物理實驗教學改革的研究

魏佳　李福祥

[摘要]本文結合當前高等院校所面臨的問題和遇到的困難，分析了目前大學物理實驗教學的特點，提出了一些切實可行的改革方案。激發(fā)學生對科學研究的興趣和創(chuàng)新意識，增強自信心和成就感，培養(yǎng)綜合素質(zhì)。從根本上提高大學生發(fā)現(xiàn)、觀察、分析、研究和解決相關實際問題的能力，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。同時緩解大學物理實驗教師的教學壓力，提高教學能力。

[關鍵詞]大學物理實驗 教學模式 實驗能力

隨著科學技術的迅猛發(fā)展，社會對創(chuàng)新型人才的要求越來越高，革新大學物理實驗的教學模式，提高物理實驗課的教學質(zhì)量顯得尤為重要。傳統(tǒng)的大學物理實驗教學模式處于教學方法過于單一、教學手段較為落后的狀態(tài)，這樣的實驗教學模式不能有效調(diào)動學生的主觀能動性，束縛學生科學思維能力的發(fā)展，不利于對學生進行科研素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[1]?，F(xiàn)今全國大部分高校采取建立分級別的大學物理實驗教學示范中心，硬件水平得到很大提高，然而在教學質(zhì)量方面還有很多問題亟待解決。在此，本文結合教學實踐中的體會，淺析物理實驗教學過程中存在的各個方面的問題，并就關于如何解決這些問題提出建議。

一、大學物理實驗教學過程中的問題

多方面的因素造成我國高校物理實驗教學存在許多問題[2]，下面將從四個方面展開分析：

1.學時分配不合理

高校為物理實驗教學分配的課時一般為兩個課時，教師需要在較短的時間內(nèi)，為學生講解實驗原理，并介紹相關器材，學生需要撰寫實驗原理，兩個課時的時間對實驗教學來說捉襟見肘，學生自主學習和思考的時間非常少。學生在試驗中遇到問題，大部分都是向教師請教，得到答案就萬事大吉，雖然這樣能夠解決學生在學習中遇到的障礙，但是自主思考和解決問題的能力沒有得到培養(yǎng)，何談思維發(fā)散和創(chuàng)新能力的提高。

2.沒有認識到實驗的重要性

一方面，目前在很多理工科院校中大學物理實驗為考查課，考核制度不嚴謹。又因為在大學里課程繁多，為了考得好成績拿獎學金，很多學生自然而然就把考查課放在一邊，在這部分學生眼里，大學物理實驗課程的學分是比較容易獲得的。另一方面，普通高校的大學生認為自己的學校只是普通的一所學校，平凡得就像大海里的一滴水，自己的將來根本不能與名震寰宇學府中的學生相比，這種念頭導致學生缺乏上進心，學習也沒有積極性，得過且過。個別學生做實驗時自己不動手，請人代勞，趁老師不注意抄襲別人的實驗結果，或著編造實驗數(shù)據(jù)。因此，課堂教學效果極差，不能達到培養(yǎng)和鍛煉學生動手能力的基本要求。

大學生認為學習物理只要背會定理和定律，能夠在考試中得到好成績就足夠了，忽視了物理實驗的重要作用。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)一方面是由于現(xiàn)在社會就業(yè)形勢嚴峻，學生認為只有掌握足夠的理論知識，才能在競爭中立于不敗之地，物理實驗對自己的就業(yè)和未來沒有什么幫助；另一方面是因為高校缺乏完善的物理實驗教學體系，在實驗器材、實驗教學改革等方面，不愿投入人力和物力，造成教師和學生以應付的態(tài)度對待物理實驗。導致當前大學物理實驗教學與中學物理實驗教學嚴重脫節(jié)[3]。在大學里的實驗課中，學生本應該得到必要的引導和充分的自由，在自己動手的過程中發(fā)揮本人的主觀能動性，開發(fā)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。然而錯誤的思想使大部分高校把實驗教學當成理論教學的附屬環(huán)節(jié)，認為做實驗不過是為了更深刻地掌握理論知識。而且為了達到評估的標準，學校側重實驗設備、環(huán)境、場地等的建設，忽略了實驗教學的基本規(guī)律和創(chuàng)新性教學的研究，這也導致學生誤認為大學物理實驗課不重要，上課不積極。

