農(nóng)業(yè)院校大學(xué)物理實(shí)驗現(xiàn)狀及教學(xué)實(shí)踐與探索

姜貴君 曹學(xué)成 王永剛

關(guān)鍵詞 大學(xué)物理 設(shè)計性實(shí)驗 研究性實(shí)驗 教學(xué)改革

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.09.061

Abstract At present， the country is promoting the construction of "double-first-class" universities， and "cultivating top-notch innovative talents" is an important content in the teaching reform of Chinese colleges and universities. According to the actual situation of physics experiment teaching in agricultural universities in China， taking Shandong Agricultural University as an example， the reform and exploration of university physics experiment teaching were carried out， and the physical experiment projects were studied and developed， which were applied to the experiment teaching practice and achieved good teaching results.

Keywords college physics; designing experiment; research experiment; teaching reform

大學(xué)物物理實(shí)驗課是對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗基本訓(xùn)練的一門獨(dú)立的、必修的基礎(chǔ)課程。大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)改革的主要方向是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，注重應(yīng)用性、研究性和創(chuàng)造性。為此，我校大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)中心根據(jù)本科人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，大力推進(jìn)實(shí)驗教學(xué)改革。對大學(xué)物理實(shí)驗內(nèi)容及架構(gòu)進(jìn)行了整合，由基礎(chǔ)實(shí)驗和驗證性實(shí)驗為主，逐步加大設(shè)計性和研究性實(shí)驗的比例。根據(jù)農(nóng)業(yè)院校特點(diǎn)及現(xiàn)有條件進(jìn)行研究開發(fā)一些設(shè)計性、研究性實(shí)驗項目，運(yùn)用到實(shí)驗教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中，培養(yǎng)學(xué)生把理論知識轉(zhuǎn)化為能力，為畢業(yè)設(shè)計、科學(xué)研究和學(xué)術(shù)論文撰寫奠定基礎(chǔ)，取得了良好的教學(xué)效果。

1 農(nóng)業(yè)院校大學(xué)物理實(shí)驗現(xiàn)狀

長期以來，由于基礎(chǔ)物理實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容固定、更新遲緩，傳統(tǒng)的物理實(shí)驗教學(xué)中往往是驗證性和測量性實(shí)驗多，設(shè)計性、研究性實(shí)驗少，不利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，不能滿足當(dāng)今社會對人才的需求。[2]

目前，國家正在大力推進(jìn)高等學(xué)?！半p一流”建設(shè)、特色建設(shè)、高質(zhì)量建設(shè)，教育部在開展高等學(xué)校實(shí)驗教學(xué)示范中心建設(shè)和評審工作的通知中指出，先進(jìn)的實(shí)驗教學(xué)體系、內(nèi)容和方法應(yīng)當(dāng)從人才培養(yǎng)體系整體出發(fā)，建立以能力培養(yǎng)為主線，分層次、多模塊、相互銜接的科學(xué)系統(tǒng)的實(shí)驗教學(xué)體系，加強(qiáng)設(shè)計性、研究性實(shí)驗。所謂設(shè)計性、研究性實(shí)驗是指讓學(xué)生獨(dú)立自主地對實(shí)驗方法進(jìn)行設(shè)計并對實(shí)驗結(jié)果進(jìn)行分析和研究的物理實(shí)驗。為加強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，大多數(shù)高校大學(xué)物理實(shí)驗的內(nèi)容均包含設(shè)計性、研究性物理實(shí)驗，并且設(shè)計性、研究性物理實(shí)驗在大學(xué)物理實(shí)驗內(nèi)容中所占的比例呈上升趨勢。從全國大學(xué)物理實(shí)驗室建設(shè)和教學(xué)改革來看，都在不同程度上對物理實(shí)驗教學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行了系統(tǒng)的整合。很多高校在不同程度上刪除了一些陳舊的實(shí)驗內(nèi)容，在原來的普通物理實(shí)驗的基礎(chǔ)上結(jié)合學(xué)校自身實(shí)際情況增加了設(shè)計性、研究性實(shí)驗。

