首屆全國高校物理實(shí)驗(yàn)青年教師講課比賽后的思考

潘小青馬世紅

(1江西理工大學(xué)，江西 贛州 341000;2復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系，上海 200433)

第三屆全國高等學(xué)校物理基礎(chǔ)課程青年教師講課比賽暨首屆物理實(shí)驗(yàn)課程青年教師講課比賽決賽于2017年8月23日在桂林廣西師范大學(xué)順利舉行。通過全國各省的省賽，每省選拔兩名參賽教師(以下簡稱選手)進(jìn)入6大賽區(qū)的區(qū)賽，各賽區(qū)再遴選兩位選手，最終12位青年教師進(jìn)入全國決賽。比賽過程是參賽教師提前1小時抽取講課內(nèi)容，經(jīng)準(zhǔn)備后進(jìn)行15分鐘的講解，再接受評委10分鐘的提問，評委根據(jù)兩項內(nèi)容給參賽教師評分。作者分別作為評委參加省賽、區(qū)賽和決賽，參與了賽事部分比賽方案的擬定工作，本文結(jié)合這屆賽事談?wù)剛€人的觀感以及對物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本內(nèi)容的思考。

1　參賽青年教師教學(xué)風(fēng)采良好

本次比賽最終進(jìn)入全國賽的12位選手在講課中體現(xiàn)出了良好的教學(xué)風(fēng)范和教學(xué)能力。主要表現(xiàn)在：一是儀態(tài)優(yōu)雅，語言生動。每位選手精心準(zhǔn)備正裝上課，動作姿勢大方得體，講解聲情并茂，較好地吸引了聽眾的注意力。二是教學(xué)過程設(shè)計有方。每位教師均根據(jù)自己的理解合理安排教學(xué)內(nèi)容和過程，按照要求在規(guī)定的15分鐘時間內(nèi)講完教學(xué)內(nèi)容。三是教學(xué)課件制作精良。很多教師在講課過程中使用了豐富的多媒體教學(xué)資源，如圖片、動畫、視頻等，在版面設(shè)計、呈現(xiàn)方式、播放進(jìn)程等多個方面進(jìn)行了精心的安排，課件圖文并茂，視頻播放流暢。四是回答問題從容不迫。物理實(shí)驗(yàn)講課比賽與理論課講課比賽最大的不同就是增加了10分鐘的評委提問環(huán)節(jié)，來自不同地區(qū)不同高校的9位評委針對各個實(shí)驗(yàn)的不同特點(diǎn)，從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等多個不同的角度提出各種針對性的問題，要求講課教師回答。這些問題有些是在實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常碰到的現(xiàn)象，有些是學(xué)生實(shí)驗(yàn)中常會出現(xiàn)的問題，也有的是要對實(shí)驗(yàn)原理、方法有深入思考才能發(fā)現(xiàn)的問題，不同的問題考驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教師在教學(xué)指導(dǎo)過程中對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容理解的不同深度和廣度。參賽教師對所提問題有的能正確理解并作出合理的解答，而在碰到難于回答的問題時也都表現(xiàn)了較好的風(fēng)度。

總體而言，進(jìn)入全國比賽的各位青年教師展現(xiàn)了所在高校較好的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。通過本次比賽，全國高校從事物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教師尤其是參賽的青年教師都對相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了深入探討，對實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行了一次全面精心的備課，在本屆比賽的各個不同階段，參與比賽和觀摩的老師在比賽過程中還進(jìn)行了廣泛的交流討論。通過這樣一次全國范圍的物理實(shí)驗(yàn)課程講課比賽，必定能促進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)水平的不斷提高;而也只有通過廣大物理實(shí)驗(yàn)課程任課教師教學(xué)水平的提高，才能使基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)水平逐步提高，進(jìn)而在高等學(xué)校理工類課程體系中占據(jù)應(yīng)有的基礎(chǔ)地位。

2　對比賽方案的幾點(diǎn)建議

首次物理實(shí)驗(yàn)課程的講課比賽從省賽到最終的國賽歷經(jīng)4個月的時間圓滿結(jié)束，綜觀本屆講課比賽的全過程，比賽方案還有可改進(jìn)的空間。

