驗過程中遇到的問題。

盡管大多數的老師都會要求學生在做實驗之前，需要預習本次實驗的內容，但大部分學生在實驗之前從來沒有接觸過實驗裝置，懂一些原理性的知識，但具體怎么操作并不知道，也有一些學生在實驗過程中不愿意靜下心來仔細看實驗教材或講義上的內容，或動手能力不強，或不愿去思考，遇到問題就找老師，而老師為了圖省事，就簡單地去直接幫助學生完成操作。

學生在實驗過程中遇到問題是常態，老師應該多采取一些引導學生思考的方法，盡量讓學生自己去解決問題，而不是直接代替學生操作。

作者建議把大學物理實驗課的上課模式由老師主導改為由學生主導。老師只講一點原理性的內容和關鍵操作，少動手，盡量讓學生多動手，多動腦。培養學生的動手能力和解決問題的能力，在時間和條件允許的條件下，盡可能地讓學生獨立完成實驗內容，讓學生體會到獨立完成實驗的成就感，培養他們面對困難的勇氣和自信心，培養他們對科學的興趣。

給一些喜歡實驗的學生提供一定的自由發展的空間，在保證實驗安全的前提下，讓學生自己設計實驗方案，自己選擇實驗儀器，在工作日全天開放實驗室，讓學生根據自己的專業、興趣、時間來做實驗，學會應用一些計算機軟件，如MATLAB，Origin，Excel等處理實驗數據和繪圖，獨立撰寫實驗報告，從根本上改變傳統大學物理實驗教學模式中教師主導，學生被動，時間固定，內容一成不變，只重結果，不重過程，不顧個人興趣的弊端。

（三） 網絡及多媒體的應用

紙質教材只用文字和簡圖描述原理、設備和步驟等，學生讀起來感覺枯燥乏味。而多媒體課件融圖形、文字、動畫、視頻等為一體，容易把抽象的知識形象化，學生接受程度高，讓教學變得輕松和生動。

此外“微課”“慕課”等新型網絡教學工具的出現也彌補傳統教學模式的不足，讓學生在課前課后觀看，不受時間、空間、重復次數的限制。比如“拉伸法楊氏模量的測量”“示波器的使用”等實驗，都可以從優酷網上找到相應的視頻材料。

當今世界，科技日新月異，大學物理實驗教學要能跟上科技的進步。因此，大學物理實驗的內容要能夠在一定程度上體現出現代科技的發展，開設一些緊跟當前科技熱點的、能充分吸引學生學習興趣的實驗項目，淘汰一些老舊的實驗項目。

限于高校的條件有限和經費不足，無法及時購置一些反映新型科技成果的實驗，但我們可以從網絡上下載一些視頻資料，集中播放給學生看，這些資料還可以上傳到實驗室的網絡上，方便學生隨時下載和觀看。這些措施成本極低，增加學生對實驗的興趣，激發學生的學習熱情，也利于提高教學效果。

（四） 考核方式的改進

大學物理實驗課程傳統的考核模式是某次實驗完成后，學生把實驗數據交給老師檢查，老師查看數據是否合理，簽字確認（如果數據有問題，老師會要求學生重新進行實驗直到數據合理為止）。

課后學生根據固定的實驗報告模式，處理數據，撰寫實驗報告，老師根據學生的實驗報告給出實驗成績。但實驗報告并不能完全反映出學生在實驗過程中的動手操作能力和對具體實驗的掌握情況。因此，這樣的實驗考核方式不合理，不利于學生動手能力的培養。

而采用多環節綜合評判，包括預習情況、實驗過程中的操作情況、回答問題及討論情況、實驗報告（包括數據處理和繪圖）、開放和自主實驗完成情況、期末考試等，可以促進大學物理實驗教學。

我們每年都會發現有些學生存在偽造實驗數據，抄襲別人實驗數據或實驗報告的行為。對于這樣的行為，我們總是堅決要求學生重做實驗或重新撰寫實驗報告，因為這是涉及學術道德的問題。對出現學術不誠信行為的學生，我們給予口頭警告，并告知他們這樣的行為在歐美國家會導致退學的嚴重后果。

（五） 面向留學生的大學物理實驗課程

隨著我校留學生規模的逐漸擴大，越來越多的專業要求我們針對留學本科生和研究生開設大學物理實驗課程，以提高他們的實驗動手能力。這些留學生大部分來自南亞和非洲國家，生源質量參差不齊，沒有中文基礎，存在溝通障礙，而且國內很難找到合適的英文版大學物理實驗教材，如何針對留學生開好大學物理實驗課程，對我們而言是一個挑戰。

我們采取自制英文實驗講義、在儀器關鍵位置貼英文標簽、精選實驗題目、減少實驗內容、改變考核方式等措施。針對由于語言問題引起的溝通不暢，我們選用在英語國家具有2年以上留學經歷的教師，采用小班制的follow me教學方式，針對實驗中的具體操作問題一個一個手把手教，主動跟留學生交朋友，在生活上與他們互動，這些措施發揮了不錯的功效，得到了留學生的認可。

在課堂管理上，針對一些留學生時間觀念不強，有不來上課和遲到等行為，我們采取讓每一個國家的留學生自選一個召集人的方式，請召集人敦促他們按時來上課。這些來自不同國家的留學生大部分都還是很活躍的，有很強的求知欲望，實驗課的教學形式與理論課比較起來很生動靈活，大部分人非常珍惜這樣全面的動手能力訓練的機會。

針對留學生的成績考核，由于他們都不是物理專業，要求他們按照一般工科專業的學生一樣撰寫固定格式的實驗報告存在很多問題，我們一般要求他們在做完實驗后并不馬上離開實驗室，而是留下來現場處理實驗數據，針對存在的問題，我們可以很快予以糾正，幫助他們提高數據處理與繪圖能力。

綜上，針對我校面向大工科和留學生的大學物理實驗課程存在的一些問題，作者進行了一些嘗試性的改進，幾年的結果證實，改進后的大學物理實驗課程教學效果良好，師生互動明顯得到加強，有助于學生快速掌握科學實驗的基本知識、方法和技巧，提高了學生的動手能力和綜合素質，幫助他們樹立學術誠信的觀念，為他們的專業課實驗奠定了基礎。

三、 結束語

作者在大學物理實驗課程教學中，對教學內容、教學方式和考核方式進行了改進，積極引入新的教學的理念和現代教學方法，提升了教學質量和效果，提高了學生的動手能力，培養學生提出問題、分析問題和解決問題的能力，創新能力和綜合素質。大學物理實驗教學的改革需要廣大教師和學生共同努力，是一個需要不斷探索、不斷反思、不斷實踐的過程。

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作者簡介：

余華光，江蘇省揚州市，揚州大學物理科學與技術學院。