浅谈大学物理基础实验与专业实验的教与学

2010-08-15徐峰

赤峰学院学报·自然科学版 2010年11期

关键词：大学物理仪器设备专业课程

徐峰

（安徽大学物理与材料科学学院，安徽合肥230039）

浅谈大学物理基础实验与专业实验的教与学

徐峰

（安徽大学物理与材料科学学院，安徽合肥230039）

通过对大学物理基础实验与专业实验在教学内容和要求，教学仪器特点及学生学习状态的差异分析，讨论基础实验与专业实验的差异化教学的几点改进.

实验教学改革；基础实验；专业实验；素质培养

1 前言

目前国内绝大多数院校的理工科专业都会开设大学物理基础实验课程，作为理工科的公共基础实验课程，大学物理实验培养和训练理工科专业学生的基本实验技能[1-3].实验教学是理论教学的重要补充，为了提高学生对相关理论知识的掌握和实际动手能力，各高校在开设大学物理基础实验之外，还根据教学要求开设相关专业实验课程.在课程教学中理论与实验教学同步进行，实验教学的重要意义已为广大教学一线师生广泛认同，也取得了良好的教学效果.但作为实验课程的教学，大学物理基础实验与专业实验的教学却存在不同的特点，其教学内容和形式可能值得探讨，以便使实验教学方法得以改进[4-5].

2 大学物理基础实验与专业实验差异

大学物理基础实验与专业实验差异主要体现在以下几个方面：

首先，两者在实验教学内容和要求上有着明显的差别.大学物理实验教学内容具有多、广、全的特点，实验教学涉及的知识范围广，要涵盖力学、热学、电磁学、光学和原子物理学等内容，因此配套实验教学所需要的相关实验仪器多，为了能把实验教学内容与理论教学相配套，必须建立规模相对较大的大学物理实验教学中心和与之相配套的师资队伍.在很多大学中已经将大学物理实验教学规划为单独的教学单位或实验教学中心，足以见得大学物理基础实验在实验教学中的地位和重要性.而作为专业课程配套的专业实验教学，从教学内容上来看其具有少、专、精的特点.由于专业实验课程是服务于专业课程的教学，每一门专业课程其教学内容上来看，较大学物理课程所涵盖的范围要少得多，一般专业课程理论教学只有54学时甚至更少.而与之配套的专业实验内容在实验项目的数量和内容要小得多，但作为专业课程的配套实验，由于其教学要求的不同，其实验内容更需要精心设计.

另一方面，两者在实验教学要求上也存在比较大的差异.大学物理实验教学大多是通过对基本原理和实验现象的演示来加深和促进学生对抽象理论知识的形象化理解和认知.很多大学物理实验教学已有经典的实验教学仪器和方法，如：力学中的速度与加速度实验，电磁学中的伏安原理，光学中的双缝衍射实验等.因此，大学物理实验目的是要求学生认识和理解实验现象所反映出的潜在物理本质，从而达到对基本理论更深刻的理解.而专业实验一般需和所配套的专业课程内容相配合，由于不同层次的高校或不同专业所开设专业课程内容和要求存在差异，因而专业实验教学没有相对一致的教学内容.从专业实验教学内容来看，由于专业实验涉及到一些大型专业仪器设备的学习和使用，而这些仪器设备价值较高，因而不同院校仪器设备的配置差异更大，因此专业实验教学内容只能更具特色.而专业实验教学过程中，往往需要学生掌握较高的实验技能，有些专业实验甚至需要比较熟练的实验技巧，如激光锁模以及倍频等激光技术专业实验要求学生能掌握一定的光路调试技巧，否则实验可能无法完成.此外，专业实验教学要在一定程度上培养学生的实验设计和创新能力，这些要求都明显高于大学物理基础实验教学的要求.

其次，大学物理基础实验教学仪器与专业实验教学仪器设备也存在比较大的差异，大学物理实验教学仪器设备因实验教学内容比较经典，实验所用仪器均为较传统的仪器设备，对于普通物理教学相适应的基本大学物理实验，一般很少有大型仪器设备.相反，专业实验仪器设备则更复杂，例如很多专业课程的配套是专业实验都需要一些大型仪器设备，如：激光实验中的锁模激光器、光纤通信中的光谱分析仪、光纤技术中的熔接机、近代物理实验中需要一些大型镀膜机、高低温箱等等，这些专业实验过程需要学生首先要对其这些大型仪器的使用方法熟悉，才能顺利进行相关实验内容.此外，大学物理实验仪器设备一般价值不高，一般院校均可成套的购买多套，而专业实验仪器设备多数院校没有财力去购买多套教学仪器设备，但大型仪器设备一般都是大型专业仪器设备厂商生产，质量一般比较稳定，但使用环境也更加苛刻.