經(jīng)調(diào)查，全國高等農(nóng)業(yè)院校的大學(xué)物理實(shí)驗很多是以基礎(chǔ)實(shí)驗為主，設(shè)計性、研究性實(shí)驗偏少。為改變這一現(xiàn)狀，我校物理實(shí)驗教學(xué)中心結(jié)合本?！鞍渭庑汀?chuàng)新型、復(fù)合型、專業(yè)型”人才培養(yǎng)目標(biāo)和要求，大力推進(jìn)實(shí)驗教學(xué)改革，面向不同專業(yè)的需求，對大學(xué)物理實(shí)驗內(nèi)容及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了整合，減少了驗證性大學(xué)物理實(shí)驗，增加了應(yīng)用性強(qiáng)的設(shè)計性和研究性實(shí)驗，[3]并增加一些與學(xué)生專業(yè)背景相關(guān)的設(shè)計性、研究性實(shí)驗，使農(nóng)業(yè)院校大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)體系及教學(xué)方案更加完善。

2 設(shè)計性、研究性實(shí)驗項目的開發(fā)

2.1 實(shí)驗項目開發(fā)過程

（1）選題。實(shí)驗項目在設(shè)計的內(nèi)容和探究的程度上，都要受到學(xué)生的知識基礎(chǔ)和能力發(fā)展水平的制約。對實(shí)驗的難易程度要在設(shè)計之初加以預(yù)測，課題太難，實(shí)施難度較大時，會使學(xué)生喪失積極性，而選題太容易學(xué)生也會失去興趣。因此，所選的實(shí)驗課題的難易程度要適當(dāng)，要考慮學(xué)生能否從某個途徑獲取相關(guān)資料以及實(shí)驗室能否提供所需的實(shí)驗儀器設(shè)備。

（2）擬定可行的實(shí)驗方案。根據(jù)所選的實(shí)驗課題，制訂出一個可行的實(shí)驗方案，其中最為重要的是理論為依據(jù)制定出實(shí)驗方法和實(shí)施步驟。

（3）不斷完善實(shí)驗內(nèi)容。學(xué)生通過擬定的實(shí)驗方案查找資料，進(jìn)行可行性分析，并根據(jù)實(shí)施情況不斷完善實(shí)驗內(nèi)容。設(shè)計性、研究性實(shí)驗教學(xué)以討論式、啟發(fā)式為主，也可采用其他更為靈活的方式。

2.2 實(shí)驗項目開發(fā)類型

在研究開發(fā)大學(xué)物理設(shè)計性、研究性實(shí)驗項目時，除滿足上述“選題”要求外，還要根據(jù)學(xué)校自身特點(diǎn)、專業(yè)需求及現(xiàn)有的實(shí)驗儀器設(shè)備而進(jìn)行分類開發(fā)設(shè)計。[4]（1）基于單一物理量測量而設(shè)計。這類實(shí)驗密切結(jié)合學(xué)生專業(yè)（如水利、食品科學(xué)等專業(yè)），是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性、發(fā)散性思維能力的重要途徑。（2）基于驗證物理規(guī)律而設(shè)計。這類實(shí)驗對于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力是非常重要的。（3）面向?qū)I(yè)需求而設(shè)計。這類實(shí)驗依據(jù)不同專業(yè)背景進(jìn)行的設(shè)計性、研究性實(shí)驗項目，能使學(xué)生從實(shí)驗中感受和體會學(xué)有所用的樂趣，既能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新欲望，又能提高學(xué)生的創(chuàng)新興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，為今后開展專業(yè)性的科研和論文撰寫奠定基礎(chǔ)。（4）基于探索物理規(guī)律而設(shè)計。這類實(shí)驗?zāi)芎芎玫嘏囵B(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索的興趣和能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和用實(shí)驗的方法研究和解決問題的物理思想。

