階梯分專業(yè)式大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)研究

余雪里，周幗紅，李端勇，張 昱，秦平力

（武漢工程大學(xué)，湖北 武漢 430073）

大學(xué)物理實驗課程是大學(xué)生進入大學(xué)的第一門實驗課程，是作為實驗技能訓(xùn)練的開端和后續(xù)專業(yè)實驗課的基礎(chǔ)。如何提高工科大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)質(zhì)量，是一個很值得探索的問題。近年來，不少院校在實驗教學(xué)改革方面做了許多改進工作，如開設(shè)設(shè)計性物理實驗；改革實驗考核方式；開放實驗室等，這些改革無疑對提高實驗教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生實驗?zāi)芰τ幸欢ǖ膸椭鶾1－3]。但這些改革依舊只是在原來的實驗項目設(shè)置上做了調(diào)整，沒有針對學(xué)生的實驗基本情況和不同專業(yè)的學(xué)生的不同需求而做出顛覆性的變革，大學(xué)物理實驗如何于專業(yè)實驗的巧妙結(jié)合，是物理實驗課程需要解決的難題，也是在新的形勢下物理實驗課程能否體現(xiàn)新的生命力的關(guān)鍵所在[4]。

1 興趣和創(chuàng)新在大學(xué)物理實驗過程中的重要性

眾所周知，錢學(xué)森的未解 “世紀(jì)之問”——中國為什么出不了杰出人才？已經(jīng)成為我國教育研究者心中永久的痛。歸根結(jié)底，問題的關(guān)鍵還是中國大學(xué)的一流設(shè)施培養(yǎng)不出一流的人才，而創(chuàng)新能力的啟蒙培育是癥結(jié)所在。這恰是可以通過大學(xué)物理實驗課程來實現(xiàn)的。所以，要回答這個問題，必須從大學(xué)物理實驗的基礎(chǔ)教育的改革中去尋覓答案。

大學(xué)物理實驗課程的目的就是要通過實驗豐富和活躍學(xué)生的思想，培養(yǎng)他們對科學(xué)技術(shù)現(xiàn)象的觀察分析能力，從而引導(dǎo)學(xué)生了解事物表象后面的科學(xué)規(guī)律。創(chuàng)新是科學(xué)技術(shù)進步與發(fā)展的推動力，而興趣則是創(chuàng)新之本。創(chuàng)新與興趣是相輔相成的。興趣可以說是創(chuàng)新的“催化劑”，而創(chuàng)新則是興趣更高層次的展現(xiàn)。愛因斯坦也曾說過：熱愛是最好的老師。其實，在進入大學(xué)前，許多學(xué)生是非常希望做物理實驗的，他們對物理實驗的興趣源于對日常生活中的一些現(xiàn)象的困惑。令人悲哀的是，到了大學(xué)階段，在這個更需要激情與創(chuàng)造的階段，許多學(xué)生卻對大學(xué)物理實驗失去了興趣，甚至相當(dāng)多的學(xué)生對其還有些抗拒。這與物理實驗課程的初衷是背道而馳的，也正說明了大學(xué)物理實驗課程需要徹底的變革。

2 大學(xué)物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀

大學(xué)物理實驗課程既是學(xué)生進入科學(xué)實驗殿堂的向?qū)?，也是學(xué)生從事其他實驗的基礎(chǔ)。它在引導(dǎo)學(xué)生深入觀察各種自然現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生獨自開展科學(xué)實驗的能力方面是其它課程無法比擬的。故而，其教學(xué)的成敗直接影響著學(xué)生對其它后續(xù)實驗課程的興趣。目前，大學(xué)物理實驗課程教學(xué)中顯然存在一些問題。一方面，實驗教學(xué)資源跟不上不斷擴大招生規(guī)模的學(xué)生數(shù)量的變化，導(dǎo)致實驗儀器緊缺與陳舊，以致多名學(xué)生共用一套儀器，甚至本該由學(xué)生動手操作的實驗變成了演示實驗。另一方面，許多院校在更新實驗儀器時，盲目追求現(xiàn)代化、智能化，大大簡化了實驗操作過程，使大學(xué)物理實驗趨于傻瓜化，幾步簡單的操作就可以完成一個實驗。如果說前者是硬件問題，那后者這是軟件問題，危害則更大。所以，硬環(huán)境雖重要，但創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的關(guān)鍵在軟環(huán)境，過多的關(guān)注于硬環(huán)境，只能是南轅北轍。

