大學(xué)物理實驗分層次教學(xué)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

徐 晶，王國余

（江蘇大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

大學(xué)物理實驗是高等學(xué)校對學(xué)生進行科學(xué)實驗基本訓(xùn)練的一門獨立的必修課程，是鍛煉學(xué)生實踐能力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要課程，在高等教育體系中占有重要的地位。但傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式存在很多問題，如教學(xué)模式比較單一，忽略了學(xué)生的基礎(chǔ)差異和個性發(fā)展的需求不同，未能充分發(fā)揮培養(yǎng)學(xué)生實踐能力，造成一定程度的資源閑置；教學(xué)手段和教學(xué)方法也比較單一等。所以探索改革大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)模式，是解決這些現(xiàn)實問題、充分發(fā)揮實驗教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力，特別是發(fā)展與科學(xué)技術(shù)相適應(yīng)的綜合能力上有著無可替代的重要作用。

1 大學(xué)物理實驗分層教學(xué)法

1.1 教學(xué)對象上分層次

為適應(yīng)社會發(fā)展對人才素質(zhì)的要求，物理實驗教學(xué)必須進行改革，改革的目標(biāo)是適應(yīng)時代發(fā)展，創(chuàng)建一種全新的教學(xué)模式，在教學(xué)過程中以學(xué)生為主體，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情和思維活力，提高大學(xué)生的教育素質(zhì)，以適應(yīng)當(dāng)今日新月異的科技發(fā)展。在這種情況下，我們在教學(xué)中進行了大學(xué)物理實驗分層教學(xué)法研究，在大學(xué)物理實驗課程體系的總體規(guī)劃上，打破普通物理實驗中力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等之間的界限，實行各門實驗交叉、綜合、有機整合、整體優(yōu)化，加強綜合設(shè)計性和研究性實驗的力度。目前，課題組根據(jù)專業(yè)特點確立江蘇大學(xué)京江學(xué)院大學(xué)物理實驗教學(xué)分為A、B兩個層次進行教學(xué)，A是適用于車輛、機械工程、電氣專業(yè)的54學(xué)時，在兩個學(xué)期的教學(xué)中，學(xué)生可以完成18～20個實驗項目；B是量大面廣的適用大部分工科專業(yè)的34學(xué)時，在兩個學(xué)期的教學(xué)中，學(xué)生可以完成12～16個實驗項目。每個層次的實驗內(nèi)容包括了四個重要部分：演示實驗、基礎(chǔ)實驗、綜合性應(yīng)用性實驗、設(shè)計研究性實驗，這四個部分結(jié)合成了一個整體，貫穿于整個教學(xué)過程，使學(xué)生得到全方位的實驗技能訓(xùn)練。

1.2 教學(xué)內(nèi)容上分層次

按照“起點低、高臺階”的原則，建立物理實驗的基本知識、基本方法、基本技能訓(xùn)練為基礎(chǔ)，以科學(xué)研究能力培養(yǎng)為主線，采用分層次階梯教學(xué)的新體系。將整個實驗分成：演示實驗、基礎(chǔ)性實驗、綜合提高性試驗、設(shè)計研究性實驗四個層次，形成從低到高、從基礎(chǔ)到前沿、從接受知識到培養(yǎng)綜合能力，逐步提高的四級基礎(chǔ)物理實驗課程新體系，這個課程體系最顯著的特點是能滿足不同基礎(chǔ)、不同能力和不同專業(yè)的多層次的學(xué)生要求，既能適應(yīng)一般學(xué)生的接受能力，又能培養(yǎng)尖子學(xué)生的科學(xué)研究能力。為此，教研室認真分析了各高校的大學(xué)物理實驗教材，把握住實驗改革和發(fā)展的脈搏和方向，注意吸收各優(yōu)秀教材的長處，結(jié)合大學(xué)物理實驗室的實際情況，編寫了適應(yīng)京江學(xué)院專業(yè)實驗教學(xué)特點的實驗講義和實驗報告講義，出版了實驗教材《大學(xué)物理實驗》。該教材分為：緒論；測量誤差與數(shù)據(jù)處理；預(yù)備和基礎(chǔ)實驗（17個）；綜合性應(yīng)用性實驗（12個）；設(shè)計性研究性實驗（17個）；附錄（常用物理數(shù)據(jù)；）。在實驗內(nèi)容的選編上，考慮學(xué)生學(xué)習(xí)和今后發(fā)展的余地，各大部分循序漸進，涵蓋力、熱、電、光、近代物理等方面的內(nèi)容，每學(xué)期選擇開設(shè)若干必修內(nèi)容，開放、補充選修內(nèi)容，滿足各層次學(xué)生的需要。