首先是有關(guān)給選手的最終評分乘上權(quán)重因子的大小問題。本屆比賽根據(jù)選手自報參賽實(shí)驗(yàn)項目的個數(shù)，在最終評分時乘上對應(yīng)的權(quán)重因子，在省賽中對實(shí)驗(yàn)項目數(shù)大于16的選手，其比賽成績?yōu)槠骄煽兂松舷禂?shù)1.2，結(jié)果造成參賽教師的實(shí)際講課表現(xiàn)與最終的成績出現(xiàn)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象[1]，這一問題出現(xiàn)后，區(qū)賽和國賽所乘系數(shù)有了適當(dāng)調(diào)整，最終決賽結(jié)果不再出現(xiàn)前述反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。參賽實(shí)驗(yàn)項目的多少體現(xiàn)著各高校物理實(shí)驗(yàn)課程與教學(xué)基本要求的達(dá)成程度，競賽主辦方也希望通過比賽達(dá)到促進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)水平提高的目標(biāo)，因此比賽成績乘上一定的權(quán)重因子有引導(dǎo)各高校盡可能開出滿足物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本要求的實(shí)驗(yàn)項目數(shù)，只要所乘系數(shù)在相對合適的范圍內(nèi)即可，這需要經(jīng)過大賽取得經(jīng)驗(yàn)后作調(diào)整。

其次是比賽提問環(huán)節(jié)的時間長度問題。從省賽、區(qū)賽到國賽都有評委提問環(huán)節(jié)，由于評委來自不同地區(qū)、不同層次、不同類型的高校，評委對不同參賽教師抽取的實(shí)驗(yàn)項目的熟悉程度不同，對不熟悉的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容難于提出有效的針對性問題，而對熟悉的實(shí)驗(yàn)項目可能提出很多不同的問題，其中有些問題是超出基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)要求的科研實(shí)驗(yàn)才會涉及的內(nèi)容，這就導(dǎo)致評委對有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提的問題偏多或偏難，而有的實(shí)驗(yàn)的問題則偏少。另外由于提問時間較長，評委所提問題會重復(fù)或針對性不強(qiáng)，鑒于此，筆者建議今后的講課比賽將提問環(huán)節(jié)的提問時間縮短到5分鐘可能會更合理一些。

再次是講課內(nèi)容安排問題。所有參賽選手都認(rèn)為自己平時的物理實(shí)驗(yàn)課并不是按講課比賽的模式進(jìn)行的，如此一來勢必造成物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)際與講課比賽內(nèi)容脫節(jié)的現(xiàn)象。物理實(shí)驗(yàn)青年教師講課比賽的目的自然應(yīng)該將比賽的成果融入日常的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，讓廣大青年教師在物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中不僅能講操作，更能將物理實(shí)驗(yàn)的原理、方法、技術(shù)、實(shí)驗(yàn)誤差和數(shù)據(jù)處理等核心內(nèi)容貫穿實(shí)驗(yàn)教學(xué)的始終，這樣高?；A(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量才能不斷得到提高。所以，物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容如何呈現(xiàn)是非常值得思考的一個問題。

3　對物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的思考

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的作用主要是培養(yǎng)學(xué)生的基本科學(xué)實(shí)驗(yàn)技能，提高學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)基本素質(zhì)，使學(xué)生初步掌握實(shí)驗(yàn)科學(xué)的思想和方法。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新意識，使學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)研究的基本方法，提高學(xué)生的分析能力和創(chuàng)新能力[2]。按照大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)基本要求，物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該包含測量誤差、數(shù)據(jù)處理、基本物理量的測量、常用的物理實(shí)驗(yàn)方法、常用實(shí)驗(yàn)儀器和常用實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)等6個方面。基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課程一般由一個個的實(shí)驗(yàn)項目組成，落實(shí)到每個具體實(shí)驗(yàn)項目結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容要素可以從下面幾個問題出發(fā)：首先是實(shí)驗(yàn)題目的確定，即實(shí)驗(yàn)是什么;其次是實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，即為什么要做這個實(shí)驗(yàn);第三是實(shí)驗(yàn)原理和方法，即怎么做實(shí)驗(yàn);最后是測量誤差和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，即實(shí)驗(yàn)結(jié)果做得怎樣。下面分別就這幾點(diǎn)談?wù)劰P者的看法。