3 物理實(shí)驗教學(xué)改革實(shí)踐探索

我校是一所以農(nóng)業(yè)科學(xué)為優(yōu)勢，生命科學(xué)為特色，融農(nóng)林、理工等多學(xué)科于一體的綜合性大學(xué)。開設(shè)大學(xué)物理實(shí)驗的專業(yè)主要有理工、農(nóng)林及生命科學(xué)類近60個本科專業(yè)。結(jié)合我校人才培養(yǎng)目標(biāo)和要求，物理實(shí)驗教學(xué)中心打破了力、熱、電、光、近代物理封閉的傳統(tǒng)物理實(shí)驗課程體系，注重物理實(shí)驗的時代性與先進(jìn)性，在大學(xué)物理實(shí)驗體系建設(shè)中，實(shí)行四層次實(shí)驗課程體系：基礎(chǔ)性實(shí)驗、綜合性實(shí)驗、設(shè)計性實(shí)驗和研究性實(shí)驗。從專業(yè)上把大學(xué)物理實(shí)驗分為理科、工科和農(nóng)林及生命科學(xué)學(xué)科。我校大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)分為為三個階段進(jìn)行：第一階段進(jìn)行的是“基礎(chǔ)性實(shí)驗”和部分“綜合性實(shí)驗”教學(xué)，屬于必修課，一般是在大一第二學(xué)期、大二第一或第二學(xué)期開設(shè);第二階段進(jìn)行的是“綜合性實(shí)驗”和“設(shè)計性實(shí)驗”教學(xué)，屬于選修課，一般是在大二第二學(xué)期或大三第一學(xué)期開設(shè);第三階段進(jìn)行的是“研究性實(shí)驗”教學(xué)，屬于開放性實(shí)驗，一般是為參加科技大賽或科學(xué)研究的學(xué)生開設(shè)的物理實(shí)驗。下面重點(diǎn)論述設(shè)計性物理實(shí)驗教學(xué)改革與實(shí)踐。

我校設(shè)計性物理實(shí)驗主要是通過選修課進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)。學(xué)生由基礎(chǔ)性實(shí)驗逐步到創(chuàng)新設(shè)計性實(shí)驗階段，為更好地開設(shè)大學(xué)物理實(shí)驗選修課奠定了良好基礎(chǔ)。設(shè)計性物理實(shí)驗，一部分項目已在必修課上完成，其余項目作為選修課供學(xué)生選做。學(xué)生通過選修設(shè)計性物理實(shí)驗課程，完成一定數(shù)目的設(shè)計性物理實(shí)驗，根據(jù)實(shí)驗項目自己進(jìn)行查閱資料、設(shè)計、裝配、調(diào)試實(shí)驗裝置等，直至完成整個實(shí)驗。為了便于指導(dǎo)設(shè)計性物理實(shí)驗項目，我們把專業(yè)分為理工類和農(nóng)林及生命科學(xué)類兩個模塊，根據(jù)教師專長及興趣組建這兩類實(shí)驗的指導(dǎo)教師團(tuán)隊，分別對學(xué)生進(jìn)行設(shè)計性實(shí)驗的指導(dǎo)。學(xué)生根據(jù)自己的專業(yè)或需求選擇模塊，然后再從模塊中的實(shí)驗項目選擇三到四個實(shí)驗題目。學(xué)生選定題目后，經(jīng)一周的時間對自己所選的其中一個實(shí)驗題目查閱資料，設(shè)計實(shí)驗方案，并寫出預(yù)習(xí)實(shí)驗報告。在做實(shí)驗前把預(yù)習(xí)實(shí)驗報告交給指導(dǎo)教師檢查，師生之間也可展開討論，認(rèn)定可行后，學(xué)生方可進(jìn)行實(shí)驗操作，如果預(yù)習(xí)實(shí)驗報告沒有完成，實(shí)驗方案不可行，取消本次實(shí)驗。學(xué)生可重新選定實(shí)驗題目或者對上次的實(shí)驗題目重新設(shè)計實(shí)驗方案，并寫出預(yù)習(xí)實(shí)驗報告。學(xué)生在實(shí)驗操作時，指導(dǎo)老師會巡視學(xué)生實(shí)驗操作，并給予指導(dǎo)。測得的實(shí)驗數(shù)據(jù)讓指導(dǎo)老師審查后，再處理數(shù)據(jù)，完成后將實(shí)驗報告交給指導(dǎo)老師。實(shí)驗室對每個實(shí)驗項目都制定了具體的考核辦法和評分標(biāo)準(zhǔn)。指導(dǎo)老師依據(jù)評分標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)學(xué)生在實(shí)驗各環(huán)節(jié)的完成情況對本次的實(shí)驗進(jìn)行綜合教學(xué)評價。實(shí)驗報告應(yīng)由預(yù)習(xí)實(shí)驗報告、實(shí)驗過程、結(jié)果分析三大部分組成。課程成績按百分制評定，每個環(huán)節(jié)具體分值分配為：預(yù)習(xí)實(shí)驗報告40分，實(shí)驗操作過程30分，處理數(shù)據(jù)及結(jié)果分析30分，最后成績?nèi)∷袑?shí)驗成績的平均值。

