大学物理实验层次化教学体系与实验室开放的研究与实践

马黎君

北京建筑工程学院 北京 100044

大学物理实验层次化教学体系与实验室开放的研究与实践

马黎君

北京建筑工程学院 北京 100044

论述了大学物理实验课程建设在学生创新能力培养中的作用，建立了以初级设计性物理实验为重心的层次化教学体系，分析了实验室开放的方式方法，讨论了基础物理实验和设计性物理实验教学开放的效果。

物理实验；层次化教学；实验室开放

Abstract: How to increase the creative ability in physics experimental teaching was discussed this article. A new Physics experimental teaching system was established. The method of laboratory opening was studied.

Key words: physical experiment; teaching for different level; laboratory opening

大学物理实验是学生进入大学后实际技能训练的开端,是对学生进行科学实验、科学思想、基本技能进行训练的一门必修基础课程,在规范素质教育、狠抓质量工程、培养工程应用型人才的今天,物理实验教学起着不可替代的作用。

在传统教学模式上,工科院校物理实验教学都是以验证性实验为主,所用的教学方式多是教师准备好实验项目,给出实验步骤,学生按照教师讲解顺序依次完成。常规实验对培养学生三基训练(基本技能、基本方法、常规仪器)、一般的数据处理方法培训起着重要的作用。但是随着现代化科学技术飞速发展,物理学前沿内容不断发展,测量仪器、测量方法、测量手段层出不穷,对人才培养提出了更高的要求。刻板的教学模式制约了学生的积极主动性,不利于新世纪人才的培养。开放的实验模式,丰富的综合设计型实验项目更有利于学生创新能力培养。我校在大学物理实验教学中进行了一系列改革探索,取得了一定的成效,笔者分析了我校在教学改革中所采取的措施,并对实验室开放所取得的成绩进行了分析。

1 调整传统实验教学模式,建立以初级设计性物理实验为重心的层次化教学体系

调整原有物理实验课程结构体系,打破以往力、热、电、光、近代模块化的教学模式,将原有实验项目分类,代之以基础实验、综合实验、设计性实验3阶段教学,逐层推进,初步建立了以综合性、初级设计性实验为重心的教学体系。按照基础实验、综合实验、设计性实验编写不同层次的实验教学大纲。把设计性实验纳入期末综合成绩,加强设计性实验在考核中的比重,保证每个学生都能得到初步设计性实验的训练。

设计性物理实验的教学目的,是利用学生已经掌握的基本知识和技能,在没有教师讲解的情况下,完成实验室给出的题目。设计性实验教学对学生提出了比较高的要求,要求学生自行查阅相关资料,依据实验题目要求,自行设计和选择实验方案、测量数据、计算结果,建立物理模型,分析实验结果,给出实验报告。如何进行设计性实验的教学设计,研究者结合教学实践,对这个问题进行了探讨。

设计性实验教学较基础实验教学有更广阔的活动空间和思维空间,具有更大的灵活性。设计性实验的操作取得比较好的效果,可以激发和满足不同层次学生的探索与创新欲望,受到学生较高评价。大学物理实验室于2004～2005学年起进行设计性实验开设与实验室开放。在完成基本及综合实验训练的基础上,给出6个设计性综合性实验题目。第一阶段：抽取设计型实验题目,查阅资料。由各班抽取实验题目,每班2组2个题目。同学获得题目后,第8～14周自行查阅资料。第二阶段：实验室开放,试做实验。实验室于第15和16周开放,自行设计方案,试做实验,对每班同学开放试做2周时间。第三阶段：于15和16两周操作完成设计性实验操作、设计性实验成绩评定实验,交设计性实验报告,其成绩记入期终综合成绩。

2 积极进行教材建设,修订出版《大学物理实验(第二版)》教材

2004年,结合实验室多年实践教学研究和教学改革经验,在原有自编教材的基础上,按照当时教育部《高等工业学校物理实验课程教学基本要求》,将不确定度概念引入数据处理知识,整理成书,由中国建材工业出版社正式出版。此教材建设项目在2006年评为北京建筑工程学院教学成果一等奖。

