新時期大學物理實驗教學改革的思索與探求

岳 鹿 張文惠

（鹽城工學院新環保重點實驗室，江蘇 鹽城 224051）

0 引言

大學物理，是大學理工科類的一門重要的基礎課程，是研究自然界物質的結構、性質、相互作用及其運動的基本規律的學科，工科專業以力學基礎和電磁學為主要授課對象。作為一門基礎自然科學，大學物理的概念、理論或方法，根植于人類的生產、生活實踐中，深刻地影響著人們的思維、判斷，為人類社會的發展奠定了不可磨滅的貢獻。大學物理實驗是大學物理發展的基礎，是驗證物理現象、理論、推理或假說的重要工具。物理實驗教學對于深遠學習大學物理而言是有舉足輕重的重要性的。首先，物理是一門以實驗為基礎的學科，實驗在物理教學中具有十分重要的作用。各種類型的物理實驗，具體形象地展示了物理知識的形成和發展過程，強化了學生的感知并糾正在感知中形成的錯覺，從而達到豐富學生頭腦中感性材料的儲存及發展智力、培養能力的目的。其次，有些大學物理實驗，曾在物理學史或自然科學史上發揮著重要的作用，學生通過學習這些實驗能增強學生對物理發展史以及前沿領域的深刻了解，從而激發學生的創造力和創造性思維。再者，在新時期下，各個國家都在大力發展科技，通過開展大學物理實驗教學能極大提高學生的動手能力，為科技創新和培養高科技專業技術領域的人才奠定基礎。本文就新時期大學物理實驗教學的發展方向和大學生培養模式進行探索。

1 當前國內大學物理實驗教學現狀

根據當前不同大學的發展情況，目前的大學物理實驗教學主要分為大學物理課程老師跟班負責制和專任大學物理實驗老師負責制兩種。大學物理課程老師跟班負責制好處明顯，如大學物理老師對本班級教學的學生熟悉，能夠在大學物理理論課開設結束后就進行相關的大學物理實驗，能使學生在理論的指導下，親身體驗實驗對理論的驗證，從而加強對該章節的認識和理解。但同樣存在的問題是學生會放松對基礎物理實驗的預習，容易依賴老師，自主實驗能力培養力度不夠。同時，學生會以事先知道相應的理論或結果為暗示，人為去假定正確的結果，忽略了對實驗過程細節的體會和領悟。該模式下，學生們易于去注重結果，注重報告或最終的成績，而忽略過程培養的重要性。

專任大學物理實驗老師負責制是指由非大學物理授課的教師專門負責幾個或者更多班級專門進行實驗教學的模式。該模式的優點是，專任老師一般實驗教學經驗豐富，時間安排充裕，能很準確的判斷實驗教學過程中學生的問題，快速幫助學生糾正實驗教學中的錯誤。同時，由于專任教師對實驗教學的熟悉程度更深，能夠及時地維護實驗儀器，避免學生因為誤操作而大幅的損壞儀器設備，從而能在源頭上實現教學中的開源節流。但相伴的問題是，由于專任老師與學生學習的大學物理課程相脫節，對各個學生對基礎物理理論的掌握程度不熟悉，容易出現誤以為學生都知道或都不會的情況。該模式下，不利于學生理論與實踐的緊密結合，不能充分發揮大學物理實驗對于大學物理的系統論證和有力的支持。

2 當前國內大學物理實驗教學模式現狀

當前大學物理實驗教學的模式或教學過程主要分為兩種情況：傳統式教學和缺乏性教學。

傳統式教學主要是指實驗老師按部就班的部署，課前預習、課上指導以及課后批改的形式傳統安排大學物理實驗教學。該模式的優點是學生能大多數完成實驗教學，完成實驗報告；缺點是學生容易養成墨守成規的習慣，缺乏興趣的培養和基本素質的提高。這種模式不能讓學生養成積極主動學習和帶著濃厚興趣探索的科學精神，容易忽視物理現象背后深刻的含義，學生主觀能動性不足，不利于大學生發散性思維的發展。學生還會形成大學物理實驗只是一門課，上實驗課只是為了得到報告成績或學分績點思想，養成應試教育的習慣。

