基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的大學(xué)物理實驗教學(xué)改革

于鳳梅 周麗萍 李偉 王克強

摘要：遵循本校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的定位，大學(xué)物理實驗教學(xué)針對新時期出現(xiàn)的問題進(jìn)行改革與探討。首先教師要更新實驗教學(xué)觀念，在教學(xué)中增加與時俱進(jìn)的物理實驗教學(xué)內(nèi)容；其次改革教學(xué)模式與教學(xué)方法，如建立循序漸進(jìn)的分層實驗教學(xué)體系，利用網(wǎng)絡(luò)、虛擬仿真等現(xiàn)代化技術(shù)進(jìn)行教學(xué)；最后改進(jìn)物理實驗考核方法。通過物理實驗教學(xué)改革，學(xué)生的實踐能力獲得提升，教學(xué)質(zhì)量得到了提高，物理實驗教學(xué)為應(yīng)用型人才培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理；實驗教學(xué)；改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）33-0278-03

隨著我國高等教育規(guī)模的快速發(fā)展，教育部引導(dǎo)一批地方本科院校向應(yīng)用型高等學(xué)校轉(zhuǎn)型，鼓勵地方高校面向社會需求，培養(yǎng)各行業(yè)發(fā)展急需的應(yīng)用型人才，服務(wù)本地經(jīng)濟發(fā)展。大學(xué)物理實驗是教育部規(guī)定面向理工科各專業(yè)學(xué)生開設(shè)的基礎(chǔ)課程。對于應(yīng)用型高校，大學(xué)物理實驗是非常重要的基礎(chǔ)課。物理實驗?zāi)軌蚍从忱砉た茖嶒灥墓残院推毡樾詥栴}，大學(xué)物理實驗是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后接受系統(tǒng)科學(xué)實驗方法和實驗技能訓(xùn)練的開端。物理實驗不僅應(yīng)讓學(xué)生受到嚴(yán)格的、系統(tǒng)的實驗技能訓(xùn)練，掌握科學(xué)實驗的基本知識、方法和技巧，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、分析和解決問題的能力，為培養(yǎng)學(xué)生成為應(yīng)用型人才奠定堅實基礎(chǔ)。本文基于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，對大學(xué)物理實驗教學(xué)改革進(jìn)行了探索與實踐。

一、新時期大學(xué)物理實驗教學(xué)出現(xiàn)的問題

（一）學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊，不重視物理實驗

隨著新校區(qū)的建立，我校招生規(guī)模不斷擴大，入學(xué)人數(shù)增多，生源不同，學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊。學(xué)生不重視實驗的現(xiàn)象比較普遍，部分學(xué)生對待實驗的態(tài)度馬虎、敷衍了事。其主要原因有三個方面：首先，受傳統(tǒng)教育思想的影響，重視理論而輕視實驗的現(xiàn)象在教學(xué)中比較常見，有的學(xué)生認(rèn)識不到大學(xué)物理實驗課的重要地位；其次，以教師為主體、學(xué)生為客體的教學(xué)模式，不能充分調(diào)動學(xué)生實驗的積極性；最后，受就業(yè)等的影響，有的學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)物理實驗的興趣和動力。

（二）傳統(tǒng)物理實驗教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核測評面臨挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)物理教學(xué)內(nèi)容陳舊，缺乏現(xiàn)代化氣息。大學(xué)物理實驗教材內(nèi)容基本以經(jīng)典的驗證性實驗為主，缺乏與現(xiàn)代技術(shù)關(guān)聯(lián)的實驗，并且大部分實驗的原理、方法和步驟及數(shù)據(jù)處理需要的公式都有羅列，學(xué)生按既定的步驟進(jìn)行基本可以完成實驗。

傳統(tǒng)教學(xué)方法比較單調(diào)，不能調(diào)動學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性。在過往的實驗教學(xué)過程中，學(xué)生一般是被動地接受知識和實驗方法，學(xué)生一般不需要制定實驗步驟和準(zhǔn)備、搭建儀器設(shè)備。學(xué)生按照現(xiàn)有的實驗講義按部就班地操作一下，記錄數(shù)據(jù)，就可以完成實驗，這樣學(xué)生在實驗課上收獲甚微。

