大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的探索與研究

（滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 安徽 滁州 239000）

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是高等院校理工類學(xué)生必修的一門實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)課程，也是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法及受到實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的良好開端[1]，在實(shí)驗(yàn)中不僅培養(yǎng)學(xué)生的操作實(shí)踐能力，也為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，對(duì)推動(dòng)高校素質(zhì)教育的發(fā)展發(fā)揮了很大的作用。因此，對(duì)多數(shù)理工類的學(xué)生來說，物理實(shí)驗(yàn)的技能在其物理學(xué)教學(xué)中占有非常重要的地位[2]，即大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)是很有必要的。

1．高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)大學(xué)物理教學(xué)的差異

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是以實(shí)驗(yàn)儀器、計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)及Proteus、NB仿真軟件等相結(jié)合并應(yīng)用到教學(xué)中進(jìn)行學(xué)習(xí)和實(shí)踐應(yīng)用的一門課改的實(shí)驗(yàn)性基礎(chǔ)課程。它是以日常生活案例及現(xiàn)代科技項(xiàng)目的應(yīng)用為背景引入，以物理學(xué)為后續(xù)專業(yè)服務(wù)的內(nèi)容教學(xué)為中心，強(qiáng)調(diào)教師以引導(dǎo)啟發(fā)式教學(xué)為輔，學(xué)生親自動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)為主，再借助物理實(shí)驗(yàn)儀器和仿真軟件為實(shí)踐應(yīng)用。新課程改革強(qiáng)調(diào)的是物理學(xué)實(shí)踐的應(yīng)用，突出它的實(shí)用性，并為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)做好鋪墊，從而避免了傳統(tǒng)大學(xué)物理知識(shí)的枯燥及公式的繁瑣推導(dǎo)過程。

傳統(tǒng)的大學(xué)物理教學(xué)采用“黑板+粉筆”滿堂灌輸式的教學(xué)方法，教師在課堂上“一言堂”一味地講授理論知識(shí)及公式的推導(dǎo)過程，忽略了學(xué)生的練習(xí)及知識(shí)間的銜接應(yīng)用，學(xué)生完全被束縛了課堂上的“主導(dǎo)”作用，更談不上物理知識(shí)應(yīng)用到后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。教學(xué)過程單一、枯燥，一節(jié)課就圍繞著“理論知識(shí)-定理定律--公式—推導(dǎo)—例題分析”教學(xué)，這種教學(xué)過程已然不適應(yīng)目前各高校對(duì)復(fù)合型人才培養(yǎng)的教育方式，并且這種教學(xué)過程也達(dá)不到物理為后續(xù)專業(yè)課服務(wù)的預(yù)期效果。

2.高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)未與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)接軌上

近幾年來，受我國高考制度改革的影響，高考忽略了學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的能力而只注重實(shí)驗(yàn)語言敘述表達(dá)理解能力，使大一新生缺乏動(dòng)手操作的創(chuàng)新能力。在高中，有些教師一味讓學(xué)生考高分，僅僅講授高考物理大綱要考的實(shí)驗(yàn)題型，進(jìn)行機(jī)械式的授課、講題做題。也有的高中物理實(shí)驗(yàn)室只是擺設(shè)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備落后，實(shí)驗(yàn)器材不足、教師不重視等外因內(nèi)因，高中生三年期間沒到過實(shí)驗(yàn)室做過實(shí)驗(yàn)，只知道實(shí)驗(yàn)原理、步驟去應(yīng)付下高考，沒有實(shí)驗(yàn)實(shí)操能力。導(dǎo)致理工類學(xué)生進(jìn)入大學(xué)階段涉及的實(shí)驗(yàn)課的動(dòng)手操作能力欠缺，更談不上學(xué)生去提升自身的實(shí)操創(chuàng)新能力了。

