近代物理实验教学改革思路与实践

祝 娅 冯云光 李宗宝 张 杰 王 应

（ 铜仁学院 物理系，贵州 铜仁 554300 ）

近代物理实验教学改革思路与实践

祝 娅 冯云光 李宗宝 张 杰 王 应

（ 铜仁学院 物理系，贵州 铜仁 554300 ）

笔者从教育心理学的角度，对新升本院校近代物理实验教学的课程设置、实验要求及教学手段等方面作了研究和探索。通过增设近代物理实验原理与技术专题讲座,利用网络和开放实验室等形式，重新构建了物理学专业培养人才的以基本知识，实验能力和科学人文素养为结构的近代物理实验教学模式。

近代物理实验； 教学模式； 建构主义； 网络教学； 研究性教学

物理学在人类科学素质培养中具有重要的地位。物理实验是物理学的基础，是本科专业的必修内容。面对科学技术飞速发展的今天，物理教学显得比以往更加重要。近代物理实验在传统的物理实验教学体系中是继普通物理实验（力、热、电、光）之后的一门课程，在本科第五学期开设。课程内容、实验操作以及物理实验的专业知识和方法，在实现我院“培养适应社会发展需要的、基础扎实、具有实践能力和创新精神的应用型人才”这一目标上起着十分重要的作用。

我院是2006年新升本的一所省属本科院校。到目前，在初建的近代物理实验中能开设的实验有《塞曼效应》、《光速的测定》、《普郎克常数的测量》、《F-H实验》、《核磁共振》、《密立根油滴实验》（全息照相在光学实验中开）。每个实验设备只有两套。从近代物理实验开设以来，我们沿用了传统的教学模式，见图1。

图1 传统的教学模式

教学中我们发现学生学习被动、预习效果不佳，在毕业论文选题中，学生基本不愿意选择近代物理实验内容。究其主要原因是传统的教学模式制约了学生的学习主动性。在实验开始之前没有机会接触到实验仪器，授课时受试验设备数量的限制等情况的影响，教师只能在实验前把仪器调整好，学生在实验过程中直接测量和处理数据。于是，学生没有独立思考、自主学习的时间，致使学生的理论知识没得到巩固，操作能力没有得到应有的训练。为此，我们对2005级物理学专业学生作了问卷调查，见表1。

表1 对铜仁学院2005级物理学专业学生关于《近代物理实验》进行问卷调查的统计表

调查的结果说明：学生对近代物理实验有畏惧感，对实验仪器陌生及原理和操作的难度使学生对近代物理实验丧失了兴趣。这是由于传统的实验教学模式“缺乏信息时代与学习社会的特征；从其自身微观结构来看，现行的实验课程体系缺乏灵活性、综合性与超前性，缺乏研究性内容，没有个性化的教与学时空”[1]。传统实验教学模式是教师单向讲授和示范操作，学生按规矩、按步骤的做实验。实验总是处于“验证”某个理论或设法得到应该得到的结果这样一个阶段。学生的个性不能得到充分的发展，没有充分的时间自由思考，更不能把理论课学到的知识主动应用并且缺乏自主研究动机[2]。为此，我们借鉴了其他高校改革的成功经验和思路，结合我院的实际情况，对近代物理实验在课程设置、实验要求及教学手段等方面作了研究和探索，重新构建了物理学专业培养人才的以基本知识，实验能力和科学人文素养为结构的近代物理实验教学模式。主要体现在以下几个方面：

1.增设近代物理实验原理与技术专题讲座

增设近代物理实验原理与技术专题讲座，以加强理论学习，扩展学生视野，激发学生兴趣。

教育学理论告诉我们：人的认识有其发展的过程，教学应该遵循学生认识的自然顺序。近代物理实验开设的都是在物理学发展上具有里程碑作用的著名实验。与普通物理实验课程相比，更具新颖性、综合性、系统性和交叉性。通过这些实验结果抽象出近代物理概念，并作为近代物理的基本理论之一。其中因密立根油滴实验、F-H实验、普朗克常数的测定而获得诺贝尔奖的物理学家分别有密立根、弗兰克、赫兹和爱因斯坦[3]。这些实验从理论、历史背景到实验手段都有一定难度，加之现在用计算机辅助数据记录与处理，学生在进行实验的同时还必须学会应用计算机处理问题。计算机的引入，提高了实验效益，但对于刚接触用计算机辅助实验的学生来说，数据的采集、实验曲线的获取及实验数据的分析等又多了一个学习内容。