在當(dāng)前實驗教學(xué)中，從大綱、教材以及實驗項目的設(shè)置，對學(xué)生的約束力太大，這樣不利于學(xué)生發(fā)揮其主觀能動性。如何積極調(diào)動大學(xué)生在實驗過程中的積極性和自主性，是大學(xué)物理實驗教學(xué)改革首要解決的問題。首先，大學(xué)生是來自于五湖四海，有城市的，鄉(xiāng)村的，甚至有的還來自偏遠的山區(qū)，他們對物理實驗的認(rèn)知和知識水平大相徑庭。而現(xiàn)在大學(xué)物理實驗項目的設(shè)置卻一成不變，已不適合學(xué)生的水平和需求，再加上教學(xué)方法又不當(dāng)，雪上加霜，這就造成了目前的困境。實際上，大學(xué)物理實驗教學(xué)是可以分階梯式進行教學(xué)的，其目的不僅要完成教學(xué)計劃，更要滿足大學(xué)生生存和發(fā)展的需求，其重要作用在于保持大學(xué)生對未知世界的好奇與探索之心。

當(dāng)前，我國高等教育人才培養(yǎng)模式是以學(xué)科專業(yè)教育為中心，往往注重實驗理論教學(xué)，而忽視實驗操作教學(xué)，即學(xué)生實際動手能力的培養(yǎng)。這就導(dǎo)致在實驗實際教學(xué)過程中的理論與實踐嚴(yán)重脫節(jié)，常常使得學(xué)生無法將理論知識與實驗過程聯(lián)系起來，一些學(xué)生就會感到困惑，久而久之，學(xué)生的厭倦情緒就會油然而生。由此可見，興趣的缺失才是大學(xué)物理實驗教學(xué)的真正癥結(jié)。

3 工科物理實驗的教學(xué)改革探討

物理是一門建立在實驗基礎(chǔ)上的自然科學(xué)，大學(xué)物理實驗是學(xué)生打開這座科學(xué)寶庫的鑰匙。因此，大學(xué)物理實驗教學(xué)不僅要了解其課程教學(xué)大綱的要求，還要把握學(xué)生對其愿望之所在，要利用學(xué)生對自然現(xiàn)象的好奇心和對科學(xué)知識的求知欲，把學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣充分調(diào)動起來，使之成為樂于實驗、勇于探究、敢于創(chuàng)新的終身學(xué)習(xí)者。大學(xué)大規(guī)模的擴招使得現(xiàn)在的大學(xué)生的年齡越來越小，知識基礎(chǔ)越來越薄弱，理解能力也較差。過分嚴(yán)謹(jǐn)、脫離學(xué)生的理解水平的實驗教學(xué)，如同揠苗助長一樣，欲速則不達，會適得其反，挫傷學(xué)習(xí)積極性，這是造成很多學(xué)生喪失學(xué)習(xí)興趣的原因之一。新的物理實驗教學(xué)，要改變把過分嚴(yán)格的概念規(guī)律拋給學(xué)生的做法，使物理實驗教學(xué)貼近學(xué)生的實際能力和水平。為了實現(xiàn)這些目標(biāo)，我們應(yīng)從多方面入手，進行發(fā)展學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的探索。

大學(xué)物理實驗教學(xué)的內(nèi)容非常豐富，可以多層次展現(xiàn)。對于不同的教學(xué)時期，應(yīng)該具有明顯的層次差異。這樣，對于學(xué)生來說，實驗過程就會很順利，自己得到了肯定，會獲得一定的自信心，也會更加相信實驗方法。否則，學(xué)生對實驗的信心大減，使學(xué)生懷疑自己的能力而喪失自信心。而階梯分專業(yè)式物理實驗課程的設(shè)計可以很好的解決這個問題。

（1）大學(xué)物理實驗課程設(shè)計的第一階梯應(yīng)是基礎(chǔ)物理實驗項目，其要求是設(shè)置一些基本簡單的物理實驗操作，既于高中內(nèi)容能很好的銜接，也可以為后面的大學(xué)物理實驗進行知識儲備，起到承上啟下的作用。