3.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)的必要性

目前高校的物理實(shí)驗(yàn)軟件和多媒體的結(jié)合只是局限于大學(xué)物理純理論教學(xué)的輔助手段，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到在學(xué)習(xí)大學(xué)物理知識(shí)的時(shí)候應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)所預(yù)期的程度，而大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)正好彌補(bǔ)了上邊這些不足點(diǎn)，在確保大學(xué)物理教學(xué)質(zhì)量被提高的前提下，教師在課堂教學(xué)過程中融入一定的物理實(shí)驗(yàn)就顯得很有必要。一方面學(xué)生借助實(shí)驗(yàn)儀器、計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)和Proteus、NB等仿真軟件相結(jié)合觀察物理現(xiàn)象，解決日常生活實(shí)際應(yīng)用性問題，讓學(xué)生去解釋和驗(yàn)證一些物理規(guī)律，激發(fā)出學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)興趣的提高。另一方面培養(yǎng)了學(xué)生有意識(shí)的用物理知識(shí)去解決實(shí)際問題的能力，從而拓展了學(xué)生動(dòng)手能力的操作。

高校開設(shè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的做法不僅能緩解高校普遍存在的大學(xué)物理課時(shí)不足的矛盾，也大大加強(qiáng)了高校大學(xué)物理實(shí)踐課教學(xué)的環(huán)節(jié)，符合現(xiàn)階段課程改革的要求。開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程要本著“以教師為引導(dǎo)，以問題為導(dǎo)向、學(xué)生為主體”式教學(xué)，選做的實(shí)驗(yàn)題材也要與現(xiàn)代科技前沿項(xiàng)目及各專業(yè)后續(xù)專業(yè)課程的知識(shí)點(diǎn)銜接好，要具有開放發(fā)展性，培養(yǎng)出當(dāng)今時(shí)代所需求的高素質(zhì)技能型人才。

4.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的策略性

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)不同于一般的理論課教學(xué)，其中重要的一點(diǎn)就是實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容不僅貼近科技前沿，還貼近人們的日常生活，很好地提高了學(xué)生的動(dòng)手操作能力，對(duì)于學(xué)生搞不懂的實(shí)驗(yàn)，可以重復(fù)操作實(shí)驗(yàn)，減輕了教師講解的遍數(shù)，學(xué)生反而加深對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解。高等院校存在部分理工類的學(xué)生物理基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，對(duì)物理公式的應(yīng)用、定理定律的理解困難，因此，大學(xué)物理教師在課堂教學(xué)時(shí)，盡量避免一些公式、定理的繁瑣推導(dǎo)、證明，而要多注重物理公式、定理的融合應(yīng)用。而大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)卻能很好地解決此類問題，但還需要教學(xué)策略性。

4.1 選擇合適的物理實(shí)驗(yàn)軟件

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的操作主要依賴于物理實(shí)驗(yàn)儀器、計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)和仿真軟件等相互結(jié)合的應(yīng)用。物理問題和計(jì)算機(jī)的使用就是以實(shí)驗(yàn)軟件作為橋梁連通起來，所以，選擇合適的軟件對(duì)物理實(shí)驗(yàn)操作顯得非常重要。大學(xué)里物理實(shí)驗(yàn)要選擇相對(duì)成熟并通用的物理軟件，比如Proteus、NB-Elect rical Lab、Excel、Origin 等軟件，這些物理實(shí)驗(yàn)軟件具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)可視化功能、實(shí)現(xiàn)最小二乘法實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力及編輯統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)運(yùn)算的能力，學(xué)生易于掌握理解，不但能計(jì)算出精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)值，還具有精細(xì)的圖形繪制、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的曲線擬合等功能。大學(xué)物理教師可以采用3-5課時(shí)介紹物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理軟件的功能、操作原理步驟、應(yīng)用、曲線擬合、擬合數(shù)據(jù)分析、誤差處理等，根據(jù)學(xué)生的情況因材施教，讓學(xué)生逐步掌握并靈活運(yùn)用這些軟件進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)，鍛煉他們的動(dòng)手操作能力，提升創(chuàng)新意識(shí)。