3.實驗項目不夠新穎

傳統(tǒng)的物理教學模式根深蒂固，即使在新課程改革和素質(zhì)教育的大環(huán)境下，高校物理教師仍然堅持老舊的教學方法，實驗項目也很少更新。學生雖然能夠獲得足夠的實驗理論知識，但是創(chuàng)新能力很難提高，部分高校甚至照搬中學的物理實驗，毫無新意，項目陳舊。部分院校中，教師依然是實驗教學中的“主角”，而學生只是“配角”。實驗理論和動手操作上大部分乃至全部都由老師全權代理，實驗課教師仍采用傳統(tǒng)的教學方法，先對學生介紹實驗儀器，講解實驗目的和原理，然后演示實驗步驟并強調(diào)做實驗的注意事項等，接下來學生按老師和教材所講重復實驗，進行簡單的測量。學生不知道為什么做這個實驗以及做這個實驗的相關理論依據(jù)是什么。這樣教學的直接后果就是學生在做實驗的過程中毫無自己的積極思考與積極設計，完全跟著老師的步驟做。學生缺乏個性，缺乏實際操作能力和創(chuàng)造力，不利于啟發(fā)學生的思維，不能開闊學生的視野，更不利于創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

4.實驗安排不合理

當今大部分大學師資有限，教學任務繁重，因而在安排實驗的先后順序時，無法遵從實驗內(nèi)容由易到難，由簡單到復雜的要求，并且由于條件的限制，也無法根據(jù)學生能力的高低和各自專業(yè)的特點來合理安排實驗。這樣使很多學生誤認為物理實驗技能與自己所學專業(yè)無關，覺得物理實驗課不重要，致使學生不能深入體會物理實驗的奧妙，學習的主動性減退，教學效果下降。另外，大部分實驗仍然屬于驗證性實驗，缺乏與當今科學發(fā)展和應用相關的熱點實驗。注重操作能力的實驗較多，而培養(yǎng)學生獨立思維能力的綜合性設計性實驗較少，不利于提高學生的獨立創(chuàng)新能力。

二、提高大學物理實驗教學質(zhì)量的建議

針對高校物理實驗教學中存在的問題，我們需要采取多方面措施，改革教學方法，提高物理實驗教學質(zhì)量。

1.應該將信息技術運用到教學中，合理使用快速發(fā)展的網(wǎng)絡和計算機

傳統(tǒng)的實驗教學方式單一，缺乏多變性和趣味性，難以達到“學以致用”的教學目標，學生缺乏用知識解決實際問題的能力。實踐表明，通過計算機、多媒體來為學生展示實驗器材、實驗過程和實驗現(xiàn)象，使實驗更加生動形象、立體。學生也可以使用計算機網(wǎng)絡，了解儀器的正確使用方法以及實驗的正確步驟，這樣激發(fā)了學生學習物理實驗的積極性。此外，高校物理實驗中有一部分較為抽象，在實驗室中難以完成，如光的干涉實驗、熱量的傳導實驗等，這種抽象實驗的教學可以通過多媒體將實驗現(xiàn)象展示給學生，讓學生了解實驗現(xiàn)象中的科學原理，這就能夠彌補實驗室的不足。但是必須注意的是，信息技術教學只是一種輔助教學手段，并不能完全替代傳統(tǒng)教學，教師應該注意適度，不能顧此失彼。

2.以素質(zhì)教育為目標，建立物理實驗課程新體系

將實驗課程的組成部分為：基本實驗、綜合性實驗、設計性實驗、科學小實驗等，形成從低到高、從基礎到前沿、從接授知識到培養(yǎng)綜合能力，逐級提高的一、二、三級基礎物理實驗課程新體系。每一級物理實驗大致用一個學期的時間完成，不同的級標志著不同實驗技能和科學思維水平。這樣，基礎物理實驗課不再是課堂教學內(nèi)容的簡單重復和驗證，也不再是把力、電、光、近代物理等獨立學科的實驗簡單地串聯(lián)起來構成的實驗系列。使學生從較高起點上進入大學物理實驗，一個臺階、一個臺階地走向科學的高峰。對不同專業(yè)，物理實驗教學應有不同的要求，這體現(xiàn)在不同的學時安排上。除此之外，還應該改革教學內(nèi)容，科學地設置實驗項目，優(yōu)化基礎實驗的訓練，增加應用性、綜合性、設計性和研究性實驗內(nèi)容，重視實驗的先進性、開放性和將科研成果轉化為教學實驗的應用。預備性實驗是為進入大學但具有不同物理實驗基礎的同學而準備的，這類實驗以開放、課余的形式，由同學根據(jù)自身條件、自我需要進行選修，目的是對基礎物理實驗知識進行填平補齊；另一方面通過基礎性實驗，讓學生掌握基本理論和技能；通過綜合性和設計性實驗，讓學生了解現(xiàn)代物理的發(fā)展趨勢和新技術的應用，提高學生的科學素質(zhì)和綜合研究能力，激發(fā)學生的創(chuàng)新精神；創(chuàng)新提高性實驗是以科研實踐為主題，提前讓學生了解科研的方法和環(huán)節(jié)，從而學到更多書本以外的知識，鍛煉他們的獨立科研能力。