缺乏性教學是指由于課程設置或者由于學校基于現有的儀器設備只針對能開展的實驗進行開設課程，并不注重與大學物理教學課程的發展而相輔相成的開設相應的課程。同時，由于經費的不足，某些大學對大學物理實驗教學的投入力度不夠，造成儀器設備陳舊或者某些課程老化，不能跟得上大學物理課程的發展。或者是，由于某些學校對大學物理實驗重要性認識程度不夠，開設的實驗教學環節較少。這些問題都嚴重制約了大學物理實驗對大學生的培養。部分積極性非常高的同學或因為這些問題而放棄對實驗的預期，或者放棄對物理現象積極探索的主觀能動性。由于儀器或者課程設置的問題，會造成對大學物理實驗課程環節的嚴重壓縮，嚴重影響了實驗教學的效果。

3 對大學物理實驗課程教學改革的必要性和重要性

大學物理實驗對工科大學生知識體系培養、對大學生邏輯思維能力培養以及對動手能力培養具有非常重要的作用。物理學科就是用來解釋事物本質現象和規律的，是最基礎的學科，學生能通過對大學物理實驗的學習，系統地去理解和接受這些基本的物理現象背后的規律性的知識體系。只有讓學生去帶著興趣去探索、去求證，才能最大程度上激發他們對于自然科學的熱愛，培養他們的執著的探索精神。近代社會的發展離不開物理學科的發展，物理學科的發展也同樣受益于物理實驗的發展。因此，在新時期下，對大學物理實驗課程教學改革的必要性和重要性不言而喻。通過教學改革，進一步激發他們對于物理學科的熱愛，有助于培養他們勇于對于自然科學的奧秘探索的堅持不懈的開拓精神。

4 新時期大學物理實驗教學模式的探求

4.1 開設高科技的教學模式

隨著5G大數據時代的來臨，目前VR技術（虛擬現實3D技術）已實現在視覺和聽覺非凡的體驗階段。大學物理實驗中非常多的原理、規律和現象可以借助這些高科技的3D技術實現現場浸入式教學，通過720°的真實場景展現，讓學生能身臨其境的沉浸在在線教學中。比如，牛頓萬有引力定律發現的瞬間場景、波粒二象性的呈現、全息照相，衍射光柵、光電效應等教學中，都可以利用這些技術。這樣的沉浸式+交互式的學習教育，比目前的常規教學生動、具體，能讓學生在課堂上有非凡的體驗。開設高科技的教學模式，不僅能夠優化教育資源和過程，模擬處理復雜困難的物理實驗過程，能更加有效地控制教育教學的成本，同時降低教育風險，教學效果能實現翻倍的超越。

4.2 討論式教學

讓學習變為主動是提高任何科目教學效果的重要手段。討論式教學強調在代課老師的精心準備和組織下，預先設立多個深刻的問題，同時在課堂上啟發同學們對這些問題進行深入的討論和研究，用以調動和培養學生的獨立思考問題的能力和開拓精神。在大學物理實驗課堂上，可以通過設立分組模式，讓學生主動去探討，提出問題，能極大的激發學生的學習和實驗的積極性。以往的常規教學中，學生按部就班完成聽—做—寫報告的模式，使得學生逐漸喪失學習的積極性和主動性，學習的目的最后退化為僅僅是完成報告和拿學分。實現討論式教學的課堂模式，能迅速讓學生主動地去思考，在思考中體驗物理的原理和規律，再通過親手實驗去驗證結論，從而極大的激發學生對物理學科的興趣。討論式教學能充分調動學生的積極性，極大的開闊學生的視野，在課堂上學生既是問題的發起者，又是問題的解決者。同時，同學們通過課堂的互動，還能很好地鍛煉自己的口頭表達能力。通過討論教學的方式，代課老師也能充分掌握個體和集體對知識點的掌握程度，能及時的改變教學策略，加強和改進實驗教學的針對性和目標性。同學們也能在討論教學中，取長補短，共同進步，也有利于同學們之間以及教師之間的良好的關系的確立。

