應(yīng)用型本科院校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)K化教學(xué)初探

付 翔

黨的十八大把建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家作為“十二五”時(shí)期的主要任務(wù)之一。創(chuàng)新型國(guó)家的建設(shè)離不開(kāi)高等教育強(qiáng)有力的支撐。高等教育不僅向?qū)W生傳授基礎(chǔ)知識(shí)和技能，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用理論，解決實(shí)際問(wèn)題的能力及創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有獨(dú)特作用，國(guó)內(nèi)外名牌高校皆是以先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室及實(shí)驗(yàn)成果而聞名。

作為高等教育的主要生力軍，占全國(guó)高校近一半的應(yīng)用型本科院校，無(wú)疑在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方面擔(dān)當(dāng)十分重要的角色。與研究型、教學(xué)研究型大學(xué)相比，大多數(shù)應(yīng)用型本科院校存在辦學(xué)歷史短、師資隊(duì)伍結(jié)構(gòu)不盡合理、實(shí)驗(yàn)條件相對(duì)欠缺、科研經(jīng)費(fèi)相對(duì)不足等問(wèn)題，這些因素決定其在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方面必須走自己的特色之路。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是理工科一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在學(xué)生培養(yǎng)邏輯思維設(shè)計(jì)和創(chuàng)新過(guò)程中具有不可或缺的作用，是大學(xué)生從理論轉(zhuǎn)向?qū)嵺`的重要環(huán)節(jié)。

1 我校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)壳懊媾R的問(wèn)題

目前，大部分高校在教學(xué)內(nèi)容上采取分層次教學(xué)法，即基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)－綜合性實(shí)驗(yàn)－設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。這種教學(xué)方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠使得教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)清晰，將培養(yǎng)方案中基礎(chǔ)和重點(diǎn)內(nèi)容基本囊括。但隨著我校專業(yè)設(shè)置不斷細(xì)化，并向應(yīng)用化方向發(fā)展，這樣的教學(xué)法在實(shí)際應(yīng)用中開(kāi)始顯露不足。最顯而易見(jiàn)的是，沒(méi)有針對(duì)不同專業(yè)需求在內(nèi)容上做很好的區(qū)分（見(jiàn)表1）。

表1 滁州學(xué)院現(xiàn)行部分專業(yè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

通過(guò)對(duì)比我們發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)大類開(kāi)設(shè)的項(xiàng)目看似有些內(nèi)容不同，其實(shí)只注重了基礎(chǔ)性，實(shí)際與相應(yīng)專業(yè)相關(guān)性不強(qiáng)，綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)占比率低。而且大綱死板的規(guī)定了應(yīng)學(xué)項(xiàng)目，學(xué)生沒(méi)有自主選擇權(quán)。各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間關(guān)聯(lián)度不高，不利于剛剛脫離高中教學(xué)階段的學(xué)生學(xué)習(xí)。

應(yīng)用型本科高校學(xué)生，高中物理基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)置不能一味追隨重點(diǎn)院校的“多、新、創(chuàng)”，而是要結(jié)合本校學(xué)生特點(diǎn)，因材施教。目前，大學(xué)物理理論和物理實(shí)驗(yàn)課是在大一下學(xué)期同時(shí)開(kāi)課，由于此階段大學(xué)物理理論知識(shí)和高等數(shù)學(xué)等相關(guān)課程都沒(méi)學(xué)完，對(duì)于新生來(lái)說(shuō)，容易因無(wú)法理解實(shí)驗(yàn)原理而失去學(xué)習(xí)興趣和信心。同時(shí)，對(duì)于原來(lái)知識(shí)點(diǎn)各自獨(dú)立的固化實(shí)驗(yàn)，學(xué)生也無(wú)法將其系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，更不能與所學(xué)專業(yè)相關(guān)聯(lián)。這樣，往往會(huì)讓學(xué)生不明白學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)有何用處，認(rèn)為這門課程是多余的負(fù)擔(dān)，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)習(xí)主動(dòng)性更差。另外，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程基本是教師主導(dǎo)，不僅詳細(xì)講解實(shí)驗(yàn)原理、方法、步驟、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理等，甚至還把實(shí)驗(yàn)從頭到尾示范一遍。這樣的模式，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中只能機(jī)械學(xué)習(xí)和模擬，甚至部分學(xué)生實(shí)驗(yàn)做完了還不明白儀器的基本原理。

滁州學(xué)院的定位是培養(yǎng)高級(jí)應(yīng)用型人才，特別注重培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。而目前的模式對(duì)于學(xué)校的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，達(dá)不到預(yù)期效果，難以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)造精神。

2 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模塊化改進(jìn)

