農業院校大學物理實驗現狀及教學實踐與探索

姜貴君 曹學成 王永剛

關鍵詞 大學物理 設計性實驗 研究性實驗 教學改革

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.09.061

Abstract At present， the country is promoting the construction of "double-first-class" universities， and "cultivating top-notch innovative talents" is an important content in the teaching reform of Chinese colleges and universities. According to the actual situation of physics experiment teaching in agricultural universities in China， taking Shandong Agricultural University as an example， the reform and exploration of university physics experiment teaching were carried out， and the physical experiment projects were studied and developed， which were applied to the experiment teaching practice and achieved good teaching results.

Keywords college physics; designing experiment; research experiment; teaching reform

大學物物理實驗課是對學生進行科學實驗基本訓練的一門獨立的、必修的基礎課程。大學物理實驗教學改革的主要方向是培養學生的實踐能力和創新精神，注重應用性、研究性和創造性。為此，我校大學物理實驗教學中心根據本科人才培養目標的要求，大力推進實驗教學改革。對大學物理實驗內容及架構進行了整合，由基礎實驗和驗證性實驗為主，逐步加大設計性和研究性實驗的比例。根據農業院校特點及現有條件進行研究開發一些設計性、研究性實驗項目，運用到實驗教學實踐當中，培養學生把理論知識轉化為能力，為畢業設計、科學研究和學術論文撰寫奠定基礎，取得了良好的教學效果。

1 農業院校大學物理實驗現狀

長期以來，由于基礎物理實驗教學內容固定、更新遲緩，傳統的物理實驗教學中往往是驗證性和測量性實驗多，設計性、研究性實驗少，不利于培養學生的綜合實踐能力和創新精神，不能滿足當今社會對人才的需求。[2]

目前，國家正在大力推進高等學校“雙一流”建設、特色建設、高質量建設，教育部在開展高等學校實驗教學示范中心建設和評審工作的通知中指出，先進的實驗教學體系、內容和方法應當從人才培養體系整體出發，建立以能力培養為主線，分層次、多模塊、相互銜接的科學系統的實驗教學體系，加強設計性、研究性實驗。所謂設計性、研究性實驗是指讓學生獨立自主地對實驗方法進行設計并對實驗結果進行分析和研究的物理實驗。為加強學生的創新意識和實踐能力的培養，大多數高校大學物理實驗的內容均包含設計性、研究性物理實驗，并且設計性、研究性物理實驗在大學物理實驗內容中所占的比例呈上升趨勢。從全國大學物理實驗室建設和教學改革來看，都在不同程度上對物理實驗教學的內容進行了系統的整合。很多高校在不同程度上刪除了一些陳舊的實驗內容，在原來的普通物理實驗的基礎上結合學校自身實際情況增加了設計性、研究性實驗。

經調查，全國高等農業院校的大學物理實驗很多是以基礎實驗為主，設計性、研究性實驗偏少。為改變這一現狀，我校物理實驗教學中心結合本校“拔尖型、創新型、復合型、專業型”人才培養目標和要求，大力推進實驗教學改革，面向不同專業的需求，對大學物理實驗內容及結構進行了整合，減少了驗證性大學物理實驗，增加了應用性強的設計性和研究性實驗，[3]并增加一些與學生專業背景相關的設計性、研究性實驗，使農業院校大學物理實驗教學體系及教學方案更加完善。

2 設計性、研究性實驗項目的開發

2.1 實驗項目開發過程

（1）選題。實驗項目在設計的內容和探究的程度上，都要受到學生的知識基礎和能力發展水平的制約。對實驗的難易程度要在設計之初加以預測，課題太難，實施難度較大時，會使學生喪失積極性，而選題太容易學生也會失去興趣。因此，所選的實驗課題的難易程度要適當，要考慮學生能否從某個途徑獲取相關資料以及實驗室能否提供所需的實驗儀器設備。

（2）擬定可行的實驗方案。根據所選的實驗課題，制訂出一個可行的實驗方案，其中最為重要的是理論為依據制定出實驗方法和實施步驟。

（3）不斷完善實驗內容。學生通過擬定的實驗方案查找資料，進行可行性分析，并根據實施情況不斷完善實驗內容。設計性、研究性實驗教學以討論式、啟發式為主，也可采用其他更為靈活的方式。

2.2 實驗項目開發類型

在研究開發大學物理設計性、研究性實驗項目時，除滿足上述“選題”要求外，還要根據學校自身特點、專業需求及現有的實驗儀器設備而進行分類開發設計。[4]（1）基于單一物理量測量而設計。這類實驗密切結合學生專業（如水利、食品科學等專業），是培養學生創造性、發散性思維能力的重要途徑。（2）基于驗證物理規律而設計。這類實驗對于培養學生科學探究能力是非常重要的。（3）面向專業需求而設計。這類實驗依據不同專業背景進行的設計性、研究性實驗項目，能使學生從實驗中感受和體會學有所用的樂趣，既能激發學生的創新欲望，又能提高學生的創新興趣，培養學生的創新能力，為今后開展專業性的科研和論文撰寫奠定基礎。（4）基于探索物理規律而設計。這類實驗能很好地培養學生科學探索的興趣和能力，有利于培養學生的科學態度和用實驗的方法研究和解決問題的物理思想。