3.改善知識結構，提高教學能力

一名合格的教師，不僅要有精深扎實的專業(yè)基礎知識，還應具有廣博的與本專業(yè)相關的各門科學知識。在新課改的形勢下，深化教學教法改革，應從教師本身的知識結構和教學能力入手。教師應及時掌握國內(nèi)外最新實驗教學動態(tài)，了解最新科學研究進展，在深入掌握所授課程的同時，擴展知識面，并有效地傳授給學生，這樣的教學才深刻獨到，富有啟發(fā)性。以此引導學生，讓他們明白人類對物質(zhì)世界的認識還不完全，還有大量問題有待解決和發(fā)展，從而激發(fā)他們的好奇心和創(chuàng)新意識。

4.加強設計性實驗的教學，并且為學生設置開放的實驗室

傳統(tǒng)的物理實驗內(nèi)容陳舊，很難提起學生興趣，高?？梢愿鶕?jù)當前教學內(nèi)容，結合基礎性實驗，增加一部分設計性實驗。這樣，學生能夠運用自己的物理知識，設計出各種各樣的物理實驗。例如，學生可以通過力學中的碰撞實驗，設計出諸如“勻加速運動物體特性”的設計性實驗。高校應該使實驗室由封閉轉向開放，使學生可以根據(jù)自己的興趣和當前學習內(nèi)容，自主進行實驗，滿足其個性化學習的需求。

5.建立科學的考核體系，提出科學合理的實驗考核細則

沒有壓力，就沒有動力。所以要適當增加考核的難度，這樣可以促進學生學習的積極性?？己藭r，要根據(jù)考核內(nèi)容在培養(yǎng)學生能力和素質(zhì)中所起作用大小，分配不同的權重，確定具體可行科學合理的實驗考核細則。對學生能力的評定應該包括課堂表現(xiàn)、實驗報告、課外自主科研活動以及實驗考試?？荚噧?nèi)容除了基礎實驗知識以外，應擴大設計性實驗內(nèi)容。這樣，學生才會重視物理實驗，提高對物理實驗的興趣，端正學習態(tài)度，在做實驗時認真思考并盡力掌握實驗的精髓，最終真正學有所得。實驗考評采取多種考核方式相結合的綜合評定方法。普通物理實驗共開設四個學期，第一學期主要開設基礎類實驗，考核方式為平時實驗成績占50%，期末成績占50%。其中，期末成績?yōu)閷嶒灷碚摼C合考試，采取閉卷形式。其余學期的實驗成績考核方式為平時實驗成績占40%，期末操作考試占30%，設計性實驗小論文占30%。平時實驗成績包含實驗預習、實驗過程中的表現(xiàn)和紀律、實驗儀器的正確規(guī)范使用、實驗操作熟練程度、實驗報告等各項指標。小論文根據(jù)實驗方案的可行性和創(chuàng)新性、實驗結果的正確性和小論文的規(guī)范性等要素進行成績評定。操作考試讓學生以抽簽的形式隨機抽取實驗項目及試卷，考試時間為20分鐘。采取上述考核方式的目的在于表明對實驗成績的考評更注重實驗過程及創(chuàng)新，消除了以往僅根據(jù)實驗報告的好壞給成績的弊端。

三、總結

大學物理實驗教學的改革符合時代和科學發(fā)展的要求，是刻不容緩的。不管這門課程如何改革，它只能朝著一個方向，那就是培養(yǎng)的學生應該是適應時代發(fā)展、具有創(chuàng)新思維能力和實踐能力的人才。通過大學物理實驗教學的改革并積極實施它，才可真正意義上培養(yǎng)學生堅實的科學實驗基礎、扎實的科學實驗能力以及勇于開拓的創(chuàng)新思維和堅忍不拔的創(chuàng)新精神，極大地促進學生做實驗的積極性、主動性?？傊?，充分利用好物理實驗，使學生從感性認識中，通過思考把知識點轉化為理性認識，從而利用知識去解決實際問題，這也正符合實踐—理論—實踐的哲學規(guī)律，從而提高學生的整體素質(zhì)。

[參考文獻]

[1]王野， 李海軍.淺談大學物理實驗教學[J].長春理工大學學報（社會科學版），2007（1）：89-90，95.

[2]朱雙美， 程永光.工科院校大學物理實驗教學改革探索[J].河南教育（高校版），2010（6）：29-30.

[3]王嘉宇， 王永順， 杭玉杰.工科院校大學物理實驗教學研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2010（9）：101-102.

（作者單位：哈爾濱理工大學 應用科學學院 黑龍江省哈爾濱市）