實驗考核方法不完善，致使學(xué)生的動手能力和獨立思考能力無法考查。長期以來學(xué)生的實驗成績由平時成績決定，即以實驗報告為主，而忽略了對實驗過程中學(xué)生的各實驗環(huán)節(jié)的考查。最終實驗技能強的學(xué)生實驗成績可能沒有只認(rèn)真書寫報告拷貝他人數(shù)據(jù)的學(xué)生高，這可能打擊了學(xué)生認(rèn)知過程中的積極性和主觀能動性，致使學(xué)生的實踐能力得不到更好的訓(xùn)練。

二、大學(xué)物理實驗改革措施

（一）更新實驗教學(xué)觀念，轉(zhuǎn)變思想意識

長期以來，物理實驗教學(xué)常處于理論課教學(xué)的從屬地位，不被重視。教學(xué)過程中，應(yīng)使師生認(rèn)識到理論教學(xué)與實驗教學(xué)之間是相輔相成、相互促進(jìn)的關(guān)系。實驗教學(xué)是理論結(jié)合工程技術(shù)的橋梁，是培養(yǎng)學(xué)生由知識型人才向應(yīng)用型人才發(fā)展的重要途徑，實驗教學(xué)對于提高學(xué)生動手能力和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力有著理論教學(xué)無法替代的作用。在思想上對物理實驗有了正確的認(rèn)識后，教師在物理實驗課的教學(xué)中盡心盡職嚴(yán)格把關(guān)，學(xué)生在物理實驗課中會更好地發(fā)揮主觀能動性學(xué)習(xí)實驗內(nèi)容。

（二）增加與時俱進(jìn)的物理實驗教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)當(dāng)今物理學(xué)的發(fā)展方向和新時代對人才的要求，及時更新教學(xué)內(nèi)容是必要的。結(jié)合我校人才培養(yǎng)目標(biāo)“培養(yǎng)有較強的實踐能力的應(yīng)用型高級專門人才”，把當(dāng)前的新技術(shù)、實用性實驗技能融入大學(xué)物理實驗教學(xué)中，才能實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容與時俱進(jìn)，更好地培養(yǎng)應(yīng)用型人才。

1.編寫物理實驗教材。物理教研室的教師針對大學(xué)物理實驗課程，建立起一套符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律和現(xiàn)代知識結(jié)構(gòu)的新的教學(xué)內(nèi)容體系，在總結(jié)我校大學(xué)物理實驗教學(xué)改革與實踐的基礎(chǔ)上編寫了新教材。教材在精選經(jīng)典實驗的基礎(chǔ)上，充實了一些適合現(xiàn)代社會發(fā)展的新的實驗項目，如“銻化銦電阻傳感器的磁阻特性測量及應(yīng)用”，“溫差電效應(yīng)與應(yīng)用”，“霍爾位置傳感器及彎曲法楊氏模量的測定”和“全息照相技術(shù)”等實驗，以拓寬學(xué)生知識面，加深學(xué)生對物理在現(xiàn)代生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用學(xué)習(xí)。實驗內(nèi)容具有現(xiàn)代化氣息，激發(fā)學(xué)生興趣。

2.整合和優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容體系。借鑒有關(guān)其他院校的改革經(jīng)驗[1]，我們對現(xiàn)有物理實驗教學(xué)內(nèi)容體系進(jìn)行了改革、整合和優(yōu)化。在內(nèi)容設(shè)置上減少和改造驗證性、測量性實驗，調(diào)整并充實了綜合性實驗，突出了設(shè)計性實驗，建立起了包括基礎(chǔ)性實驗、綜合性實驗、設(shè)計性實驗在內(nèi)的分層教學(xué)體系。新的教學(xué)內(nèi)容體系由易到難，由簡單到綜合，由注重傳授基本方法到注重培養(yǎng)實踐能力，循序漸進(jìn)、逐級提高，教學(xué)取得一定效果。