3 物理實驗教學改革實踐探索

我校是一所以農業科學為優勢，生命科學為特色，融農林、理工等多學科于一體的綜合性大學。開設大學物理實驗的專業主要有理工、農林及生命科學類近60個本科專業。結合我校人才培養目標和要求，物理實驗教學中心打破了力、熱、電、光、近代物理封閉的傳統物理實驗課程體系，注重物理實驗的時代性與先進性，在大學物理實驗體系建設中，實行四層次實驗課程體系：基礎性實驗、綜合性實驗、設計性實驗和研究性實驗。從專業上把大學物理實驗分為理科、工科和農林及生命科學學科。我校大學物理實驗教學分為為三個階段進行：第一階段進行的是“基礎性實驗”和部分“綜合性實驗”教學，屬于必修課，一般是在大一第二學期、大二第一或第二學期開設;第二階段進行的是“綜合性實驗”和“設計性實驗”教學，屬于選修課，一般是在大二第二學期或大三第一學期開設;第三階段進行的是“研究性實驗”教學，屬于開放性實驗，一般是為參加科技大賽或科學研究的學生開設的物理實驗。下面重點論述設計性物理實驗教學改革與實踐。

我校設計性物理實驗主要是通過選修課進行實踐教學。學生由基礎性實驗逐步到創新設計性實驗階段，為更好地開設大學物理實驗選修課奠定了良好基礎。設計性物理實驗，一部分項目已在必修課上完成，其余項目作為選修課供學生選做。學生通過選修設計性物理實驗課程，完成一定數目的設計性物理實驗，根據實驗項目自己進行查閱資料、設計、裝配、調試實驗裝置等，直至完成整個實驗。為了便于指導設計性物理實驗項目，我們把專業分為理工類和農林及生命科學類兩個模塊，根據教師專長及興趣組建這兩類實驗的指導教師團隊，分別對學生進行設計性實驗的指導。學生根據自己的專業或需求選擇模塊，然后再從模塊中的實驗項目選擇三到四個實驗題目。學生選定題目后，經一周的時間對自己所選的其中一個實驗題目查閱資料，設計實驗方案，并寫出預習實驗報告。在做實驗前把預習實驗報告交給指導教師檢查，師生之間也可展開討論，認定可行后，學生方可進行實驗操作，如果預習實驗報告沒有完成，實驗方案不可行，取消本次實驗。學生可重新選定實驗題目或者對上次的實驗題目重新設計實驗方案，并寫出預習實驗報告。學生在實驗操作時，指導老師會巡視學生實驗操作，并給予指導。測得的實驗數據讓指導老師審查后，再處理數據，完成后將實驗報告交給指導老師。實驗室對每個實驗項目都制定了具體的考核辦法和評分標準。指導老師依據評分標準，根據學生在實驗各環節的完成情況對本次的實驗進行綜合教學評價。實驗報告應由預習實驗報告、實驗過程、結果分析三大部分組成。課程成績按百分制評定，每個環節具體分值分配為：預習實驗報告40分，實驗操作過程30分，處理數據及結果分析30分，最后成績取所有實驗成績的平均值。

設計性物理實驗和專業課教學內容有機整合，使學生學以致用。根據不同的專業需求，開設與學生專業背景相關的設計性實驗，增強實用性，提高學生的科研興趣。[5]例如：對農林專業的學生增設溫度、濕度等傳感器在農業領域中應用方面設計性實驗;對于電氣類專業可增設示波器電路等電學方面的設計性實驗。在設計性實驗教學中，為學生提供了自主創造的空間，學生可以做自己想做的事情，有效培養了學生的獨立思考能力和科研能力。增強動手能力和解決問題能力，有助于創新意識的培養。

4 結語

經過幾年的探索與實踐，我們認識到開設設計性、研究性實驗，能因材施教，重視學生的個性化教育，使學生的創造力得到應有的發揮，是農業高等院校進行物理實驗改革的有效途徑之一。設計性、研究性物理實驗，延伸了實驗教學的空間，以適應與時俱進的課程發展的需要。因此，各個學校的大學物理實驗教學改革成功經驗都值得研究和借鑒，根據自己學校特點，進一步補充和完善大學物理實驗教學內容，形成適合本校特點的大學物理實驗教學模式。

基金項目：2018年度中華農業科教基金教材建設研究項目：設計性及研究性大學物理實驗數字化資源庫建設與研究（NKJ201803006）;2018年度中華農業科教基金教材建設研究項目：大學物理融媒體教材與課堂一體化教學改革研究（NKJ201802010）;2018年度中華農業科教基金教材建設研究項目：農業大學物理理論課數字化教材建設的研究（NKJ201803005）

參考文獻

[1] 教育部，財政部，國家發展改革委印發.關于高等學校加快“雙一流”建設的指導意見[EB/OL].教研（2018）5號.http：//www.moe.gov.cn/.

[2] 朱盼盼，王旗.以創新能力培養為目標的大學物理實驗教學改革[J].大學物理實驗，2017.30（3）：146-148.

[3] 楊迪，孫麗媛，周永軍，等.在大學物理實驗課程中創新人才培養的研究與實踐[J].大學物理實驗，2017.30（6）：139-141.

[4] 張映輝.設計性研究性實驗題目設置和教學方法初探[J].大學物理實驗，2015.28（1）：107-109.

[5] 王帆，姚慶香，樊麗娜，等.獨立學院大學物理實驗開發的研究[J].物理之友，2016.32（6）：17-19.