在实验前增设近代物理实验原理与技术专题讲座，对于已经掌握了基本知识，并形成了一定专业知识结构的大三学生来说是合适的。通过专题讲座把进行实验的历史背景、思想方法、研究手段及该实验在物理学发展进程中的作用和影响介绍给学生，能达到分解试验教学难点的目的，使学生对实验的相关知识及其在物理学发展中的作用和前景有所了解，以拓展教学时空，突出知识的综合性和超前性，有利于开阔学生视野和激发学生对实验学习的兴趣。

2.重新审定实验教学目标及要求

美国著名教育心理学家布鲁纳认为“学校教学中，作为结果的知识固然重要，但更重要的是获得知识的过程，以及学生是否进行充分的思维任务，是否通过自己的探索。”[4]为了让学生能通过自己的探索学习获得知识，提高分析问题和解决问题的能力，我们就我校现有的实验条件，根据教学大纲要求将实验教学目标和要求分为基本实验要求和研究性实验要求两个层次。

2.1. 基本实验要求

学生进行了专题讲座学习后，对实验有了一定的了解和认识。在教师的指导下，按实验讲义的基本要求在规定的课时内完成实验内容。实验中，要求学生学会相关仪器的基本调试，要求学生学会数据记录与处理，培养学生观察、分析实验现象的能力。在此基础上，为了加强学生对实验的认识，促进基本知识的融会贯通，了解新知识、新方法和新手段，激发学生对实验的兴趣和积极性，我们要求学生写出实验感受或对实验仪器的认识及实验方法的评价等小论文。通过这些环节，使学生对近代物理实验的基本原理、基本实验过程加深理解，提高学生实验操作方法和数据处理能力。

2.2. 研究性实验

近代物理研究性实验是在近代物理实验基本要求基础上进行的，以培养学生探索问题，独立解决问题及预见未知的能力为指导思想，让学生在实验基本要求的基础上，自己去思索问题，发现问题，从而进行探究性学习。这个过程对学生来说是解决各种问题以便将来进行科学探索时所必需的。研究性实验部分在大三下学期（第六学期）以选修课的形式开设。在此期间实行实验室开放，实验内容可由学生自由选择，学生是实验的主导者，教师作为学生实验的协助者。在研究性实验过程中，学生通过提出问题，查阅文献，积极思考，反复实验，发现知识，组织知识并运用知识等环节，掌握进行探究的学习方法，锻炼查阅资料，获取及处理信息的能力，提高综合应用知识的能力。这个环节可以归纳为图2。

图2 研究性实验过程的教学模式

这个阶段以研究性教与学的模式，使学生的综合能力和创新能力得到提高。

3.利用网络，强化信息教学

在教学过程中发挥计算机技术，加强和改进实验教学，优化教学手段和方法，对培养学生综合能力尤为重要。根据建构主义学习理论中的学习方法[5]，既学习环境应是情景、协作、会话和意义建构四大要素。网络教学可以不受时间、空间的限制，可以通过网络自由地、有选择性地学习。教师将教学要求、教学内容以及仪器设备等材料通过照片、动画等形式存放在Web服务器上，学生通过浏览这些页面来达到学习目的，并且可以通过电子邮件、BBS等方式进行交流，也可以通过网络的交谈方式进行实时交流。另外学生不仅可以在网上同教师交流，还可以通过网络同其他学生或专家进行探讨，教学活动可以全天候进行。每个学生都可以根据自己的实际情况确定学习的时间、内容、进度，可以随时在网上下载学习内容或向教师请教。可见，网络教学是基于建构主义学习理论及相应的学习方法的一种教学模式。在这种教学模式中，教学的四个要素的地位发生了较大的变化，学生成为学习的主体，是知识的主动建构者，而教师只是教学过程的组织者、指导者、帮助者和促进者，教材是学生主动建构意义的对象，而媒体则是一种认知的工具。这种模式与现代社会对人才的培养目标相适应，真正体现了信息化时代的特点。