4.3 在線教學

在線教學又稱為網絡學習或網絡教育，是一種基于互聯網的遠程教學方式。隨著信息技術的發展，特別是移動互聯網的發展，教學形式不再拘泥于固定場所的課堂教學，教與學可以不受限于時空和地點，知識的獲取方式和途徑變得多樣化。特別是2020年開始的新冠肺炎疫情，使得在線教學變得異常重要。新冠肺炎疫情使得出行受限和居家隔離成為目前的常態化，不得不使人們充分重視在線教育，同時實現居家學習和辦公。在疫情下，全國的高校都出現不能按時開學和高風險地區不能按時課堂教學的情況。大學物理實驗可以通過教師直播、錄播或者慕課的形式實現課前預習和課后解答。學生通過電腦或者手機上的會議軟件加入在線直播講課，實時觀看老師的電腦屏幕內容，收聽老師的授課語音；在課中互動環節，可以通過云會議的麥克風實時語音回答問題；通過學習通軟件參與課程互動環節，完成課后作業、在線考試等。通過在線教學的方式能輕松實現隔離教學、及時答疑等情形。在線教學雖是新形勢下的教學方式，但其可以跨越因地域等方面造成的教育資源分配不平等，使教育資源共享化，降低了學習的門檻。

4.4 設立教授或者專家教學模式

專家和教授一般在學術、教研等方面有比較高深的造詣，通過設立教授或者專家教學模式，可以讓這些專家或教授在講授大學物理實驗課程時，多結合自身的體會和經驗，為學生解答深層次的問題，引領學生進行前瞻性思考，對于開闊學生的眼界和培養學生的科學精神具有重要的現實意義。教育部最近發布的“新時代高教40條”中也明確指出“完善教授給本科生上課制度，實現教授全員給本科生上課”。但目前的實際情況是，很多教授或者科研專家們在自身工作量滿足的情況下，不愿意去課堂上去上課。因為，上課需要花費大量的時間去準備，會用掉他們一部分的寶貴的科研時間。再者，有些學校還沒有足夠的重視這些問題。在新時代下，教學同樣面臨著重大的發展機遇，只有學校和老師們足夠重視這些基礎課程的重要性才能真正的培養好下一代，讓他們有更好的發展。因此，學校要真正立足于基礎學科的發展，充分的鼓勵教授和專家教學，通過加大獎勵機制和嚴把管理機制，才能把基礎教學的課堂抓好。一線的物理專業發展，要有一線的物理課程教學，因此必須要有一流的物理教師隊伍，最終才能培養出一流的物理方面人才。專家和教授們同時也需要自省和思考，要站在足夠的高度去研究和認識這個問題。基礎物理實驗的課堂教學和科研同樣重要，要兩手都要抓，同時兩手都要硬，因為下一代不僅是未來物理學科發展的開拓者，也是未來祖國科技發展的開拓者。

5 結語

大學物理實驗是大學物理教學的重要實踐環節，讓大學生學好大學物理實驗課程，這對培養他們的科學家精神具有重要的指導意義。在新形勢下，科技發展迅速，大學物理實驗的教學模式不能一成不變，要能因地制宜地跟得上時代的發展。通過發展多元教學模式，利用好科技產品或技術，把課堂變得生動起來。讓學生能主動地學習和探究物理現象背后的美。通過設立在線教學課堂等方式實現全國大學物理實驗教育的均衡性，輕松應對隔離教學和實現及時答疑的情況。通過設立教授或者專家教學模式，為學生解答深層次的問題，引領學生進行前瞻性的物理規律的思考。通過教學改革，學生對大學物理實驗展現出了濃厚的學習興趣，極大地提高了教學效率。