实验科学是开放的科学,实验手段与科学技术的发展息息相关。近5年来,由于科学技术水平的发展,实验手段和实验内容也得以丰富,一些新兴实验项目内容未能录入,原有教材出现了一定的局限性,为了紧跟实验科学的发展,教材的修订成为必然。

教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会2008年出台了《非物理类理工学科大学物理实验课程教学基本要求(2008年版)》。在教材修订过程中我们引入了代表实验科学发展方向的实验项目,对部分原有项目进行了拓展。在空间和内容上给学生较多的选择自由,满足各层次学生求知的需要,适应学生的个性发展,得到比较好的教学效果。

3 优化教学系统,改革教学方法

加强多媒体教学,改革以往黑板加演示的单调教学模式,开发多媒体课件,积极开展网络教学,创造立体、多元化的教学模式。

按阶段编写了分层次物理实验教学课件。按照基础实验、综合实验、设计性实验编写电子教案,为全面推行多媒体教学创造了条件,改善课程讲授模式,创建了多媒体实验室。

积极开展网络课堂,整合教学资源。个别教师还开设了物理实验教学博客,教学网络课堂的应用增加了同学与教师的交流渠道,提高了教学质量。在教学方法与手段上,通过确立“以学生为主体,以教师为主导”的双主体实验教学模式,在教与学两方面形成了良好的互动,促进了教学水平的提高。

研究促进学生学习的教学评价策略,编写了促进学生物理实验学习的《物理实验课程教学质量评价指标》,教师指导参考,在2007、2008、2009级本科生教学中使用,取得较好效果。

4 进行实验室开放,鼓励学生进入实验室,探索创新能力培养模式

实验室基础实验上课期间全面开放,在不影响正常课程秩序的情况下,学生预习或进一步实验需与实验课教师预约,由实验课教师做出安排,学生按约定时间进行实验。在完成基本及综合实验训练的基础上,给出设计性综合性实验题目,实验室全天开放,自行设计方案,试做实验,对每班同学开放2周时间。实验2周后操作完成,交设计性实验报告于任课教师,其成绩记入期终综合成绩。

自2004～2005学年开始一直实施至今,基础实验开放效果不佳,由于我校个别学生自控能力差,实验室开放成了个别学生随意不参加正常课程实验的保护绳,认为教师总会给他机会补做,这与最初开放的初衷相去甚远。设计性物理实验所采用的启发式和开放型的教学方式,学生从查阅文献、资料、拟定实验方案直到完成实验报告,尽量独立完成。学生可以任意选择设计性实验题目,还可以根据自己的兴趣,提出一些题目,在条件允许的情况下,自行完成。教师只作启发式引导,不包办代替。设计性实验大大激发了学生对学习的兴趣,从而促进学生的深入研究和探索精神。

固定实验室长期开放,支持教师同学参加各类竞赛,取得较好成绩。开设专门实验室,进行长期开放。鼓励教师开设竞赛选修课,组织教师带队指导学生参加了3届北京市大学物理实验竞赛,使学有余力的同学有更多的锻炼机会,取得了良好的效果。2008年,积极组织并参加了北京市首次大学物理实验竞赛,3名指导教师组织4支队伍12名学生参赛,其中2支队伍6名学生分获二等奖和三等奖。2009年4名教师指导4支队伍参赛,4支队伍12名同学分获二等奖和三等奖。2010年6名教师指导6支队伍参赛,6支队伍18名同学分获二等奖和三等奖,并获北京市最佳组织奖。

5 结束语

在进行物理教学时,利用分层次、分阶段、以设计性实验为核心的教学平台,采取物理开放实验这一形式,深入进行科学精神和创新能力的培养,努力让学生充分认知自身的长处和亮点,取得了很好的效果。如何培养学生对科学精神要素和内涵的感悟,敢于怀疑,在激烈的竞争中学会学习、创造,更好地完成时代赋予的历史使命,让中华民族立于时代的前沿,将是物理实践教学工作者长期面临的课题。

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Reform of Physics experimental teaching system and practice of laboratory opening

Ma Lijun
Beijing university of civil engineering and architecture, Beijing, 100044, China

2011-04-15 稿件编号：1104076

马黎君，硕士，副教授。

北京建筑工程学院实践教学研究基金重点项目。