4.2 融入“慕課”的教學(xué)模式到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程中

隨著現(xiàn)代化信息化時(shí)代的飛速發(fā)展及互聯(lián)網(wǎng)+的普及，慕課（MOOCS）的教學(xué)模式已被各高校及教育界所關(guān)注采納，其優(yōu)勢(shì)課程時(shí)間短，重難點(diǎn)突出，學(xué)生可以在智能手機(jī)上下載app移動(dòng)客戶端，只要有網(wǎng)絡(luò)，可不受時(shí)間地點(diǎn)限制，隨時(shí)隨地想學(xué)就學(xué)，完全異于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式。大學(xué)物理教師如果把慕課的教學(xué)模式融入到實(shí)驗(yàn)課程中去，與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式互補(bǔ)優(yōu)缺點(diǎn)，把實(shí)驗(yàn)課的理論部分和實(shí)驗(yàn)操作步鄹放在慕課中，課堂上教師強(qiáng)調(diào)學(xué)生注意實(shí)驗(yàn)操作事項(xiàng)，這樣學(xué)生就可以自由支配時(shí)間、地點(diǎn)通過“慕課”學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)課的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)步鄹，課堂上再分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、處理，討論有無誤差等過程。這樣的實(shí)驗(yàn)課程創(chuàng)新大大節(jié)省了課堂上理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作步鄹的講授時(shí)間，反而增加了學(xué)生實(shí)驗(yàn)課的自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方案、組裝實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)時(shí)間及研討結(jié)論等環(huán)節(jié)。大大培養(yǎng)了學(xué)生的親力動(dòng)手操作能力和創(chuàng)新意識(shí)，提升了學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的興趣，更有效地提高了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果[3]。

4.3 結(jié)合各專業(yè)人才培養(yǎng)方案需求特點(diǎn)，處理好大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課與理論課之間的融合關(guān)系

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中所用到的物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理軟件包具有多方面的實(shí)用功能，比如在求變力做功、剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)、小球碰撞、聲速的測(cè)量、金屬絲應(yīng)力特征及系數(shù)的測(cè)量，壓力傳感器表面的張力系數(shù)的測(cè)定等方面的內(nèi)容就有很多用處。即在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排過程中，結(jié)合各系部專業(yè)人才培養(yǎng)方案需求的特點(diǎn)，合理安排物理實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置更趨于合理化[4]，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)提供幫助，并讓學(xué)生利用已掌握的物理知識(shí)和專業(yè)知識(shí)融合在一起的實(shí)驗(yàn)、計(jì)算及編程設(shè)計(jì)等能力。這種有針對(duì)性的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)是非常有用的，能極大地滿足不同專業(yè)層次學(xué)生的需求，是對(duì)學(xué)生的動(dòng)手操作、創(chuàng)新意識(shí)、課程融合解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)，更是對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法及方式的嘗試改革，對(duì)傳統(tǒng)大學(xué)物理教學(xué)模式的補(bǔ)充。物理理論教學(xué)是進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，只有在學(xué)生熟練掌握物理理論基礎(chǔ)的前提下，才可以對(duì)所學(xué)專業(yè)遇到的問題采用相對(duì)應(yīng)的物理知識(shí)，所以說，理論課教學(xué)是基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐是補(bǔ)充科學(xué)，與專業(yè)理論課融合是培養(yǎng)提升學(xué)生綜合能力的最終目的。

4.4 積極開展物理發(fā)明創(chuàng)作競(jìng)賽活動(dòng)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

利用計(jì)算機(jī)仿真軟件和物理實(shí)驗(yàn)儀器解決學(xué)生的動(dòng)手操作能力，學(xué)?？梢远嚅_展物理實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽或“我愛發(fā)明創(chuàng)作”為主題活動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生多參加此類型活動(dòng)以提升自身的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)芰屯貙捵约旱囊曇?。物理?shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽的內(nèi)容主要是對(duì)實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)和步鄹操作及創(chuàng)新的技能兩部分[5]，特別是實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新技能這部分，學(xué)生要自己或團(tuán)隊(duì)協(xié)作設(shè)計(jì)方案，再通過實(shí)驗(yàn)反復(fù)證明結(jié)果。學(xué)生親自體驗(yàn)發(fā)明創(chuàng)新的過程，更好地提高他們的綜合素質(zhì)和學(xué)習(xí)物理的興趣。

總之，高校開設(shè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)起了很大的作用，雖然目前很多高校對(duì)實(shí)驗(yàn)課程沒有引起高度重視，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)很少。但物理工作者要不斷探索和實(shí)踐大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，逐步完善課程體系，讓物理實(shí)驗(yàn)這種教學(xué)模式煥發(fā)出更強(qiáng)大的生命力，真正為培養(yǎng)技能應(yīng)用型人才奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[6]。