2.1 制定模塊化教學(xué)方針

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，需要制定有針對(duì)性的“模塊化”教學(xué)方針。首先要注重學(xué)生專業(yè)的偏向性，科學(xué)、合理地選擇教學(xué)內(nèi)容，在學(xué)生掌握基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)之后，培養(yǎng)一定的實(shí)踐綜合和創(chuàng)新思維能力。平衡各個(gè)院系的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)和內(nèi)容，避免出現(xiàn)多寡不均和專業(yè)重點(diǎn)不突出，要能很好保證不同專業(yè)學(xué)生學(xué)到真正需要的內(nèi)容。

根據(jù)模塊化培養(yǎng)方案的思想，首先需要確保學(xué)生具備基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，建立起第一個(gè)模塊－基礎(chǔ)模塊。包括測(cè)量處理、常規(guī)儀器的測(cè)量、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和分析等知識(shí)，讓學(xué)生擁有實(shí)驗(yàn)操作儀器的最基本的能力，學(xué)會(huì)正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證物理基本理論的正確性。第二模塊－專業(yè)模塊，是針對(duì)專業(yè)設(shè)置的，內(nèi)含綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。通過(guò)給予學(xué)生一定方向上的指引，讓其可以自行選擇小系列的模塊。模塊內(nèi)層層遞進(jìn)的三個(gè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，鍛煉學(xué)生能夠靈活使用儀器來(lái)達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，并最終可以為了實(shí)現(xiàn)自己的想法而設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。第三個(gè)模塊——?jiǎng)?chuàng)新模塊，這是在完成基礎(chǔ)模塊和專業(yè)模塊后，為一些學(xué)有余力的學(xué)生專門提供的平臺(tái)。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室供有興趣的學(xué)生預(yù)約選擇，另一些因現(xiàn)有條件受限的實(shí)驗(yàn)可用模型演示或做成演示放在教學(xué)資源平臺(tái)上，以供學(xué)習(xí)和演練。每個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K點(diǎn)擊進(jìn)去后都有明確的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡汝U述，學(xué)生可根據(jù)情況參考選擇（大體框架見(jiàn)圖1）

圖1 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)K的大體框架

2.2 各個(gè)模塊的具體內(nèi)容

（1）基礎(chǔ)性內(nèi)容作為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，是大學(xué)物理的必修課程。設(shè)置包含實(shí)驗(yàn)相關(guān)的數(shù)據(jù)處理和誤差分析，如最小二乘法、實(shí)驗(yàn)不確定度計(jì)算、有效數(shù)字位數(shù)等。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有長(zhǎng)度測(cè)量，單擺實(shí)驗(yàn)，固體比熱容，牛頓第二定律驗(yàn)證，金屬線脹系數(shù)，楊氏模量的測(cè)定，靜電場(chǎng)描繪，牛頓環(huán)測(cè)光波波長(zhǎng)等。

（2）專業(yè)相關(guān)選修模塊，是通過(guò)規(guī)定一定的項(xiàng)目數(shù)，由學(xué)生自行根據(jù)專業(yè)需求選擇“小套餐”。如一位電子專業(yè)的學(xué)生選擇了一個(gè)小套餐（圖2），而通信專業(yè)的學(xué)生則選擇了另一個(gè)與專業(yè)相關(guān)的套餐（圖3）。

圖2 電子專業(yè)學(xué)生的一個(gè)選修模塊

圖3 通信專業(yè)學(xué)生的一個(gè)選修模塊

此部分要求學(xué)生在能綜合所學(xué)物理知識(shí)和熟練操作儀器后，進(jìn)一步學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本技巧，提高實(shí)驗(yàn)操作能力，能在只給出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的任務(wù)和要求下，可以自行擬定實(shí)驗(yàn)方案，選擇配套儀器，并給出實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法和步驟，教師審核后完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟和計(jì)算分析；第三步達(dá)到可以獨(dú)立研究和做出有實(shí)用價(jià)值的小課題或者物品。

結(jié)合上面例子的圖1，即是學(xué)生先學(xué)會(huì)基本的電學(xué)儀器和測(cè)量方法，再進(jìn)一步自行運(yùn)用儀器設(shè)計(jì)電路方法，最后應(yīng)用不同儀器用具，綜合設(shè)計(jì)組裝出平時(shí)常用的簡(jiǎn)易收音機(jī)。對(duì)于圖2，首先也是利用基本實(shí)驗(yàn)設(shè)備觀察光的干涉情況，如牛頓環(huán)利用有光程差的鈉光燈形成了明暗相間的干涉條紋等實(shí)驗(yàn)；第二步則對(duì)相干性非常強(qiáng)的激光做了光路儀器設(shè)計(jì)和研究；最后完成全息照相這一應(yīng)用廣泛效果良好的實(shí)驗(yàn)。最終深刻認(rèn)知物光和參考光在全息底片上相互干涉，構(gòu)成了一幅非常復(fù)雜而又精細(xì)的干涉條紋圖。這些干涉條紋以其反差和位置的變化，記錄了物光的振幅和相位的信息。這樣的全息圖以光學(xué)編碼的形式記錄下物光的全部信息，攜帶便利，信息復(fù)原完整。

