淺談“大學物理實驗拓展”選修課建設經驗

芮云軍 楊迎

[摘 要] 在大學物理實驗教學中，部分學生表達出希望繼續深入實驗研究的愿望，為此開設了《大學物理實驗拓展》選修課進行教學。該課程的開設對培養學生創新思維和創新實踐能力起到了積極的作用，同時教師在指導過程中，也提升了自己的教學水平和解決實際問題的能力。可以說真正實現了師生的“教學相長”，值得借鑒。

[關鍵詞] 大學物理實驗;拓展;創新實踐;教學相長

[基金項目] 南京工業大學教學改革項目（2019JXGG2011）;江蘇省大學生創新訓練計劃重點（國家級）項目（20181029108X）

[作者簡介] 芮云軍（1977—），男，江蘇丹陽人，博士，副教授，主要從事大學物理實驗教學研究;楊 迎（1987—），男，湖北隨州人，講師，博士，主要從事光學工程教學與實驗研究。

[中圖分類號] G642 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）43-0265-02 ? ?[收稿日期] 2020-03-25

物理學是一門以實驗為基礎的學科，對理工科學生來講，扎實的實驗能力和實踐探究能力是創新能力培養的重要方面，而《大學物理實驗》課程可以承載培養學生創新能力的功能。但是現行大學物理實驗課的內容，特別是經典實驗，大都是驗證性的。強調動手能力的培養，忽視創新能力的培養。實驗課體系按學科分類，忽視各學科間的滲透和交融，已不適應時代發展的需要[1]。

另外，工科學生的物理實驗課時明顯偏少，學生只能進行一些基礎性實驗的學習與操作，主要是進行基本理論、基本方法、基本技能的“三基”系統訓練。可以說，學生的創新意識剛剛被有所啟發，就“戛然而止”，非常不利于學生創新能力的培養。所以我們通過對《大學物理實驗拓展》課程的建設，積極進行物理實驗教學模式的研究與實踐，使學生對物理實驗的興趣延續，更加勇于提出實驗過程甚至生活中的物理問題，積極思考，培養創新意識與創新實踐能力;同時教師作為指導者，也要不斷學習，提高理論和業務水平，解決實際問題，實現師生之間的“教學相長”。

一、大學物理實驗課程改革的發展現狀

國內的一些高校已經進行了積極的教學改革并且取得了不小的成果。復旦大學的呂景林教授等人以演示實驗作為切入點，開創了新的實驗教學模式[2]。通過“物理演示實驗拓展”“基礎物理建?！钡日n程，搭建學生的創新實踐平臺，培養了學生發現問題的能力和創新思維的品質。華東師范大學的尹亞玲教授等人采用“問題教學”作為教師教學的主要形式，調動學生提問的興趣[3]。結合科學論文和課外探究，實現對學生自主學習能力和探究學習能力的最大激發。

對于國外高校，其物理實驗教學的目標就是培養學生的創新思維能力，運用科學方法論解決理論及實踐中問題的能力[4，5]。俄亥俄州立大學和密西西比州立大學的基礎物理實驗教材中，開設“課外實驗（home work）”“小項目研究性實驗（short project）”，例如制作一個無線電發射裝置，一個直流電機或可變電壓電源。馬里蘭大學的科學教育中心曾編寫過一本有關“自制儀器”的書籍，從簡易天平到電流表等75種儀器的自制方法都作了詳細的介紹，指導學生自主探索和研究。

二、《大學物理實驗拓展》選修課建設

培養學生的學習興趣和創新能力，除了教師教學方式的轉變和教學內容的更新外，還必須提供給學生探索和實踐的自由空間，給學生提供創新的舞臺。下面談談我們的教學經驗。

1.搭建實驗創新平臺

學生的“奇思妙想”能夠變成現實，依賴于大學物理實驗創新平臺的建設。學院物理實驗教學中心專門開辟出兩間大教室進行拓展實驗。在拓展實驗室里有各種實驗工具，如電表、導線、螺絲刀、鉗子、電焊機、老虎鉗等。教室里配有黑板，投影儀，可以定期開展小組討論和創新實驗講解。其次，借助于信息技術，建立虛擬儀器實驗平臺，對于難以觀察的，復雜的實驗進行模擬和數值計算，使之成為拓展實驗的補充。

