研究性物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐

張?jiān)雒?孫臘珍,霍劍青,張 權(quán),張憲峰

(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,安徽合肥230026)

研究性物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐

張?jiān)雒?孫臘珍,霍劍青,張 權(quán),張憲峰

(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,安徽合肥230026)

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心采用學(xué)生自主設(shè)計(jì)研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,通過構(gòu)建研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺、開放多項(xiàng)研究性實(shí)驗(yàn)題目,使學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和工作作風(fēng)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得以培養(yǎng).通過研究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)踐,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)了創(chuàng)新意識,磨練了意志,提高了綜合素質(zhì).

物理實(shí)驗(yàn);研究性實(shí)驗(yàn);教學(xué)實(shí)踐;自主設(shè)計(jì)

1 引 言

建設(shè)一流研究型大學(xué),培養(yǎng)高素質(zhì)拔尖人才,造就世界一流科學(xué)家和科技領(lǐng)軍人才是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的人才培養(yǎng)目標(biāo).為與我校人才培養(yǎng)目標(biāo)相適應(yīng),面對機(jī)遇和挑戰(zhàn),物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心在2005年獲得教育部首批“國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”的基礎(chǔ)上,積極探索基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的物理實(shí)驗(yàn)研究性教學(xué)新模式.在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中通過構(gòu)建研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺,開放多項(xiàng)研究性實(shí)驗(yàn)題目,指導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)研究性實(shí)驗(yàn)等教學(xué)模式,使物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為培養(yǎng)學(xué)生的縝密科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)工作作風(fēng)、虛心合作精神的最佳平臺之一.激勵(lì)學(xué)生的自主設(shè)計(jì)能力、探索精神,培養(yǎng)他們勇于創(chuàng)新的科學(xué)作風(fēng),逐漸成長為實(shí)驗(yàn)物理拔尖人才.自2005年以來,實(shí)驗(yàn)中心面向全校高年級本科生(大三)開設(shè)了研究性實(shí)驗(yàn)課程.在過去的幾年教學(xué)實(shí)踐中新的教學(xué)模式廣受好評.

2 開展多層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維

對一年級本科生,開設(shè)了基本技能實(shí)驗(yàn)(一級物理實(shí)驗(yàn)),以營造創(chuàng)新氣氛、培養(yǎng)創(chuàng)新意識、增強(qiáng)探索能力為主要目的開展實(shí)驗(yàn)教學(xué).對于部分學(xué)有余力的學(xué)生(如物理競賽保送生)進(jìn)行分類培養(yǎng),設(shè)置免試實(shí)驗(yàn)測試,避免知識重復(fù)學(xué)習(xí),向獲免試資格的學(xué)生開設(shè)開放實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步提高他們的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?

在大學(xué)二年級的物理實(shí)驗(yàn)課程中,開設(shè)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)(二級物理實(shí)驗(yàn))和現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)(三級物理實(shí)驗(yàn)),引導(dǎo)學(xué)生對具體問題進(jìn)行具體分析,重視對實(shí)際實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的捕捉,并學(xué)會(huì)利用這些現(xiàn)象判斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題善于觀察,勇于探索,使學(xué)生面對書本知識,不再霧里看花或迷信照搬,將實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的過程成變?yōu)閷W(xué)生主動(dòng)探索知識的過程.

在大學(xué)三年級的物理實(shí)驗(yàn)課程中,開設(shè)自主設(shè)計(jì)研究性實(shí)驗(yàn)(四級物理實(shí)驗(yàn)),在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,不再是學(xué)生做單個(gè)實(shí)驗(yàn),而是建立鼓勵(lì)學(xué)生自主探究、發(fā)展興趣的實(shí)驗(yàn)平臺.讓學(xué)生有機(jī)會(huì)親手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)和分析解釋實(shí)驗(yàn)中觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.在這樣一個(gè)大平臺基礎(chǔ)上,教師開放或組織若干個(gè)圍繞物理實(shí)驗(yàn)的課題,以科研方式指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn),例如:學(xué)生可按自己的興趣,從樣品制備開始,運(yùn)用各種物理測試手段,來測試和分析研討自己制備樣品的特性.

3 構(gòu)建適合開放、設(shè)計(jì)、探究、研究性教學(xué)模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺

自主設(shè)計(jì)、探究、研究性教學(xué)新模式以兩大實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺為支撐——校級平臺和院級平臺(圖1～2).

構(gòu)建的兩大實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺橫向覆蓋了物理學(xué)的絕大部分研究領(lǐng)域,縱向從物理學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)深入到各學(xué)科的科研前沿.這兩大平臺也是一個(gè)有機(jī)的整體,它們具有相互依托,相互滲透,資源共享.根據(jù)我校修讀研究性實(shí)驗(yàn)的專業(yè)特點(diǎn),研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺由凝聚態(tài)、光學(xué)、核物理3個(gè)平臺構(gòu)成.通過研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺建設(shè),在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中滲入科研前沿的內(nèi)容和技術(shù)手段,讓學(xué)生接觸科研的飛速發(fā)展,促進(jìn)學(xué)生對科研的興趣,提升他們獻(xiàn)身科研的動(dòng)力.