設(shè)計性物理實(shí)驗和專業(yè)課教學(xué)內(nèi)容有機(jī)整合，使學(xué)生學(xué)以致用。根據(jù)不同的專業(yè)需求，開設(shè)與學(xué)生專業(yè)背景相關(guān)的設(shè)計性實(shí)驗，增強(qiáng)實(shí)用性，提高學(xué)生的科研興趣。[5]例如：對農(nóng)林專業(yè)的學(xué)生增設(shè)溫度、濕度等傳感器在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用方面設(shè)計性實(shí)驗;對于電氣類專業(yè)可增設(shè)示波器電路等電學(xué)方面的設(shè)計性實(shí)驗。在設(shè)計性實(shí)驗教學(xué)中，為學(xué)生提供了自主創(chuàng)造的空間，學(xué)生可以做自己想做的事情，有效培養(yǎng)了學(xué)生的獨(dú)立思考能力和科研能力。增強(qiáng)動手能力和解決問題能力，有助于創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。

4 結(jié)語

經(jīng)過幾年的探索與實(shí)踐，我們認(rèn)識到開設(shè)設(shè)計性、研究性實(shí)驗，能因材施教，重視學(xué)生的個性化教育，使學(xué)生的創(chuàng)造力得到應(yīng)有的發(fā)揮，是農(nóng)業(yè)高等院校進(jìn)行物理實(shí)驗改革的有效途徑之一。設(shè)計性、研究性物理實(shí)驗，延伸了實(shí)驗教學(xué)的空間，以適應(yīng)與時俱進(jìn)的課程發(fā)展的需要。因此，各個學(xué)校的大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)改革成功經(jīng)驗都值得研究和借鑒，根據(jù)自己學(xué)校特點(diǎn)，進(jìn)一步補(bǔ)充和完善大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容，形成適合本校特點(diǎn)的大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)模式。

基金項目：2018年度中華農(nóng)業(yè)科教基金教材建設(shè)研究項目：設(shè)計性及研究性大學(xué)物理實(shí)驗數(shù)字化資源庫建設(shè)與研究（NKJ201803006）;2018年度中華農(nóng)業(yè)科教基金教材建設(shè)研究項目：大學(xué)物理融媒體教材與課堂一體化教學(xué)改革研究（NKJ201802010）;2018年度中華農(nóng)業(yè)科教基金教材建設(shè)研究項目：農(nóng)業(yè)大學(xué)物理理論課數(shù)字化教材建設(shè)的研究（NKJ201803005）

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