最后，作为课程相配套的实验教学，大学物理基础实验是学生的基础课程，并且对大多数院校而言，开设这类课程一般在第一学年，从学生学习的状态来看，这一时期学生对课程学习投入相比于高年级学生要更多，对知识的渴望更加强烈.因此，学生对大学物理实验教学内容的掌握也更好.而专业实验教学形势则相对来说不容乐观，一般专业实验教学的阶段均为三、四年级，这一阶段的学生由于有更多的社会实践活动以及考验、工作的压力，往往在专业课程学习不积极，专业实验教学的参与热情也更少，这些都对专业实验教学效果产生实际不可忽视的影响.在今天这样一个时代，学生对知识的价值认识各不相同，存在这样一种不利的观点，即将来可能用不上的知识就是无用的知识，这一观点也在一定程度上影响了学生对大学物理和专业课程的学习态度，很多学生对专业课程的学习仅仅局限于将来将从事或者考研需要的几门课程，这也直接导致专业实验教学的困难.在实际教学过程中我们也发现，部分学生对专业课程内容非常陌生，专业实验方法和原理无法理解，以至于对于专业实验过程只知道操作不知道原理，而对于实验要求更高的设计性实验则根本无从下手.

3 关于实验教学的几点建议

基于以上物理实验教学的特点，为使实验教学与理论教学都取得良好的教学效果，可能需要在实验教学内容和考核等方面针对不同的实验教学进行有针对性的改进.

大学物理实验教学首先在教学目标上要和专业实验教学进行明确区分.大学物理实验主要培养学生对抽象物理概念的理解，掌握和了解基本的物理原理及实验现象为目的，实验以验证性和演示性为主，因此，在实验内容和仪器设备的选择上可选择具有良好的可观察性和现象表现明显的实验为教学内容.而专业实验教学因其具有专门性和基本理论的加深，需要学生通过实验过程熟练掌握和运用相关专业知识，培养学生分析和解决问题的能力，实验教学过程中如果能存在多种可能结果或者不可预知现象有利于激发学生的求知欲望和独立思考.

大学物理实验教学在教学仪器设备投入上要与专业实验教学有所区别.对于大多数院校而言，实验教学的投入是较其它教育投入要高得多，因此，如果学校财力有限，实验教学的开展就很难，专业实验教学就更难.大部分院校都建有比较完善的大学物理实验教学中心，相对来说大学物理教学作为基础实验教学，其建设和投入相对较为充足，实验仪器和设备也比较完善.但专业实验教学硬件条件就要差很多，一方面部分大型专业实验仪器设备价格较高，另一方面也有对专业实验教学的认识不足因而导致对专业实验教学投入不够.其实，在学生能力的培养上二者都是不可或缺.没有大学物理等基础实验教学，学生的基本实验动手能力就无法培养，而专业实验教学对学生较高实验技能的培养和综合运用知识的能力锻炼则是基础实验无法取代的.

最后，在大学物理实验教学与专业实验教学方面更应该在教学内容，尤其是实验内容设计存在较大的差异.由于大学物理实验内容都是经典的实验和实验现象，给学生自由发挥的空间和对实验结果的预估空间有限，很难在这些经典的实验现象之外发现新奇现象.而专业实验教学则显然不同，首先实验内容要比基础实验丰富，尤其是专业实验所涉及的专业课程门类多，每一门专业课程能设计和开设的实验则丰富.在实验设计和搭建过程中，往往可以通过不同的路线实现同一实验现象，也可通过同一仪器设备设计不同的实验结果，比如半导体激光器的光谱实验中，在不同大小的工作电流下，可明显观察到其发射光谱的变化和区别，同时可以搭建不同选频器件来实现单纵模的输出.这些基本原理都可以为设计性实验提供广阔的空间，学生在实验过程中可以充分利用自己掌握的知识来选择实验方案.因此，精心巧妙的选择实验项目对于专业实验教学效果将更为重要[6].