基礎(chǔ)性實驗，主要是測量基本物理量和使用常規(guī)、經(jīng)典實驗儀器，在實驗內(nèi)容設(shè)置上，首先要求完成學(xué)生基本實驗技能訓(xùn)練，如調(diào)整基本光路、使用萬用表檢測與排除電路故障等。其次要求學(xué)生能靈活應(yīng)用基本實驗方法，如比較法、補償法、干涉法等。在綜合性實驗內(nèi)容設(shè)置上要求學(xué)生遵循綜合性、探索性等實驗原則。為了更好地體現(xiàn)科學(xué)技術(shù)的新發(fā)展和新工科的課程內(nèi)容，實驗改革添加了近現(xiàn)代科學(xué)研究與工程技術(shù)應(yīng)用較多的物理技術(shù)，如傳感器技術(shù)、激光技術(shù)、弱信號檢測技術(shù)等實驗內(nèi)容，強化物理實驗與工程技術(shù)的緊密關(guān)系，把應(yīng)用型人才培養(yǎng)的理念貫穿物理實驗教學(xué)中[2]。設(shè)計性實驗是指應(yīng)用所掌握的知識，根據(jù)實驗室設(shè)定的實驗題目和內(nèi)容要求，學(xué)生自主查找閱讀文獻(xiàn)、設(shè)計實驗方案、選擇實驗方法和實驗器材、擬定實驗步驟并獨立完成的實驗。如結(jié)合不同專業(yè)特點，開設(shè)適合不同專業(yè)學(xué)生的設(shè)計性實驗項目。例如：電子類專業(yè)可開設(shè)示波器的相關(guān)設(shè)計性實驗，如RLC電路特性研究、磁滯回線測定等項目；農(nóng)學(xué)專業(yè)可開設(shè)恒溫自動控制的實驗項目；生物工程專業(yè)開設(shè)自組望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的實驗等。設(shè)計性實驗?zāi)芡怀鰧W(xué)生在實驗中的主體地位，其獨立思考、動手能力、個人才智得到了充分尊重[3]。設(shè)計性實驗拓寬了學(xué)生創(chuàng)新的思維空間，有利于培養(yǎng)具有創(chuàng)新思想的應(yīng)用型人才。

（三）改革教學(xué)模式、教學(xué)方法

1.建立多元教學(xué)模式。教學(xué)模式和教學(xué)方法的改革建設(shè)與教學(xué)內(nèi)容體系的改革是相輔相成的，前者是后者的邏輯展開。根據(jù)上述多層次的分級教學(xué)體系，發(fā)展多元教學(xué)模式并將采用多變的教學(xué)方法。

所謂多元教學(xué)模式，是指依據(jù)實驗內(nèi)容的層次不同對應(yīng)采用傳統(tǒng)教學(xué)模式或半開放性教學(xué)模式。傳統(tǒng)教學(xué)模式，是指學(xué)生在既定的時間和實驗室，使用統(tǒng)一的教材在教師指導(dǎo)下完成實驗教學(xué)。半開放教學(xué)模式，即對實驗的時間和空間、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)備、教學(xué)目標(biāo)的部分開放，它是由傳統(tǒng)教學(xué)模式向開放性教學(xué)模式的過渡。

不同的實驗教學(xué)模式具有不同的教學(xué)功能和作用。為了讓學(xué)生掌握實驗共性的東西，打下良好的實驗基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)性實驗和綜合性實驗過程中必須采用過去行之有效的傳統(tǒng)教學(xué)模式。半開放可以是教學(xué)時空、教學(xué)儀器的開放，也可以是教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)的開放等，可以對設(shè)計性實驗進(jìn)行開放。在半開放教學(xué)模式階段將為學(xué)生提供豐富的不同專業(yè)的必修實驗和選修實驗項目，學(xué)生可根據(jù)專業(yè)、能力和興趣自由選擇實驗，使教學(xué)內(nèi)容富有彈性。教學(xué)儀器結(jié)合實驗室具體情況進(jìn)行開放，學(xué)生可根據(jù)所選實驗內(nèi)容選擇儀器設(shè)備，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和深入研究。通過傳統(tǒng)教學(xué)模式和半開放性教學(xué)模式的實驗教學(xué)有利于提高學(xué)生的實驗技能、思維能力、綜合應(yīng)用能力。

2.利用現(xiàn)代化信息技術(shù)改進(jìn)教學(xué)方法?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，利用計算機、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等現(xiàn)代化工具，改革傳統(tǒng)的教學(xué)方法日益受到物理工作者的重視。

