高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題及解決方法

高志忠

國務(wù)院《關(guān)于深化教育改革全面推進(jìn)素質(zhì)教育的決定》中指出：“高等教育要重視培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)業(yè)精神，普遍提高高校學(xué)生的人文素養(yǎng)和科學(xué)素質(zhì)”。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等學(xué)校教學(xué)體系中一個(gè)重要組成部分，因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，更是一個(gè)獨(dú)立的教學(xué)體系。改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)行實(shí)驗(yàn)室的全面開放，勢在必行。

一、高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀與存在的問題

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式目前已不適應(yīng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的需要，成為阻礙實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量提高的因素。主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

1.思想認(rèn)識(shí)不足，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系不夠合理。高校長期認(rèn)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論教學(xué)的附屬環(huán)節(jié)，只是為了更好地學(xué)習(xí)理論知識(shí)。認(rèn)為實(shí)驗(yàn)設(shè)備、場地、環(huán)境的建設(shè)是評(píng)估的硬指標(biāo)，不重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本規(guī)律和實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新的研究。

2.設(shè)施匱乏或老化，影響實(shí)驗(yàn)室的全面開放。由于高校招生規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大多數(shù)學(xué)校教育資源緊缺、實(shí)驗(yàn)設(shè)備難以更新的現(xiàn)象日益突出，再加上實(shí)驗(yàn)室管理模式落后，開放程度低，使得有些專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)名存實(shí)亡。如果不能及時(shí)引起應(yīng)有的重視，并加快改革步伐，將對(duì)高等工科專業(yè)人才綜合素質(zhì)的培養(yǎng)產(chǎn)生負(fù)面影響，嚴(yán)重制約著教學(xué)水平的提高和人才的培養(yǎng)。

3.教學(xué)觀念和方式落后，難以激發(fā)學(xué)生的興趣 絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)課程以“教師為中心”，“重知識(shí)、重形式、重驗(yàn)證”的傾向仍然十分嚴(yán)重。

二、高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的構(gòu)想

1.以素質(zhì)教育為目標(biāo)，建立三級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

（1）基本型實(shí)驗(yàn)

本級(jí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一 是讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)設(shè)備原理，掌握操作方法；二是讓學(xué)生掌握基本的實(shí)驗(yàn)理論和實(shí)驗(yàn)方法。主要開設(shè)基本量的測量、基本物理現(xiàn)象與規(guī)律的觀察和分析、基本儀器的使用、基本測量方法和實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練，以及不確定度的計(jì)算與分析等。本級(jí)實(shí)驗(yàn)臺(tái)階較低，有利于學(xué)生較快適應(yīng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的要求。

（2）提高型實(shí)驗(yàn)

包括綜合性、設(shè)計(jì)性、應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)。本級(jí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，觀察、分析一些典型的工程技術(shù)問題，啟發(fā)學(xué)生積極思維、勇于創(chuàng)新，接受科研試驗(yàn)方法的初步訓(xùn)練，為今后的工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（3）研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)

本級(jí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是為了讓學(xué)生獨(dú)立開展科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)，對(duì)于提高整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量以及檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果具有重要作用。預(yù)設(shè)幾個(gè)實(shí)驗(yàn)研究方向，讓學(xué)生根據(jù)自己專業(yè)或喜好組成興趣小組，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)儀器和方法，在相關(guān)教師指導(dǎo)下探索研究。

2.注重現(xiàn)代信息技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的全面開放

充分發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，開展虛擬、仿真實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)實(shí)測實(shí)驗(yàn)教學(xué)，開發(fā)計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)和多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件（硬件）。這種實(shí)驗(yàn)方式的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，但是目前相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容、形式遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有真正達(dá)到吸引學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)的目的。

利用虛擬實(shí)驗(yàn)，可以保證每個(gè)學(xué)生都能自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，驗(yàn)證公式、原理、定理，提高學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力。同時(shí)，對(duì)于難做的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并且不受時(shí)間、場地、安全等實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件的限制，既方便了課堂的實(shí)驗(yàn)演示，增加了課堂內(nèi)容，同時(shí)又可以減少以往實(shí)驗(yàn)中的盲日操作、儀器損壞等現(xiàn)象的發(fā)生。

