大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革探究

殷春英

摘 要：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力上具有其他課程不可替代的作用。通過(guò)分析當(dāng)前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，提出了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的設(shè)想，其目的就是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力，提高學(xué)生科學(xué)探究的能力、創(chuàng)新的能力，以及主動(dòng)研究的探索精神和團(tuán)結(jié)合作的意識(shí)。

關(guān)健詞：物理實(shí)驗(yàn) 教學(xué)改革 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）10（a）-0166-02

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課是面向全校理工科專業(yè)設(shè)置的學(xué)科基礎(chǔ)課，是大學(xué)物理教學(xué)中的一個(gè)重要組成部分。本實(shí)驗(yàn)課程為理工科大學(xué)生入門的實(shí)踐性課程，是集動(dòng)手、觀察、分析、判斷、演繹、歸納、推理、文字表達(dá)等一系列基礎(chǔ)能力訓(xùn)練為一體的綜合性課程，同時(shí)，它也是后繼專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的基礎(chǔ)，更有利于學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)素質(zhì)的培養(yǎng)。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程，不僅能向?qū)W生系統(tǒng)地傳授科學(xué)實(shí)驗(yàn)的理論知識(shí)、方法、技能，還能訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力，對(duì)以后學(xué)生的思維活動(dòng)和良好工作作風(fēng)的形成也有很大的影響力。它在提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力上具有其他課程不可替代的作用，是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后受到系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開(kāi)端，是對(duì)理工科專業(yè)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的重要基礎(chǔ)。

1 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)現(xiàn)狀及分析

分析目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的現(xiàn)狀，確實(shí)存在著一些普遍的現(xiàn)象。

比較普遍的方法是，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師提前完成實(shí)驗(yàn)步驟的制定和儀器設(shè)備的準(zhǔn)備和簡(jiǎn)單的組裝等，學(xué)生只是被動(dòng)地接受知識(shí)和實(shí)驗(yàn)的方法步驟。即在每次做實(shí)驗(yàn)之前，實(shí)驗(yàn)教師在黑板上寫滿了實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟，并占用大量的時(shí)間講實(shí)驗(yàn)原理、具體的實(shí)驗(yàn)測(cè)量的方法、獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法和注意事項(xiàng)，隨后，學(xué)生照實(shí)驗(yàn)步驟或著模仿教師進(jìn)行操作，讀取數(shù)據(jù)，填寫講義上設(shè)計(jì)的表格，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。如此的實(shí)驗(yàn)過(guò)程收獲甚微。

另外，大多數(shù)高校的實(shí)驗(yàn)課往往分組進(jìn)行，每組學(xué)生同時(shí)做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)的方法，甚至實(shí)驗(yàn)的結(jié)論都相同，這樣往往導(dǎo)致部分學(xué)生依賴、抄襲的現(xiàn)象，特別是當(dāng)兩人合做時(shí)，容易造成部分學(xué)生不動(dòng)手、不參與、不認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)，不認(rèn)真記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，更談不上去分析思考和探究，更不利于提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，也不利于學(xué)生突破思維定勢(shì)的障礙，更不利于學(xué)生創(chuàng)新思維方法的形成和智能的發(fā)展。

造成此現(xiàn)象的原因分析如下。

（1）大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的課時(shí)太少。

由于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)總課時(shí)少，每個(gè)實(shí)驗(yàn)的課時(shí)更少，以筆者學(xué)校為例，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)共16學(xué)時(shí)，8個(gè)實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)2節(jié)課（1.5h）很容易造成走形式、走過(guò)場(chǎng)，完全已完成實(shí)驗(yàn)為目的。

（2）實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容設(shè)置有待改善。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容一般分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，由于實(shí)驗(yàn)的課時(shí)減少，使得保留的實(shí)驗(yàn)多數(shù)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺少綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，不利于學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

目前部分院校大學(xué)物理理論課和實(shí)驗(yàn)課同一學(xué)期開(kāi)課，由于學(xué)生人數(shù)眾多和實(shí)驗(yàn)儀器臺(tái)套數(shù)有限，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)的先后秩序與理論課的順序不一致，忽視了由易到難的原則，所有實(shí)驗(yàn)同時(shí)輪換，導(dǎo)至了有些學(xué)生先做實(shí)驗(yàn)、后學(xué)理論課，尤其是顛倒基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)的次序，使得實(shí)驗(yàn)后對(duì)實(shí)驗(yàn)知識(shí)是片斷凌亂的，缺乏知識(shí)的完整性、系統(tǒng)性。