隨著新校區(qū)的建設(shè)和使用，學(xué)校對大學(xué)物理實驗室建設(shè)打破老校區(qū)的格局，新校區(qū)每間實驗室都配置了多媒體設(shè)備，這樣為開展現(xiàn)代化實驗教學(xué)提供了有利條件。（1）使用多媒體、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實驗教學(xué)。搞好現(xiàn)代化的多媒體教學(xué)必須有高質(zhì)量的多媒體課件，綜觀市面上的各實驗教學(xué)課件都具有一定的局限性，這些課件中涉及的實驗項目有限，有些課件使用的儀器與本校不同，為設(shè)計制作好實驗教學(xué)課件，物理教研室成立了制作小組，經(jīng)過深入的調(diào)查研究、分析討論和結(jié)合我校具體情況，確定大學(xué)物理實驗多媒體課件設(shè)計制作的項目內(nèi)容，用計算機、投影儀展示臺、數(shù)字照相機、數(shù)字?jǐn)z影機等現(xiàn)代化的教學(xué)工具，將各實驗項目內(nèi)容的文字、圖片、動畫、音像等資料進(jìn)行采集整理和編輯制作，開發(fā)一套符合我校實際要求的科學(xué)合理的實驗教學(xué)課件。同時積極建設(shè)大學(xué)物理課程中心，物理實驗相關(guān)資料逐步電子化、網(wǎng)絡(luò)化，方便學(xué)生移動學(xué)習(xí)[4]。如學(xué)生可以利用課下時間進(jìn)行網(wǎng)上預(yù)習(xí)實驗；學(xué)生登錄在線報告系統(tǒng)提交報告，教師在線批改；課程中心可進(jìn)行線上答疑，提高了課堂的效率；在網(wǎng)上預(yù)覽設(shè)計性實驗的項目內(nèi)容、要求和實驗條件，老師推薦加學(xué)生自選，最終確定學(xué)生感興趣的實驗項目等。在實驗學(xué)時有限情況下，課程網(wǎng)站提高了教和學(xué)的效率。（2）建設(shè)虛擬仿真實驗資源?？萍及l(fā)展日新月異，新器件、新設(shè)備層出不窮，實驗室設(shè)備緊跟科技的發(fā)展而更新建設(shè)是不太現(xiàn)實的，實驗內(nèi)容更不可能包羅萬象，仿真軟件可以彌補這個問題。仿真軟件可以不斷更新，不斷加入新的元器件。虛擬仿真實驗資源具備先進(jìn)、功能強的儀器，既擴充了實驗內(nèi)容，開闊了學(xué)生的視野，又節(jié)省了經(jīng)費。

（四）改進(jìn)物理實驗考核方法

原有的物理實驗考核大都由平時成績決定，平時成績包括實驗報告和出勤率以及實驗課堂上的表現(xiàn)等。由于上課人數(shù)較多，教師很難準(zhǔn)確評估每個學(xué)生的實驗技能。為了進(jìn)一步保證實驗課的教學(xué)質(zhì)量，公正評價學(xué)生，改革成績考核方法是必要的。新的實驗考核由平時成績和期末實驗考試成績兩部分構(gòu)成，平時和期末分別占總成績的70%和30%，學(xué)生的期末實驗考試采用操作考試的方法。操作考試采用抽簽的方式，讓學(xué)生獨立完成本學(xué)期的一個實驗項目，同時將基礎(chǔ)性、綜合性和設(shè)計性實驗分別乘上不同的難度系數(shù)，向綜合性、設(shè)計性實驗傾斜，以此鼓勵學(xué)生重視此類實驗，提高其分析問題和解決問題的能力。期末考核內(nèi)容涉及實操情況、誤差分析、實驗技術(shù)以及創(chuàng)新能力等方面。新的考核方法重視學(xué)生實驗的實操情況和數(shù)據(jù)處理能力，能夠引導(dǎo)學(xué)生重視平時實驗課上實驗技能的訓(xùn)練與積累。

三、結(jié)束語

大學(xué)物理實驗教學(xué)改革遵循本校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的定位，通過進(jìn)一步優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容體系，深化改革教學(xué)模式和方法，改進(jìn)物理實驗考核方法，提高了學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力。大學(xué)物理實驗教學(xué)改革提高了實驗教學(xué)效果，為應(yīng)用型人才的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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