3.創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)問題，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生的興趣

愛因斯坦曾經(jīng)說過：“提出一個(gè)問題，往往比解決一個(gè)問題更重要?！边@是因?yàn)榻鉀Q一個(gè)問題是已有知識(shí)技能的應(yīng)用，而提出一個(gè)新問題需要有創(chuàng)造性的思維能力。問題意識(shí)是思維能力的動(dòng)力，是創(chuàng)新思維形成的基石。強(qiáng)化學(xué)生的問題意識(shí)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神的起源，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的核心。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師要盡可能的創(chuàng)設(shè)問題情境，鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑，通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生提出問題、拓寬思路、糾正錯(cuò)誤、解決疑難。

如牛頓第二定律的研究實(shí)驗(yàn)，牛頓第二定律的表述是這樣的：F= ma（其中F表示外力，m為系統(tǒng)總質(zhì)量，a為加速度），而學(xué)生由實(shí)驗(yàn)求出的經(jīng)驗(yàn)公式是F= ka+c，F(xiàn)與a具有線性關(guān)系，k與m理論公式相比較，與在誤差范圍內(nèi)是近似相等的，學(xué)生提出為什么會(huì)出現(xiàn)一個(gè)截距c呢？這時(shí)教師要及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生分析原因，從物理系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)情況來探討、研究，c是一個(gè)力，是運(yùn)動(dòng)物體與氣墊摩擦的粘滯阻力、輕線與滑輪的摩擦力綜合作用的結(jié)果，是由系統(tǒng)誤差引起的。

通過探究性的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，不斷激勵(lì)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)、觀察、討論等探索手段提出各種問題，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中掌握探索物理問題的思路和方法，即提出問題→設(shè)計(jì)問題→實(shí)驗(yàn)探究→討論分析→得出結(jié)論。這樣才能使學(xué)生樹立問題意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)，逐步培養(yǎng)學(xué)生的探究興趣和創(chuàng)新思維能力。

4.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的知識(shí)更新

實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員是實(shí)驗(yàn)室工作的主體，實(shí)驗(yàn)室的一切工作，都需要靠具有創(chuàng)新觀念的人進(jìn)行策劃和操作。在科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速的今天，要求每個(gè)人都不斷更新自己的知識(shí)，把終身學(xué)習(xí)作為自己生活的一部分。只有不斷地加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的培訓(xùn)和接受現(xiàn)代化教育，不斷地更新知識(shí)，吸取新知識(shí)、新技術(shù)、新方法，才有可能在實(shí)驗(yàn)室工作中做出創(chuàng)造性或創(chuàng)新性的事。只有經(jīng)過各種培訓(xùn)學(xué)習(xí)，才能提高實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員或隊(duì)伍的整體素質(zhì)，從而為實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新工作提供一定的保證。實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員要樹立以學(xué)生實(shí)踐為中心以及服務(wù)于教學(xué)和科研的觀念。為學(xué)生提供良好的實(shí)踐環(huán)境，提高學(xué)生的實(shí)踐能力；為實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研工作提供一個(gè)良好的環(huán)境條件，保證順利完成教學(xué)、科研的各項(xiàng)任務(wù)。改變過去實(shí)驗(yàn)室只為實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)的思想，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的才能和智慧，去滿足學(xué)生實(shí)踐和參與研究的需求。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是一項(xiàng)長期的系統(tǒng)工程，需要在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、教學(xué)方法、教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)教師培養(yǎng)等諸多方面進(jìn)行不斷的探索，才能逐步擺脫傳統(tǒng)落后僵化的教學(xué)體系，形成一種科學(xué)、合理、有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系。本文通過分析目前物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，指出了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的局限性，有針對(duì)性地提出了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革的思路，并進(jìn)行了初步探索與實(shí)踐，獲得了較好的教學(xué)效果。盡管進(jìn)一步的深入探索還會(huì)遇到很多困難和挫折，但只要我們能堅(jiān)持從實(shí)際出發(fā)，以學(xué)生為本，正視困難，不斷總結(jié)和學(xué)習(xí)，就能使實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革朝著正確的方向穩(wěn)定發(fā)展。