（3）教師的教學(xué)態(tài)度有待改進(jìn)。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教師一般按照實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃?、方法、步驟等進(jìn)行，忽視了對(duì)學(xué)生預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)的督查；教學(xué)過(guò)程中忽略了啟發(fā)式教學(xué)，不能引導(dǎo)學(xué)生去思考，不能達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生探索問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力的目的；教學(xué)生“授人以魚(yú)”，而不是“授人以漁”；忽視了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，不能達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。

（4）大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)價(jià)方式有待改進(jìn)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方式有以下幾種形式：第一，憑實(shí)驗(yàn)報(bào)告定成績(jī)。要求學(xué)生每次實(shí)驗(yàn)都要寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的格式相對(duì)固定，實(shí)驗(yàn)報(bào)告依次寫出實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、誤差分析及對(duì)實(shí)驗(yàn)的建議、體會(huì)等。這種固定的格式，不易體現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的個(gè)性，同時(shí)，由于格式相似，很容易造成抄襲現(xiàn)象，難于反映出學(xué)生的實(shí)驗(yàn)態(tài)度、付出的勞動(dòng)，很難看到有創(chuàng)新性、有水平的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。第二，憑實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)的理論考試、操作考試定成績(jī)。這種評(píng)價(jià)方式看似比較全面，但是，由于實(shí)驗(yàn)儀器組數(shù)、不同實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)不同，評(píng)價(jià)方式很難實(shí)施。

2 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)施方案

2.1 制定確實(shí)可行的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的培養(yǎng)目標(biāo)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是面向理工科專業(yè)設(shè)置的學(xué)科基礎(chǔ)課，是大學(xué)物理教學(xué)的一個(gè)重要組成部分，是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后首次受到的系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的入門課程，是所有理工科專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的重要基礎(chǔ)。

其培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)該包括：第一個(gè)層次，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的基本能力和素養(yǎng)，即：（1）培養(yǎng)學(xué)生能夠通過(guò)閱讀實(shí)驗(yàn)相關(guān)資料，自己設(shè)計(jì)基本實(shí)驗(yàn)，做好實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作；（2）學(xué)生能夠獨(dú)立地閱讀教材和儀器使用說(shuō)明書(shū)，正確、熟練地使用常用儀器；（3）能夠運(yùn)用所學(xué)的大學(xué)物理理論知識(shí)，對(duì)基本的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果現(xiàn)象進(jìn)行初步的分析判斷和預(yù)測(cè)；（4）能夠準(zhǔn)確記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，恰當(dāng)?shù)乇硎鰧?shí)驗(yàn)結(jié)果，得出正確的結(jié)論，撰寫合格的實(shí)驗(yàn)報(bào)告；（5）培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和實(shí)事求是的工作作風(fēng)、嚴(yán)肅認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度、愛(ài)護(hù)公共財(cái)產(chǎn)的優(yōu)良品德。第二個(gè)層次，在前面的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、主動(dòng)研究、獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力、提高學(xué)生科學(xué)探究的能力和敢于設(shè)想、大膽創(chuàng)新的精神、培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)合作意識(shí)。

2.2 修改大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和時(shí)間

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有待改善，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該涵蓋驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性和設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)等所有內(nèi)容，不同性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的能力的側(cè)重面不同，綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，更有利于學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

增加大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的課時(shí)和實(shí)驗(yàn)實(shí)施的時(shí)間，由于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)總課時(shí)少，每個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間更少，使得學(xué)生沒(méi)有時(shí)間去思考、分析、探究實(shí)驗(yàn)，常常造成流于形式、以完成任務(wù)為目標(biāo)。建議：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)2h，綜合、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)至少3h，創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)至少4h（甚至更多）。

恰當(dāng)?shù)匕才糯髮W(xué)物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，也是不容忽視的問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)開(kāi)出時(shí)間在理論課之后，更有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)的理解、分析和探究，尤其是綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，這樣更有利于培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。建議：前一學(xué)期開(kāi)理論課，后一學(xué)期開(kāi)實(shí)驗(yàn)課。

2.3 改進(jìn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法

這里引用愛(ài)因斯坦曾經(jīng)說(shuō)過(guò)的話：如果一個(gè)人掌握了學(xué)科的基礎(chǔ)理論，并且學(xué)會(huì)了獨(dú)立思考和工作，他必定會(huì)找到他自己的道路，而且比起那種主要以獲得細(xì)節(jié)知識(shí)為其培訓(xùn)內(nèi)容的人來(lái)，他一定會(huì)更好地適應(yīng)進(jìn)步和變化。由此可見(jiàn)，掌握基礎(chǔ)、學(xué)會(huì)思考使學(xué)生有更好發(fā)展的前提，對(duì)此，我們要對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練是科學(xué)探究的準(zhǔn)備，綜合設(shè)計(jì)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)則是科學(xué)探究的模擬。所有我們采用分層次教學(xué)，把大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)分為基本理論實(shí)驗(yàn)層次和分析探究實(shí)驗(yàn)層次。