（3）創(chuàng)新模塊則是以實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目改造為切入點(diǎn)，在綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的能力之上對(duì)項(xiàng)目的創(chuàng)新，以及面向?qū)I(yè)開(kāi)設(shè)結(jié)合學(xué)生畢業(yè)論文對(duì)實(shí)驗(yàn)的深入研究。部分物理演示實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目面向全校學(xué)生開(kāi)放，并設(shè)計(jì)制作演示儀器以配合開(kāi)設(shè)的全校通選課程《物理學(xué)史》和《現(xiàn)代生活與物理》等，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)理論結(jié)合實(shí)際，充分發(fā)掘?qū)W生的潛在能力。同時(shí)增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)校園資源共享，在《大學(xué)物理精品資源共享》平臺(tái)上搭建了對(duì)應(yīng)的網(wǎng)上模擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將一些現(xiàn)代科技融入物理實(shí)驗(yàn)，模擬實(shí)際操作，并用軟件擬合數(shù)據(jù)得出結(jié)論。

3 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)K化教學(xué)的配套措施

對(duì)于模塊化教學(xué)模式，為方便統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)，可實(shí)行互聯(lián)網(wǎng)信息管理，實(shí)時(shí)方便學(xué)生選擇和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的預(yù)約和學(xué)習(xí)。學(xué)生可以結(jié)合自身需求，按照每個(gè)大小模塊上的詳細(xì)介紹來(lái)選定實(shí)驗(yàn)時(shí)間和順序。并從新學(xué)期的開(kāi)始起，開(kāi)始預(yù)選實(shí)驗(yàn)?；A(chǔ)模塊實(shí)驗(yàn)的時(shí)間是確定的，其他模塊兩周最多預(yù)選2個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生需核對(duì)實(shí)驗(yàn)名稱、教室、日期和時(shí)段等信息并確認(rèn)。上課時(shí)攜帶學(xué)生證或一卡通等證件，否則教師有權(quán)阻止其進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。上完實(shí)驗(yàn)課后需在一周內(nèi)將實(shí)驗(yàn)報(bào)告投至指定郵箱，并對(duì)授課教師做出百分之的評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)。

對(duì)于上實(shí)驗(yàn)的教師，一個(gè)人只負(fù)責(zé)一兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這樣既熟知了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可以更好的教學(xué)，又方便積累教學(xué)時(shí)遇到的問(wèn)題加以改進(jìn)。同時(shí)實(shí)行定時(shí)輪換，使所有相關(guān)老師都可以熟練掌握全部實(shí)驗(yàn)，也更利于理論聯(lián)系實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

引入鼓勵(lì)引導(dǎo)機(jī)制。給態(tài)度積極并學(xué)有成就的學(xué)生以一定的獎(jiǎng)勵(lì)，對(duì)于完成第第三模塊情況優(yōu)秀的學(xué)生，除了高分認(rèn)證外，可以組織參加科技創(chuàng)新活動(dòng)和競(jìng)賽，擴(kuò)大視野，激發(fā)熱情。

4 結(jié)論

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的模塊化教學(xué)模式，能使學(xué)生體驗(yàn)到更強(qiáng)烈的實(shí)驗(yàn)興趣，形成愛(ài)思考、勤動(dòng)手、共討論的好氛圍。在充分利用教學(xué)和人力資源的前提下，有效激發(fā)學(xué)生的非智力因素，充分發(fā)揮大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在人才能力培養(yǎng)中的優(yōu)勢(shì)，為培養(yǎng)現(xiàn)代創(chuàng)新型人才打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］吳思誠(chéng).抓住機(jī)遇，深化改革，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)物理教學(xué)在培養(yǎng)新型人才中的重要作用［J］.物理實(shí)驗(yàn)，1999，19（6）：3－5.

［2］黃 健.淺談獨(dú)立學(xué)院大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教學(xué)方法［J］.科技信息.2010（02）.

［3］張 英.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)K化教學(xué)改革與思考［J］.科技信息，2010（34）.

［4］劉啟龍.大學(xué)物理模塊化教學(xué)改革研究［J］.電源技術(shù)應(yīng)用，2013（10）.

［5］朱湘萍，熊文元，包本剛.用科研項(xiàng)目推進(jìn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究與探索［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2011，24（3）.

［6］朱小萍.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究［J］.淮南師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，12（61）：117－119.