3.1　實(shí)驗(yàn)題目的確定

在物理實(shí)驗(yàn)課程中的實(shí)驗(yàn)題目往往是由學(xué)校自定，這使得很多內(nèi)容大體相同的實(shí)驗(yàn)在不同學(xué)校給出的題目卻很不相同，所以在填寫比賽實(shí)驗(yàn)題目時，實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容均要求列出。本次比賽中出現(xiàn)的一些題目過于簡單且無法從題目名稱上形成對實(shí)驗(yàn)的初步認(rèn)識，比如有的直接用實(shí)驗(yàn)中的元件薄透鏡為實(shí)驗(yàn)題目，使人無法從題目中猜出實(shí)驗(yàn)到底要測量什么物理量。如果根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將實(shí)驗(yàn)名稱改成諸如“薄透鏡焦距的測量”之類的題目，就明確了物理實(shí)驗(yàn)基本要求中的基本物理量測量的內(nèi)容。一個實(shí)驗(yàn)題目應(yīng)能反映實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)內(nèi)容，基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課程通常面向全校理工科各個專業(yè)，在課程總學(xué)時日益縮減的大背景下，如果物理實(shí)驗(yàn)課程不能給相關(guān)專業(yè)提供合適的物理實(shí)驗(yàn)基本訓(xùn)練內(nèi)容，將難以在相關(guān)專業(yè)課程體系中得到基本的學(xué)時保證。另外，一個實(shí)驗(yàn)題目的科學(xué)性也反映出學(xué)校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整體水平，高校在編制物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)大綱時應(yīng)該重視實(shí)驗(yàn)題目的確定。

3.2　實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目標(biāo)包括實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察和過程設(shè)計、實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法的掌握、實(shí)驗(yàn)原理和物理概念的理解、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評估和報告等[3]。任何一個物理實(shí)驗(yàn)項目均有它產(chǎn)生的歷史或應(yīng)用背景，它可以回答為什么要做這樣一個實(shí)驗(yàn)，通過這樣的實(shí)驗(yàn)又可以達(dá)到怎樣的教學(xué)目的。比如邁克爾孫干涉儀實(shí)驗(yàn)，邁克爾孫當(dāng)初設(shè)計這個干涉系統(tǒng)的思想，是通過半透半反鏡實(shí)現(xiàn)彼此垂直的兩束相干光干涉，通過干涉條紋的移動達(dá)到測量不同方向光速的差異從而測量以太漂移速度的目標(biāo)[4]。雖然邁克爾孫實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否定的，但卻為光譜精密測量提供了方法，也為愛因斯坦的光速不變原理提供了實(shí)驗(yàn)支持。不僅如此，引力波探測裝置LIGO就是應(yīng)用了這一實(shí)驗(yàn)方法成功探測了兩個黑洞并合形成的引力波。如果在邁克爾孫實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中將這段歷史背景和現(xiàn)代應(yīng)用加以介紹，然后再講教學(xué)目的，會大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣從而提高學(xué)習(xí)效果。在本次全國講課比賽中，兩位獲得一等獎的選手均作了很好的展示，期待在今后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中青年教師能更多挖掘?qū)嶒?yàn)項目的歷史與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)。

3.3　實(shí)驗(yàn)原理和方法

實(shí)驗(yàn)?zāi)康那逦螅酉聛碇攸c(diǎn)需要講解的是實(shí)驗(yàn)原理和方法，包括兩個層面：一是理論原理，二是實(shí)驗(yàn)方法。理論原理是指該實(shí)驗(yàn)所依據(jù)的物理概念、規(guī)律等相關(guān)物理原理，比如楊氏模量、轉(zhuǎn)動慣量的概念，等厚干涉、等傾干涉、光柵衍射原理，駐波形成與特點(diǎn)等。這些物理概念或原理很多是大學(xué)物理理論課的教學(xué)內(nèi)容，這就要求我們的物理實(shí)驗(yàn)教師不僅要熟知物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，也要深入理解其物理機(jī)制。作為物理實(shí)驗(yàn)教師，要真正上好實(shí)驗(yàn)課，應(yīng)該與大學(xué)物理理論課教師經(jīng)常交流，既可充實(shí)理論知識，又可了解學(xué)生的學(xué)習(xí)背景，從而進(jìn)行針對性的備課和講解。