另外，將學生歷年來在省、市各類物理實驗、光電設計競賽中的案例，編寫成冊，供學生查閱。同時，這些競賽作品也陳列在教室里，成為看得見、摸得著的“奇思妙想”的導火線，引領學生不斷開拓創新。比如，同學通過往屆競賽作品，“邁克爾遜干涉儀測量透明物體折射率”之后，設計出了能夠使物體的光程差發生連續變化，高精度測量的旋轉平臺，撰寫了科技論文且申請了專利[6]?？梢?，創新實驗平臺的建立，極大地激發了學生的創作熱情和實踐能力。學生的創新實驗方案正是在這里得到了有效實施。

2.教師創新團隊建設

需要指出的是，“激發學生的創新意識，培養創新能力”在很大程度上需要指導教師的因材施教，與教師自身創新能力的提升。清華大學物理系在培養國家乃至全世界一流物理學人才和各行各業棟梁方面，進行了長期的研究和實踐[7]。提出了“廣攬名師、營造環境，因材施教、自由發展，體驗探究、發掘興趣”的人才培養模式。

我院在《大學物理實驗拓展》選修課的教學上，將一線骨干教師組建教師團隊。成員中大部分從事大學物理理論教學和實驗教學已經接近20年，經驗豐富。很多教師還同時承擔自然科學的研究項目，對于激發學生興趣，探索未知世界有著自己獨到的見解;對文獻的收集，調研，項目的完成，進度的規劃和相關論文的撰寫，也有著豐富的經驗。重要的是，教師團隊采用“共同備課，定期研討”的形式，不斷開發新實驗，推陳出新。

例如在靜態法測量金屬絲楊氏模量的實驗改造中，有老師設計出利用光電池輸出電流的大小來計算金屬絲的伸長量。因為光電流與光照強度成線性關系，金屬絲的伸長，導致與之相連的擋板發生移動，從而光照強度線性變化。將經典物理實驗與光電技術聯系起來，將先進科技成果應用到教學實驗中，擴大了學生和教師的知識面。

3.學生創新團隊的建設

《大學物理實驗拓展》選修課中，科技作品的完成者是學生，所以調動學生的學習興趣，組建學生創新團隊非常關鍵。我們首先以“專業混搭”進行學生組合，這利于實驗內容的創新，更有利于思維創新。不同專業學生，對器件的應用有不同的理解，采用的方法也不同，所以在相互交流過程中，容易激發創新思維，提高學生的實踐能力。

例如，在分光計測量三棱鏡頂角的實驗中，很多同學對“三個綠十字像”產生了好奇。物理專業的學生考慮畫出光路圖解釋上述原因，而機械工程專業的學生則利用“三個綠十字像”的相對位置測量，“定量”計算出三棱鏡三個角的具體度數[8]。所以不同專業學生的組合有利于取長補短，思維創新，使合作更高效。另外，以“新老結合”的形式，在每個課題小組中，安排一名高年級同學，讓其參與實驗研究。

三、總結

建設一門新課程，不但需要教師課前做好充分準備，也需要學生的積極參與。我們從這幾年開設《大學物理實驗拓展》選修課的實踐表明，實驗創新平臺、教師團隊、學生團隊的建設同等重要，而在科技制作的過程中，培養學生創新思維和創新實踐能力，同時要求教師做好表率，提升教學水平和科研能力。實現師生“教學相長”。

參考文獻

[1]李春艷，王眾臣.大學物理實驗課教學改革探索[J].大學物理實驗，2001（11）：76-77.

[2]呂景林，樂永康，冀敏，等.創新驅動，開啟新形勢下以學生為主體的物理演示實驗教學新模式[J].物理實驗，2018（32）：43-46.

[3]尹亞玲，王博文，柴志方，等.混合教學模式在大學物理實驗課程教學中的應用[J].物理實驗，2017（31）：41-47.

[4]熊澤本，馬世紅.美國基礎物理實驗教科書（講義）的特點分析[J].大學物理，2017（36）：53-61.

[5]楊寶山，王志軍.歐美國家基礎物理實驗教學特色及其給我們的啟示[J].物理通報，1998（10）：12-14.

[6]蔣呼瀟，陳博文，芮云軍.一種測量液體折射率的角度旋轉裝置[P].中國：201921862588.6.

[7]王亞愚.清華物理系本科人才培養理念與實踐[J].物理與工程，2018（28）：3-4.

[8]芮云軍，徐駿，夏友為，等.一種快速測定三棱鏡頂角的方法[J].時代教育，2011（12）：1-3.