（1）基本理論實(shí)驗(yàn)層次。

基本理論實(shí)驗(yàn)層次即為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)層次，在完成基本理論教學(xué)的前提下，提供給學(xué)生多種預(yù)習(xí)通道，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)講義、網(wǎng)絡(luò)、虛擬實(shí)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)錄像，把實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)展示給大家，提供感性的認(rèn)識(shí)，在自學(xué)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)自己的實(shí)驗(yàn)，注重實(shí)驗(yàn)的過(guò)程和細(xì)節(jié)，圓滿完成大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的第一層次。

（2）分析探究實(shí)驗(yàn)層次。

眾所周知，科學(xué)探究的七大要素有：提出問(wèn)題、猜想與假設(shè)、制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與搜集證據(jù)、分析與論證、評(píng)估、交流與合作。因此，我們?cè)谕瓿纱髮W(xué)物理理論教學(xué)和基本理論實(shí)驗(yàn)?zāi)K的基礎(chǔ)上完成分析探究實(shí)驗(yàn)?zāi)K。

探究的題目分為教師擬定和學(xué)生自擬兩部分，決定權(quán)交給學(xué)生，教師只是確定實(shí)驗(yàn)的個(gè)數(shù)，但要確保為綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，要保證充分的學(xué)時(shí)，學(xué)時(shí)也可以分段實(shí)施，要注重學(xué)生帶著問(wèn)題去探究的過(guò)程和態(tài)度，不要過(guò)度追求結(jié)果的準(zhǔn)確性，善于引導(dǎo)學(xué)生從問(wèn)題中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。愛(ài)因斯坦早就斷言：創(chuàng)造并非邏輯推理的結(jié)果。對(duì)待創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，我們不能急于求成、急功近利。教師在此階段主要起綜合、設(shè)計(jì)、創(chuàng)新性課題的審查、引導(dǎo)學(xué)生如何開(kāi)展科學(xué)研究、科學(xué)探索，使學(xué)生初步具備獨(dú)立思考和工作的能力。達(dá)到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)目標(biāo)的第二層次的要求。

（3）在每個(gè)模塊滲透科學(xué)方法的教育。

科學(xué)方法有許多，滲透方法教育會(huì)使學(xué)生受益無(wú)窮。例如，控制變量法是物理實(shí)驗(yàn)研究中常用的一種研究方法，即在實(shí)驗(yàn)研究的過(guò)程中，對(duì)影響事物變化規(guī)律的變量進(jìn)行分析，對(duì)其影響因素進(jìn)行人為控制，只使其中的某一變量按照特定的要求發(fā)生變化，最終得出所研究的問(wèn)題的結(jié)論；模擬法是用一種容易實(shí)現(xiàn)、方便測(cè)量的物理狀態(tài)或過(guò)程模擬另一種不易實(shí)現(xiàn)、不便測(cè)量的物理狀態(tài)或過(guò)程，這種方法被廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)之中，例如，我們常用電流場(chǎng)來(lái)模擬靜電場(chǎng)、溫度場(chǎng)、流體場(chǎng)等，我們的“靜電場(chǎng)的模擬與描繪”就是應(yīng)用的這種方法；假設(shè)法是創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的前提，它需要先分析現(xiàn)象提出問(wèn)題，大膽猜測(cè)，提出假說(shuō)，假設(shè)的正確與否可用實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。當(dāng)然，具體的問(wèn)題要具體分析，適當(dāng)?shù)臐B透方法教學(xué)是每位教師努力的方向，對(duì)學(xué)生未來(lái)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。

2.4 改進(jìn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)方式

改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)評(píng)定方法，第一，減少些寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的次數(shù)。第二，提高實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量，不要套用格式，實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)的收獲，即實(shí)驗(yàn)的相關(guān)資料、心得體會(huì)，既能發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，又能讓教師更好地把握學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)和過(guò)程。第三，采用科技小論文的形式，以及對(duì)本實(shí)驗(yàn)過(guò)程的方法或者改進(jìn)意見(jiàn)加工整理，撰寫小論文，可以慢慢提高學(xué)生的科技論文寫作水平。

總之，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)要以學(xué)生為中心，以提高學(xué)生的綜合能力為最終目的，滲透科學(xué)研究的方法，使學(xué)生學(xué)會(huì)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的方法，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)打下良好的基礎(chǔ)。

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