深化物理实验教学改革的探索与思考

一、目前高校非物理专业物理实验教学中存在的问题

1.教育观念方面,仍然存在着重理论轻实践、重理论教学轻视动手能力培养的错误观念。

2.实验内容方面,联系现代高科技的内容较少,跟不上现代科学技术的发展要求。

3.教学方法方面,多年来一直采用以班级为单位一次完成一个实验内容,教师以完成教学任务为目的按部就班地教,学生按照教师的讲解和实验指导书按部就班地做实验,学生无法根据自己的水平和能力自由选择实验项目,教师也不能因材施教,这对培养和提高学生的实验技能和创新能力十分不利。

4.教学手段方面,经过多年的改革发展,教学手段有了很大的提高。实验教学仪器与设备基本上都进行了更新换代,但实验技术上的发展较缓慢,尤其是计算机技术在物理实验教学中的应用程度较低。

5.实验室建设方面,由于教学改革和发展的需要,各高校都加强了实验室的建设,但部分高校特别是非物理专业的院校,只注重加强重点实验室的建设,对物理实验室建设重视不够,如实验仪器设备、实验场地不足,实验课时少,师资队伍严重薄弱,特别是在师资队伍引进上只注意引进高水平的理论教师,对高水平的物理实验教师和高级物理实验技术人员的引进很不重视,造成理论教师扎堆、人员超编.有的理论课教师为了完成课时,不管懂不懂、会不会物理实验,都到实验室来抢课时。这影响了物理实验教学的质量,阻碍了学生实践能力的提高。

以上这些问题严重地阻碍了物理实验教学质量的提高,因此必须深化物理实验教学改革,充分发挥物理实验教学在人才培养中的重要作用,真正实现物理实验教学的现代化。

二、深化高校非物理专业物理实验教学改革的思考

1.树立以人为本的教育观念。以人为本是科学发展观的核心内容。高校非物理专业物理实验教学应坚持以人为本,树立全面协调、可持续发展的科学发展观,以培养学生的科学实验素质和创新意识作为改革的根本点和出发点,把创新教育贯穿在物理实验教学中,建立以培养学生实践能力和创新能力为宗旨的实验教学观。

2.建立适合高校非物理专业物理实验教学模式。高校物理实验改革应以培养学生的实践能力和创新能力为目标,建立适合非物理专业的物理实验教学模式是关键。我认为在改革中应注意以下几个方面:

(1)课程设置及教学内容方面。高校非物理专业物理实验课程设置应分为三个部分,它们分别是:基础实验、综合型设计性试验、研究性试验。教学内容可根据各专业的特点,按照课程设置的三个部分,建立从低到高、从基础到前沿、从接受知识型到综合能力型的实验教学内容体系。①基础实验。基础实验主要是学习基本物理量的测量、基本实验仪器的使用、基本实验方法和技术的训练等内容。这些基本实验内容要涉及到力、热、电、光以及近代物理的各个知识点。作为普及型实验,基础实验要求学生在理解实验原理的基础上,不仅要学会基本实验仪器的使用,而且还要掌握仪器内部的结构和与其相关的基础知识以及运用实验原理解决问题的方法。②综合性设计性实验。综合性实验所涉及到的物理知识面较广,并且具有一定的综合性和技术性,同时在实验内容上要适当引入边缘学科、前沿学科和交叉学科,拓展学生知识面的深度和广度,培养学生对各种实验方法的运用能力和动手能力。设计性实验由学生自己根据实验项目自己提出设计思想、实验原理和自己拟订设计方案。至于应用什么实验方法、选择何种实验仪器以及如何解决问题,完全由学生自己独立实践。通过综合性设计性实验,能够激发学生强烈的学习热情,变被动学习为主动学习,在主动学习中培养学生的科学思维和创造能力。同时使学生在实验的失败和成功中得到锻炼,使他们的整体素质得到提高。③研究性实验。研究性实验是以科研实践为主题,以课题组为组织形式,选择若干个物理实验(如新实验的设计、传统实验的更新改造等)作为课题,以科学研究的方式进行实验教学。通过选题、开题、初研实验仪器的调试到课题的完成及总结答辩等训练,让学生们了解科研的环节和方法,提高学生们的科研素质,使得学生们的科研能力得到锻炼和提高。