4.重新编写实验讲义

我校近代物理实验室的实验设备大多是在 2006年前后添置的，实验设备与原有的教材所采用的设备基本上不一样。为此，我们根据高等院校物理实验教学要求，结合近代物理实验课程及现有的实验设备，参考了原有的教材，在实施教学改革的基础上编写了近代物理实验讲义。讲义强调加强基本技能的培养和实验方法的训练，突出了物理实验课程的三个主要教学环节：实验预习，实验原理及操作，实验总结（实验报告）。我们在此基础上，增加了学习导航和小课题两部分内容[6]，以适应新时期我校近代物理实验教学对学生的学习、实践、创新相互促进的教育观念。

5.改革的成效与不足

实施新教学模式后，我们对 2006级学生进行了问卷调查，见表 2。从学生的反应可以看出，近代物理实验教学的改革已经取得了初步成效，在实现“培养适应社会发展需要，基础扎实，具有实践能力和创新精神的应用型人才”的目标上起到了积极的作用。

表2 对铜仁学院2006级物理学专业学生关于《近代物理实验》进行问卷调查的统计表

近代物理实验教学改革中我们坚持了遵循学生认知发展的规律，重新构建了物理学专业培养人才的以基本知识、实验能力和科学人文素养为结构的近代物理实验教学模式。通过增设近代物理实验原理与技术专题讲座，利用网络和开放实验室等形式，突出了近代物理实验教学中信息时代和学习社会的特征。并以基本实验学习为主，研究性实验学习为辅的原则，不仅培养了学生掌握知识的能力，调动了学生实验的积极性，同时也培养了学生的科研能力。结合专题讲座的学习，保证了实验的深度和广度，开阔了知识视野，提高了学生的综合能力。

以上是我们近三年来在近代物理实验教学改革中所做的一些工作。和其他院校比起来，我们才刚刚起步。近代物理实验方面，学生各种能力尤其是综合素质的培养是多方面的，我们要做的工作还很多。

[1]乐永康.德国大学物理实验教学情况介绍[J].物理实验，2001，21（3）：42.

[2]宿沛然.近代物理实验网络课件的制作[J].物理，2004，33（12）：929.

[3]谭树杰等.物理学上的重大实验[M].北京：科学出版社，1987. 201.

[4]尹俊华.教育技术导论[M].北京：高等教育出版社，2004. 12.

[5]尹俊华，教育技术导论[M].北京：高等教育出版社，2004. 98.

[6]钱峰.大学物理实验[M].北京：高等教育出版社，2007. 241.

The Ponderation and Practice of the Refrmation in Modern Physical Experiment

ZHU Ya, FENG Yun-guang, LI Zong-bao, ZHANG Jie, WANG Ying
( Physics Department, Tongren University, Tongren, Guizhou 554300, China )

For the improvement of the modern physics experiment, the authors have done something in the requirements and teaching methods from the perspective of educational psychology. It has been re-established about the demand of personnel training,capacity of manipilation and quality of science of modern physics experiment mode by some methods, which are adding cathedras about the principle of modern physics and technology, use of networks and opening laboratory the public.

experiment of modern physics; mode of education; constructivism; network teaching; research-oriented teaching

（责任编辑 毛志）

O41

A

1673-9639 (2010) 01-0092-04

2010-01-02

铜仁学院教改基金项目。

祝 娅（1954-），女，江西 人，铜仁学院物理与电子科学系教授，主要研究方向：近代物理教学研究，准周期结构非线性输运问题研究。