在大學(xué)的各門課程中，“物理難學(xué)”是眾口一詞，而物理實驗則是有趣、易懂，對物理基本理論的理解有很好的示范作用。但實驗設(shè)置不合理而導(dǎo)致的反復(fù)失敗，則會使學(xué)生失去信心而放棄物理實驗學(xué)習(xí)。這就要求我們：必須尊重學(xué)生的現(xiàn)有知識結(jié)構(gòu)水平，從學(xué)生的實際水平出發(fā)而設(shè)計實驗項目。調(diào)查研究表明，學(xué)生降低物理實驗學(xué)習(xí)興趣的原因之一就是對大學(xué)物理實驗學(xué)習(xí)的信心不足。如：在實驗過程中，我們發(fā)現(xiàn)有的學(xué)生連最基本的實驗測量儀器都不會使用與讀數(shù)，而在后面的實驗項目中又要廣泛的應(yīng)用。如果按照傳統(tǒng)的方式，直接由教學(xué)大綱安排實驗，就會影響學(xué)生的實驗激情，打擊學(xué)生的信心。當(dāng)然，有的人可能會說：這是高中物理實驗教學(xué)的缺失，與大學(xué)物理實驗教學(xué)無關(guān)。道理雖如此，但“因材施教”是教育工作者應(yīng)該明白的最淺顯的道理。但如果我們?yōu)榱俗寣W(xué)生了解、掌握實驗測量儀器的使用與讀數(shù)，而專門開設(shè)一個實驗項目是有困難的，這也完全背離了大學(xué)物理實驗大綱。這就要求我們對物理實驗項目有新的變革。如我們可以開設(shè)驗證阿基米德定律的補充實驗，在實驗過程中，我們可以給出不同的液體和不同形狀的物塊，要求學(xué)生先確定液體或物塊的密度，即密度的測量。如此，我們就巧妙地把各種實驗測量儀器的使用與讀數(shù)結(jié)合起來了，也很好的與高中內(nèi)容聯(lián)系起來了，學(xué)生的興趣也就調(diào)動起來了。

（2）大學(xué)物理實驗課程設(shè)計的第二階梯應(yīng)該是普通物理實驗的綜合部分，即按教學(xué)大綱來安排實驗項目，但最好是把同類或類似放在一起開設(shè)，這樣更有啟發(fā)性，同時要注意對不同專業(yè)的學(xué)生設(shè)計相關(guān)的實驗項目，以便為其后的專業(yè)課程打基礎(chǔ)，實驗項目的一脈相承更有利于創(chuàng)新。

物理課程的內(nèi)容跨度很大，包含力、熱、光、電、磁和近代部分，各實驗技術(shù)有其自己的特點。比如，對某物理量可直接測量也可通過間接方法測量（如“比較”法、“補償”法等），而這些技術(shù)在其它后續(xù)的專業(yè)實驗或更高級實驗技術(shù)中都要用到。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)過程對這些具體的實驗技術(shù)的講授猶如蜻蜓點水，甚至輕輕帶過，且把相關(guān)實驗分立開來，致使學(xué)生只能得到零星知識，印象并不深刻。但，如果我們在實驗教學(xué)中注意系統(tǒng)歸納講授實驗技術(shù)，在實驗教學(xué)中圍繞某一種技術(shù)或某一專業(yè)去安排相應(yīng)的實驗訓(xùn)練，學(xué)生對大學(xué)物理實驗技術(shù)的特色就會有較深刻的掌握。即對于同性質(zhì)實驗放在一起開設(shè)（如電阻的測量有伏安法、惠更斯電橋法等等），讓學(xué)生對電阻的測量方法有更加深刻的認(rèn)識和體會，也有利于知識的融會貫通，起到事半功倍的效果。另外，對不同專業(yè)的學(xué)生要有針對性，這樣才能讓學(xué)生身臨其境的體會到物理實驗的有用性。如有些以光學(xué)為主的實驗，就可以專門對光信息專業(yè)的學(xué)生開放；與力學(xué)有聯(lián)系的實驗就對機械學(xué)院的學(xué)生開放等等。如此，相關(guān)專業(yè)的學(xué)生肯定感興趣，興趣和實驗結(jié)合在一起，創(chuàng)新就成了有源之水，成功也就有了基礎(chǔ)。如果在實驗教學(xué)中，我們能做到有計劃且合理地安排，相信對不同專業(yè)學(xué)生的實驗和創(chuàng)造性能力的培養(yǎng)是大有益處的。大學(xué)物理實驗對其后續(xù)的專業(yè)實驗就有所幫助。只有這樣，學(xué)生才有興趣專注于大學(xué)物理實驗過程。