物理實(shí)驗(yàn)是人為創(chuàng)造相對理想的實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行物理量的測量的過程，需要借助一定的實(shí)驗(yàn)方法和手段才能最終實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)方法的采用是多種多樣的，比如轉(zhuǎn)換法、放大法、平衡法等。轉(zhuǎn)換法將難于直接測量的量轉(zhuǎn)化成易于直接測量的量，如光電轉(zhuǎn)換等各種傳感器都是轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用。放大法是將過大或過小的量轉(zhuǎn)化成宏觀上可觀測的量，如千分尺用的是機(jī)械放大法，光杠桿借助的是光學(xué)放大法。平衡法可將不易測準(zhǔn)的量轉(zhuǎn)化成易于測準(zhǔn)的量，將不可觀測的量轉(zhuǎn)化成可以觀察的量，如惠斯登電橋。這些實(shí)驗(yàn)方法往往具有普適性，它們不僅只適用于某個實(shí)驗(yàn)，而且可以推廣應(yīng)用于類似的其他實(shí)驗(yàn)測量中。如果實(shí)驗(yàn)教師在課程講解時能強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)方法的重要性，并將這些不同的實(shí)驗(yàn)方法用于實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新和拓展，將有利于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的水平。

實(shí)驗(yàn)當(dāng)然離不開實(shí)驗(yàn)手段——實(shí)驗(yàn)儀器。實(shí)驗(yàn)儀器的工作就是將上述實(shí)驗(yàn)原理和方法轉(zhuǎn)化到具體儀器設(shè)備的過程。本次大賽要求不涉及對著具體實(shí)驗(yàn)儀器講解，實(shí)際上是增大了講課比賽的難度。但這正是比賽希望通過這樣的形式推動實(shí)驗(yàn)教師對物理實(shí)驗(yàn)本質(zhì)的理解，而不是流于只講儀器旋鈕使用的形式。教師在實(shí)驗(yàn)中的作用主要表現(xiàn)在指導(dǎo)學(xué)生按照一定的實(shí)驗(yàn)流程、實(shí)驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中思考每一項操作所關(guān)聯(lián)的物理現(xiàn)象和物理量的變化。實(shí)驗(yàn)操作固然是實(shí)驗(yàn)的重要部分，但這是由學(xué)生完成的，讓學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的基本程序，通過實(shí)驗(yàn)過程學(xué)會基本的操作技術(shù)。作為實(shí)驗(yàn)教師應(yīng)熟悉實(shí)驗(yàn)儀器及其操作過程中可能出現(xiàn)的各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并能在學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中處理各種異常，這樣在評委提問環(huán)節(jié)才能從容地回答不同的問題。

3.4　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

一個實(shí)驗(yàn)到測量完數(shù)據(jù)并沒有完成，還有最后也是最關(guān)鍵的一步，就是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，如果測量的數(shù)據(jù)沒有被合理地解讀，整個實(shí)驗(yàn)就變得毫無意義，因此實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理是評估整個實(shí)驗(yàn)結(jié)果不可或缺的重要一環(huán)。數(shù)據(jù)處理包括計算待測的物理量、測量結(jié)果的誤差或不確定度分析、圖示所測不同物理量的數(shù)學(xué)關(guān)系等。每個實(shí)驗(yàn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理、方法和目的的不同，可以采用不同的數(shù)據(jù)處理方法。通過最終的數(shù)據(jù)處理，才可以對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有個基本的判斷，并分析產(chǎn)生這些判斷的依據(jù)是什么，可以引發(fā)哪些思考，形成對整個實(shí)驗(yàn)的完整認(rèn)識。在本次講課比賽中，很多選手都忽視了這一環(huán)，可能是講解時間的限制造成的，但這也表明在平時的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中青年教師普遍對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理不夠重視。這次比賽反映出這個問題，正說明物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量還有較大的提升空間，希望能在以后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到不斷改善。

4　結(jié)語

首屆全國高校物理實(shí)驗(yàn)青年教師講課比賽吸引了全國高校成百上千的從事物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教師參與到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)交流之中，引發(fā)廣大物理教師的持續(xù)關(guān)注，激起了高校一批物理實(shí)驗(yàn)教師廣泛的討論，必將對高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的提升產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。