演示實驗：把演示實驗開設(shè)在學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理理論課之初，有意識地對一些實驗只介紹現(xiàn)象，把深入的原理留給學(xué)生自己去思考。這為激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的興趣和對知識的渴求起到了潛移默化的作用。如：機械波的傳播、海市蜃樓演示、尖端放電、電磁感應(yīng)、磁懸浮等四十多個演示性實驗。

基礎(chǔ)性物理實驗：基礎(chǔ)層次階段主要學(xué)習(xí)基本物理量的測量、基本實驗儀器的使用、基本實驗方法和技術(shù)的訓(xùn)練以及基本測量方法、實驗數(shù)據(jù)處理方法和誤差分析等。實驗項目主要包括力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)及光學(xué)的基本內(nèi)容，包括13個實驗項目，其中力學(xué)3個、熱學(xué)2個、電磁學(xué)5個、光學(xué)3個。安排9個實驗項目（34學(xué)時層次的為5個）必做，其余選做。通過對經(jīng)典物理實驗題目的教學(xué)講解和練習(xí)，比如游標(biāo)卡尺和螺旋測微器、示波器的原理和使用、讀數(shù)顯微鏡的使用等，著重對學(xué)生進行基本實驗技能的訓(xùn)練和數(shù)據(jù)處理能力的訓(xùn)練，使學(xué)生在理解實驗原理的基礎(chǔ)上，不僅學(xué)會儀器的使用，而且能運用該原理解決實際問題。學(xué)生可以根據(jù)自己的專業(yè)和興趣，選擇必做實驗和選做實驗。學(xué)生在選擇實驗的同時，在網(wǎng)絡(luò)上可以預(yù)約做每個實驗的時間，學(xué)生可以在規(guī)定的時間內(nèi)，根據(jù)自己的實際情況合理的安排實驗學(xué)習(xí)計劃總之，教師在這個階段要對學(xué)生嚴格考核，取得這個階段的學(xué)分才能進入提高層次的物理實驗學(xué)習(xí)。

綜合提高性實驗：開出了實驗項目12個，此階段的實驗多為綜合、設(shè)計性實驗。在基礎(chǔ)層次實驗的基礎(chǔ)上進行綜合、設(shè)計性實驗，實驗難度有一定的提高。這是在學(xué)生做了一定數(shù)量的基本實驗后，要求學(xué)生自行綜合已掌握的知識，解決某一實際問題，有助于鍛煉和提高學(xué)生對知識的綜合運用能力。本級實驗旨在把各種測量方法應(yīng)用到具體的實驗中，訓(xùn)練綜合運用多種實驗儀器的能力，培養(yǎng)學(xué)生從事科學(xué)實驗的能力。

設(shè)計研究性實驗：開出了實驗項目17個，此階段的實驗大多為研究性實驗。該層次實驗以科研實踐為主題，配合江蘇大學(xué)本科生科研立項和“大學(xué)生挑戰(zhàn)杯”，實驗室為學(xué)有余力，對科學(xué)研究、發(fā)明創(chuàng)造或社會實踐興趣濃厚，具備從事科學(xué)研究基本素質(zhì)的學(xué)生準(zhǔn)備若干帶有研究性質(zhì)的實驗題目，這些實驗?zāi)芊从超F(xiàn)代物理思想和現(xiàn)代測試技術(shù)，具有明顯的研究價值；近段時間以來，江蘇大學(xué)本科生科研立項項目的一部分在此實驗室基礎(chǔ)上完成，目的就是讓更多的大學(xué)生參與創(chuàng)新實踐活動，養(yǎng)成創(chuàng)新意識、拓展創(chuàng)新思維，要求學(xué)生在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下自主完成方案設(shè)計。因此高層次的實驗階段有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和科研能力。