另外，物理實驗教學(xué)內(nèi)容還要有時代性，適應(yīng)學(xué)生的認(rèn)知需求，這是讓學(xué)生產(chǎn)生興趣的重要因素。如當(dāng)下電子信息技術(shù)及其相關(guān)的IT技術(shù)開始受到公眾矚目時，物理實驗應(yīng)該主動適應(yīng)社會的需求，設(shè)置一些與其有關(guān)的實驗項目。我們必須加強關(guān)于物理實驗教學(xué)應(yīng)該滿足學(xué)生對知識需求的觀念。

（3）大學(xué)物理實驗課程設(shè)計的第三階梯應(yīng)該是近代物理實驗的提高部分，此部分的實驗項目對學(xué)生要更加自由與開放，不預(yù)設(shè)任何前提，沒有限制與約束，充分發(fā)揮各個學(xué)生的想像和創(chuàng)造空間。

近代物理實驗教學(xué)中設(shè)置的學(xué)生實驗項目，應(yīng)改變過去教科書上單一的、驗證性的特點，要突出“探究”的學(xué)習(xí)方式，更不能以失敗論英雄。物理實驗教學(xué)不同于其他學(xué)科，除了知識和技能的傳授外，還需要培養(yǎng)學(xué)生的探索興趣與能力、良好思維習(xí)慣和創(chuàng)新意識，使其樹立正確的科學(xué)觀，即從掌握科學(xué)知識向理解科學(xué)過程的轉(zhuǎn)變，從知識積累向探求知識的轉(zhuǎn)變。因此，該部分要選擇以探究的方式來處理學(xué)生的學(xué)習(xí)活動。只有這樣，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性才容易調(diào)動，好奇心才能得以保持。通過探究方式的親身體驗，才能讓學(xué)生獲得感悟，才能使學(xué)生真正掌握科學(xué)的研究方法。

（4）物理實驗課程設(shè)計的第四階梯應(yīng)該是課外實驗創(chuàng)作部分，其目的是希望通過以上階段的實驗訓(xùn)練，能調(diào)動學(xué)生的創(chuàng)造積極性，能對現(xiàn)有實驗裝置進行改進或為解決某一問題而自己組裝實驗儀器。

把實驗裝置的自組裝和制作引進課堂，這是我國培養(yǎng)創(chuàng)新型人才發(fā)展的戰(zhàn)略需要，也是實驗教學(xué)過程的最終目標(biāo)。各種簡單的科學(xué)制作比科學(xué)器材本身更原始、質(zhì)樸，能直接、簡練地反映科學(xué)技術(shù)的本質(zhì)，更容易為學(xué)生理解。各種實驗器材由學(xué)生親手制造、親手操作，可以撥開科學(xué)器材神秘的面紗，增加了學(xué)生對科學(xué)的親近感。

4 結(jié) 論

大學(xué)物理實驗課程目前面臨的最大困境還是大學(xué)生在實驗過程中的興趣不足，而階梯分專業(yè)式物理實驗課程的設(shè)計就是針對當(dāng)前物理實驗教學(xué)對學(xué)生吸引力下降而因地制宜的一種變革方法，既可以提高學(xué)生對物理實驗的興趣，也可以培養(yǎng)學(xué)生的綜合實驗?zāi)芰?，更為?chuàng)新型人才的培養(yǎng)提供了一種可嘗試的新方法，具有一定的參考價值。

[1]賀雅奇.多學(xué)科跨專業(yè)物理實驗教學(xué)研究[J].大學(xué)物理實驗，2007（2）：71－74.

[2]余雪里，李端勇，張昱，秦平力.大學(xué)物理實驗課的綜合成績評定[J].物理通報，2010（3）：11－13.

[3]張娟.大學(xué)物理開放室管理工作的體會[J].大學(xué)物理實驗，2010（4）.

[4]譚保華.工科大學(xué)物理實驗探討與優(yōu)化[J].大學(xué)物理實驗，2010（3）.