圖1 校級物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺

圖2 院級物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺

4 研究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)踐

過去幾年的教學(xué)實(shí)踐表明,傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式對學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)做出了很大的貢獻(xiàn),但在拔尖人才培養(yǎng)方面乏善可陳.近年來,我們探索與實(shí)踐的研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式正好彌補(bǔ)了這方面的不足.我們的自主設(shè)計(jì)、研究性教學(xué)模式在各方面得到了不少的積極的反饋.從教學(xué)過程看:學(xué)生對創(chuàng)新研究性實(shí)驗(yàn)有著濃厚的興趣,學(xué)生投入很大的精力對自己的課題進(jìn)行研究.從競賽結(jié)果看:學(xué)生選題廣泛,研究深入,既有在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)問題,解決問題,也有當(dāng)前科研前沿?zé)狳c(diǎn).從學(xué)生反饋看:學(xué)生十分歡迎這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,不僅培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新思維,而且在實(shí)驗(yàn)過程中培養(yǎng)了他們的多種能力.很多學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)之后,都向我們反映實(shí)驗(yàn)收獲良多;同時(shí)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)也在學(xué)生們的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中獲得很多新的思路,形成很好的新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,真正體現(xiàn)了師生互動(dòng)、教學(xué)相長,也對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教師提出了更高的要求.

5 研究性實(shí)驗(yàn)問卷調(diào)查

為進(jìn)一步了解學(xué)生對研究性實(shí)驗(yàn)課程的意見,在研究性實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,對2007級全體參與研究性實(shí)驗(yàn)的學(xué)生600人進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)前、實(shí)驗(yàn)中、實(shí)驗(yàn)后各環(huán)節(jié)共25個(gè)問題的問卷調(diào)查,問卷見附錄.圖3～9是部分調(diào)查結(jié)果分析圖.

圖3 問卷調(diào)查題1的調(diào)查結(jié)果

圖4 問卷調(diào)查題3的調(diào)查結(jié)果

圖5 問卷調(diào)查題9的調(diào)查結(jié)果

圖6 問卷調(diào)查題10的調(diào)查結(jié)果

圖7 問卷調(diào)查題20的調(diào)查結(jié)果

圖8 問卷調(diào)查題21的調(diào)查結(jié)果

圖9 問卷調(diào)查題22的調(diào)查結(jié)果

圖3的調(diào)查結(jié)果表明,95%的學(xué)生認(rèn)為實(shí)驗(yàn)開課前的緒論課對他們提出課題、設(shè)計(jì)方案很有幫助.從圖4中可以發(fā)現(xiàn),僅5%的學(xué)生的課題由教師提供,絕大多數(shù)學(xué)生自己提出研究課題.圖5和圖6的調(diào)查結(jié)果表明,學(xué)生在完成自己的研究性實(shí)驗(yàn)課題中,廣泛使用各種儀器設(shè)備,且有60%以上的學(xué)生完成研究課題或多或少地自己動(dòng)手制作了一些簡易設(shè)備.

圖7～9表明實(shí)驗(yàn)完成后學(xué)生從課題中的收獲.80%的同學(xué)對自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較滿意,在實(shí)驗(yàn)中允許失敗,但要從失敗中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn),避免同一錯(cuò)誤重復(fù)出現(xiàn).70%的學(xué)生認(rèn)為自己的實(shí)驗(yàn)有創(chuàng)新,每個(gè)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中得了多種能力的提升.

6 結(jié)束語

開展5屆研究論文競賽,獲獎(jiǎng)?wù)撐慕?50個(gè)課題,學(xué)生提出課題800個(gè),僅5%的重復(fù)性.由于學(xué)生提出的課題廣泛,對教師的要求也提高了.教師通過幾年的研究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)工作,主動(dòng)儲備課題,在學(xué)生工作的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究.目前通過研究性實(shí)驗(yàn)的開展,學(xué)生發(fā)表論文20多篇[1-8],教師的知識結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高[9-15],實(shí)現(xiàn)了教學(xué)相長,師生雙贏.教師消化吸收學(xué)生的研究成果,對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn),以便更有利于學(xué)生的研究性實(shí)驗(yàn)的拓展.

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[責(zé)任編輯:尹冬梅]

Teaching practice in exploring physical experiment

ZHANG Zeng-ming,SUN La-zhen,HUO Jian-qing,ZHANG Quan,ZHANG Xian-feng
(Teaching Centre of Physical Experiments,University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China)

The teaching model of independent-design of research experiments was emp loyed in the teaching centre of physical experiments in the University of Science and Technology of China.The scientific spirit and the research diathesis of students w ere trained by constructing the research experiment platform and opening the p rojects for research experiments.The exp loring experiments p ractically excited the learning interest of college students,trained their innovative consciousness,inspirited their study volition and enhanced their ability of comp rehensive development.

physical experiments;exp lo ring physical experiment;teaching p ractice;independent design

G642.423

B

1005-4642(2011)02-0020-05

“2010年兩岸三地高等學(xué)校物理教育學(xué)術(shù)研討會(huì)”論文

2010-08-02

張?jiān)雒?1966-),男,安徽舒城人,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心副教授,博士,主要從事物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理,研究方向?yàn)楸砻嫖锢砗透邏何锢?