實踐表明，上述的教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)提高了教學(xué)起點，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)成績和科學(xué)素養(yǎng)以及理論聯(lián)系實際的能力。教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容的改革，調(diào)動了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，充分挖掘了學(xué)生的潛力，促進了實驗室建設(shè)的全面發(fā)展；分層次的物理實驗教學(xué)體系在物理實驗教學(xué)中取得了較好的效果。

2 通過分層次實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

2.1 以學(xué)生為主體，逐步引導(dǎo)

傳統(tǒng)的驗證性實驗，學(xué)生只是被動地按照老師和教材給定的方法和內(nèi)容，按部就班地操作，常常過于被動而且達不到理想的實驗效果。而分層次實驗教學(xué)是以學(xué)生為中心，是以學(xué)生自主創(chuàng)新為基礎(chǔ)的新型實驗教學(xué)模式，實驗的主體是學(xué)生，提高性實驗部分完成依賴學(xué)生的自主創(chuàng)新設(shè)計，強調(diào)以學(xué)生為主體，尊重學(xué)生的個性特點，鼓勵創(chuàng)新思維。實驗教學(xué)中，從元件的認知選擇，電路的布局安排，元件的焊接到最后系統(tǒng)調(diào)試的整個過程中，都是由學(xué)生自主獨立完成，個性化的設(shè)計克服了依賴、敷衍毛病；需要學(xué)生自己去查閱文獻資料，補充相關(guān)知識，了解實驗原理、目的和數(shù)據(jù)處理方法，設(shè)計出實驗方案和操作步驟，然后獨立完成全部實驗。設(shè)計研究性實驗由于其所獨有的探索性，學(xué)生以及教師都需要在實驗中進行不斷的探索與創(chuàng)新，同學(xué)們可以開闊思路，大膽運用創(chuàng)新設(shè)計方法，有意識地去解決設(shè)計中所遇到的在大學(xué)物理實驗中的問題；從實驗前的預(yù)習(xí)到實驗后的數(shù)據(jù)處理，教師不僅僅是“教”，而更重要的是“導(dǎo)”，對實驗進行全面的指導(dǎo)，使得學(xué)生的自主性與積極性能夠充分發(fā)揮。實驗考核摒棄傳統(tǒng)的考試方式，采用論文的形式報告整個實驗的過程和結(jié)果。當(dāng)然在論文的撰寫過程中一定離不開學(xué)生直接參與的物理實驗設(shè)計，但較為側(cè)重科技論文的撰寫，訓(xùn)練學(xué)生對論文的組織、表述能力，這種能力的提高有助于其正確完整地表達其物理實驗的設(shè)計思想和步驟，為日后從事科研工作的科研論文撰寫打下堅實的基礎(chǔ)。

2.2 培養(yǎng)學(xué)生敢想、敢說、敢于探索和創(chuàng)新的精神

教師在物理實驗教學(xué)中，當(dāng)學(xué)生遇到問題后，教師并不直接給出問題的解決方法，而是采取引導(dǎo)的方式，使學(xué)生逐漸地學(xué)會分析問題的原因，尋找解決方案，最后依據(jù)自己的方案解決問題，使設(shè)計更趨合理、完善，從而慢慢培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。要不斷鼓勵學(xué)生開動腦筋，捕捉靈感，對學(xué)生出現(xiàn)的稍縱即逝的奇妙想法給予肯定，并正確地引導(dǎo)。同時鼓勵學(xué)生把這種創(chuàng)新的靈感大膽地說出來，不要有所顧慮，要尊重學(xué)生提出的任何幼稚甚至荒唐的問題，多多夸獎勇于提出意見的學(xué)生。如果學(xué)生提出的想法是正確的，就要鼓勵學(xué)生沿著這個思路去探索、去驗證。失敗了也不要怕，失敗是成功之母。只有這樣，學(xué)生才能懂得創(chuàng)新就是解決前人沒有解決的問題，它沒有現(xiàn)成的答案，必須經(jīng)過艱辛的努力，刻苦地去鉆研，找出解決問題的答案。培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。

3 結(jié) 論

大學(xué)物理實驗教學(xué)體系改革是一項長期的系統(tǒng)工程，要讓大學(xué)物理實驗課程不僅鍛煉學(xué)生的基本實驗技能，又能培養(yǎng)學(xué)生的知識的應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力，可謂任重道。

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