(2)教学方法和手段方面。教学方法和手段是为教学目标服务的。因此,实验教学的方法和手段要以“学生为本”,按照因材施教、讲究实效的原则,满足不同层次学生提出的要求,达到我们培养和提高学生实践能力和创新能力的目标。为了实现实验教学的目标,我认为应采用以下的实验教学方法和手段:①加强对学生实验预习情况的检查。要求学生实验前预习实验内容,并根据自己预习的情况提出问题,写出实验预习报告。②在实验教学过程中,教师要采用启发式、讨论式和开放式等多种教学方法和手段。教师要根据实验内容,有的实验可以进行实验原理和操作要领的讲解,如基础实验;有的实验不进行实验原理和操作的讲解,如综合型设计性实验。对于基础实验,我们要给学生留出足够的时间,放手让学生自己去研究、去摸索,发挥学生的个体作用。综合性设计性实验的教学中要引入科学研究的思维方式,遵循科学研究的思路,根据学生的具体情况提出适当要求,给予恰当地引导。如我们对一些综合性设计性实验,依据实验内容可采用两种方法:一是给定实验题目,由学生自己拟订实验方案,设计实验线路,自己选择实验仪器;二是给定实验仪器,由学生自己制定实验题目,拟订实验方案等。在实验过程中,学生们可以通过讨论、研究,在教师的指导下完成实验。对研究性实验可采用导师制,学生可以自由选择指导教师。指导教师在实验教学中,要引导学生去研究、去联想,将书本知识和已做过的各种物理实验中的物理思想、研究方法、实验技巧以及课外阅读的知识联系起来,形成一个牢固的知识网络,使学生对书本知识、物理思想、研究方法和实验技巧等融会贯通,举一反三,灵活应用,并在实践中探索创新,从而培养和提高学生的科学思维和创新能力。③将计算机和网络技术应用到物理实验教学中,提高实验水平,强化学生的实验兴趣。采用多媒体和板书相结合的教学方法,充分利用演示实验帮助学生观察物理现象,增加感性认识,提高学生学习的主动性和积极性。利用计算机模拟开发与高科技相关的实验,进行仿真实验教学,使学生开阔眼界,在实验教学中不断提高学生的科学思维和创新能力。

(3)加强物理实验室建设。①建立一支高素质的物理实验队伍。物理实验队伍包括物理实验教师和专职实验人员。要提高物理实验水平,就必须努力建设一支人员稳定、思想观念新、实验技能精湛、科研能力强、具有奉献精神、学历结构和年龄结构相对合理的实验队伍。首先,实验教师是实验教学的主力军,是关系到实验教学质量好坏的关键。为了培养具有创新能力的优秀人才的需要,要求实验教师必须具有创新意识,自身具备创新能力并能够运用创新手段去培养创新人才。因此,实验教师要亲自参加科学研究活动,关注世界变化发展的趋势,尤其要注意教育科技与经济领域的发展变化,研究本学科及相关学科实验科学的进展,不断吸收新知识,研究新问题,将新的实验思想、方法、技术和成果引入到实验教学中去。改变单纯传授知识的传统教育观念,突破传统的教育方法,变革陈旧落后的实验手段,采用形式多样的实验教学方法,引导和鼓励学生勇于发现问题、提出问题,启发学生对影响实验对象和实验结果的各种因素进行科学的分析研究,从而不断地提高学生分析问题、解决问题的能力。其次,实验专职人员是保证实验教学高效、顺利完成的专业实验技术人员。实验技术人员水平的高低,直接影响着实验教学质量的高低。因此,实验技术人员不仅要有强烈的责任心和科学管理实验室的能力,还必须具有扎实的基础理论知识和专业知识,具备较高水平的实验技能和丰富的实验经验。为了提高实验人员的素质,可以采取请进来送出去的方法对实验技术人员进行培训和进修,让实验技术人员了解、学习科学管理实验室的先进经验,掌握先进的实验技能,更新实验技术人员的知识结构,不断提高实验技术人员的素质。②科学管理实验室,以适应物理实验教学发展的需要。物理实验室要高效顺利地运转,满足物理实验教学的需要,就必须科学管理实验室,实行物理实验室的全面开放。开放实验室是指学生根据自己的情况,采用事先预约的方式,随时进入实验室,利用实验室的仪器设备完成实验项目。开放物理实验室为物理实验教学提供了充分的时间和空间。物理实验是大学生进入大学的第一门实验课,由于大学生来自全国各地,而各地中学阶段实验教学发展不平衡,造成大学生们的动手能力也参差不齐,通过开放实验室可以使不同层次的学生在充足的时间和空间里,逐步锻炼和提高他们的动手能力。开放物理实验室还可以解决计划课时不足的问题。通过开放实验室,学生们可以把在计划课时内没有完成的实验补做、重做、把没有掌握牢的实验去吃深、吃透,把不完善的综合性、设计性和研究性实验在实践中不断地完善。开放物理实验室也为开放性实验、创新性实验提供了最有力的条件,学生们可在实验室里,利用实验室的仪器和充足的时间去探索、去研究,展示他们的聪明才智,不断提高他们的实践能力和创新能力。

物理实验教学的改革是一个长期的系统的改革,我们要按照“科学发展观”的要求,坚持“以学生为本”,以培养学生实践能力和创新能力为目标,不断充实完善实验教学内容,改进实验教学方法和手段,运用科学的思维方式引导和启发学生,培养和提高学生的实践能力和创新能力,为培养和造就一批具有高素质的创新型人才而努力。

参考文献:

[1]程冬颍,任红.工科大学物理实验教学研究[J].合肥学院学报,2007(4).

[2]刘建萍.关于如何做好普通物理实验的一点思考[J].中国科技信息,2008(6).