开放型大学物理实验教学的探讨*

2011-03-20赵爱清杨大鹏温随群

物理通报 2011年2期

赵爱清杨大鹏温随群

(华北水利水电学院数字与信息科学学院河南郑州 450011)

1 概述

近年来，开放型物理实验教学已成为高等教育改革的一种新型教学模式和培养学生创新能力的重要措施，其意义和作用非常明显.很多重点高校已经实行了开放型物理实验教学，并取得了良好的教学效果.

华北水利水电学院物理实验室承担着全校大学物理实验的教学任务，每年上实验课的学生多达3 000余人.以往物理实验课程的教学模式较为单一，教学内容比较陈旧.另外，由于课时限制，当学生在实验课上遇到问题时，教师没有充足的时间去启发、引导学生如何解决问题，只能简单地替学生排除问题.结果学生只知道如何做，却不知道为何做，很大程度上抑制了学生的创新思维.原应非常有趣的一门实践性课程反而让学生感到枯燥无味；学生做实验时忙于应付，测完数据立即走人，宝贵的实验资源未能很好地发挥培养学生能力和素质的作用.

2 开放型实验教学的模式和特点

2.1 教学内容开放

华北水利水电学院是理工科院校，很多专业都要求学生有较强的动手能力和扎实的实验技能.这些能力和技能，都要通过实验课程的学习来逐步培

*华北水利水电学院教育教学改革研究项目“物理实验教学示范中心建设研究与实践”，项目编号：077124

养.对于刚入学的大一学生，在应试教育的影响下，高中时动手做实验的机会很少.比如一个简单的电路实验，面对电路图思路很清晰，可具体动手做时才发现问题非常多.电阻箱三个量程具体用哪个？滑线变阻器三个接线柱怎么连？这些在做题中很少遇到的小问题可能在实验中就决定了实验的成功与否.而这些基本功的培养就要通过大学物理实验的学习来完成.可见，物理实验课对于理工专业的学生是非常重要的.

但让所有专业都开设同样的实验课，显然是不合适的.例如示波器实验，有的专业只要求掌握示波器基本的使用方法，有的专业则要求不仅能熟练使用示波器，还必须掌握示波器的检测功能.因此，根据具体情况我们设计了不同内容、不同要求的示波器实验，如用示波器测量被测信号的电压和频率、测量二极管的特性、用示波器判断电容、电感、电阻等器件.

再如涉及传感器的一系列实验，有的专业在大三开设传感器专门课程，那么这个专业的学生就可以多选做一些和传感器相关的实验，便于以后能更好地学习专业课；而对于其他专业的学生，可以少选做一些.

另外，物理实验课内容的设置还应当根据学生的兴趣、能力的不同而有所区别.有的学生对物理实验怀有浓厚的兴趣,为满足其求知欲，可以让他选择更多的实验来做.

由于以上原因，我们把物理实验课程分为必做实验和选做实验两类.把一些涉及到基本技能和方法的实验安排为必做实验，要求每个同学必须完成；把涉及到特殊专业需求等内容的实验安排为选做实验.每个学生必须完成一定数量的选做实验，可以多选；多选的实验计学分让学生根据自己专业需求和个人兴趣自由选择，从而在面广量大的基础物理实验中实现实验内容的开放.

如“示波器的使用”、“单缝衍射”、“牛顿环”、“惠斯通电桥”、“杨氏模量”等基础实验可以列为必做，而像“热敏电阻”、“超声波在空气介质中的传播速度测量”等实验可以列为选做.根据教学效果可以逐步增加一些设计性或近代物理实验作为选做实验，为一些探索能力强的学生提供学习的平台.

2.2 教学时间开放

在时间上，我们也采用开放的模式.学生不再按班级上课，而是根据自己的时间安排选择合适的时间上课.在统一规定的时间内，要求学生必须完成几个实验(基础实验)，但在什么时间做什么实验由学生自己选择，而且学生若觉得自己完成的某个实验不成功，还可以另选时间重做，直到成功为止.对难度较大的设计性实验和创新性实验，可以分多次的时间完成.

3 相应的实验室建设

要满足开放型实验教学，需要进行一些硬件建设.

3.1 开通网上选课系统和网上教学指导交流平台

开发“开放型实验室管理系统”，学生可通过校园网登录系统，进行实验预约.可自由选择实验时间和指导教师，查询已选择的实验项目、时间、地点以及已做过的实验成绩.该管理系统具有生成上课学生名单、统计实验成绩、设定实验轮次和限选实验项目等功能；系统还可自动完成对已预约实验而旷课的学生进行警告及禁选.

由于不按班级上课，很难找到固定的时间辅导，所以需要开通网上教学指导交流平台，这样教师通过网络就可以及时回答学生提出的问题.通过这个平台，学生自己提出的问题可以得到解答，甚至还可以了解到其他学生提出的问题和解决方法.

3.2 引进实验教师和增加实验室

由于开放型物理实验在教学内容和教学时间上的开放，要求有更多的实验课教师和实验室来满足教学需求.同时，开放式教学对物理实验教师提出了更高的要求，如要求教师具有精深的专业知识，严谨的科学态度，丰富的前沿科学信息和熟练的实践经验等.

3.3 安装多媒体设备

由于多媒体实验教学可以为学生提供生动活泼、直观有趣的教学平台，相比传统实验教学模式，多媒体实验教学更能激发学生学习的兴趣，更加有益于学生理解和掌握教学内容，并且可以扩展实验内容，使学生在短时间内了解更多的实验背景以及相关的前沿知识.有些实验现象不易讲解，如迈克耳孙白光相干实验，在d=0附近，实验现象有很大的变化，仅靠教师口头表述学生不容易理解.如果能有d趋近于零时的白光相干过程模拟演示，甚至是一些现象图片，学生就能更好地理解相干过程，并且能更快更好地完成实验.