大学物理实验教学改革的探讨

刘俊娟

(石家庄机械化步兵学院 河北 石家庄 050083)

魏增江

(石家庄理工职业学院 河北 石家庄 050083)

物理实验教学是培养学生知识与能力、理论与实践相结合的教学活动，也是学生全面掌握理论知识、锻炼科学思维、培养应用能力和孕育创新意识的重要环节．如何保证实验教学的质量，培养学生的创新精神和实践能力成为一项全新课题.本文结合我们两学院物理实验教学改革的基本情况谈几点粗浅的认识．

1 当前高校物理实验教学存在的问题

1.1 教学思路和方法

传统的普通物理实验教学活动一般过程为教师在讲述实验的目的、原理、步骤及其数据处理时，过于全面，并在黑板上有详细的板书．学生在做实验时只是跟着教师的思路走，不动脑筋、不思考，照着教师讲的方法很快完成实验.能力强的学生发挥不出优点，而能力弱的同学又掩盖了不足，忽略了学生认知过程中的主观能动性，束缚了学生的思想，限制了对学生创新精神和创新能力的培养．如用示波器观测波形时，调节“Level”旋钮，得到一个稳定的波形，便于观察和测量.但问学生为什么调节“Level”旋钮，波形就稳定了，不少同学说不知道，或根本就没有想过这个问题．

1.2 教学内容与手段

内容偏重经典实验和验证性实验，综合性、设计性、探索性实验偏少.测试手段和仪器比较陈旧，与现代科学的工程技术发展水平形成较大的反差．目前的课程设置大多是为了验证理论内容上的一些原理、现象，是课堂教学内容的重复和验证，从而使部分学生对实验产生应付的现象.实验课过后，一部分学生仍处在“三个不透”的状态：对实验仪器了解不透，对实验原理理解不透，对实验技能掌握不透．这就在不同程度上压抑了学生的个性发展和学习积极性，束缚了学生创造能力的发挥．

教学手段相对滞后，大多仍采用单层次教学方式，忽略或不重视与计算机多媒体和网络相结合的现代化教学手段．实验考核内容单调、落后、繁琐，强调的主要是笔试成绩和平时成绩，以及重复的操作成绩；体现不出该学科的特点和优势，“高分低能”的现象较为严重．

2 物理实验教学经验总结

物理实验教学改革任重而道远，是每一位物理教师应该深思的课题．我们在实验教学改革的实施过程中，有成功的经验，也有失败的教训；有成绩，也有缺点．

2.1 优化整合实验内容

普通物理实验体系相对完整，但题目过多.在不削减物理内容的前提下，重新修订物理实验课程标准，适当精减必做实验题目，增加综合性、设计性实验题目，提高开出实验的物理内涵和趣味性含量．

2.2 因材施教培养优秀学生

以选修课形式开设的综合性、设计性实验.开放实验室，既体现实验开设的全方位，又满足个性化的要求．

2.3 将科研成果转化为新实验

针对实验选题的局限性，及时地将教师和学生的科研成果转化为新的物理实验；设计开发了既可以用于科学研究、又适合于大学物理实验教学的“金属薄膜电阻率的测量”、“磁性薄膜的磁电阻测量”等实验，使得实验题目分布范围广，而且各有特色.实验内容不断更新，既有深度，又有广度，形成教学科研一体化的良性循环．

2.4 修旧利废挖掘资源潜能

在教学设备投入有限的情况下，利用现有设备资源，充分开发其应用价值和探究潜能，对学生在课余时间开放.学生通过对旧仪器的拆卸、开发、优化配置和修旧利废，提高实验技能，培养创新精神和创造能力．

3 物理实验教学改革的几点思考

3.1 将“物理思想”与物理实验相融合培养学生的综合实验能力

要培养学生的综合实验能力和研究物理规律的能力，将一个具体的实验置于整个学科的发展链条之中.例如杨氏双缝干涉实验是光学实验中讨论分波阵面双光束干涉具有代表性的实验．在今天看来无论从实验原理，还是实验技术上都是比较简单的．如果做这个实验只是教给学生一种测量光波波长的方法，而忽略了其中丰富的“物理思想”，实验的意义就不那么重要了；因为用这种方法测量光波波长的精度并不高，实用意义不大．然而，在光学发展史中，杨氏双缝干涉实验具有里程碑意义．在人们认识光的本质的过程中关于光的波动说和微粒说之争延续了将近3个世纪.牛顿坚持光的微粒说，使波动说的确立经历了一次又一次的磨难．与此同时，惠更斯提出了著名的惠更斯原理，并推导出光的反射定律和折射定律．这只是用波动的观点解释了某些光学现象，没有进一步的实验证明．直到19世纪初，托马斯·杨用双缝干涉实验演示了双光束干涉现象，提出了“干涉原理”，为光的波动说的最后胜利奠定了基础．此后又经过菲涅耳、泊松等人对衍射的理论和实验研究，终于使波动说得到普遍的承认．

回顾历史，我们看到物理学的发展过程中，一种理论和一个有重要意义的实验诞生都有其历史渊源和时代背景.如果在教学实践中能引导学生了解所做实验的时代背景，每一个实验理论的验证都有其艰辛的过程，将其中的物理思想与物理实验相融合，培养学生研究物理规律的能力和探索精神．

3.2 将“物理模型”与物理实验相结合锻炼学生的科学思维能力

要想产生光的干涉，就必须弄清产生光的相干条件，然后才能获得相干光束的方法．而这些都必须建立在光传播过程中的波阵面运动有一清晰图像的基础之上．可以肯定杨氏对惠更斯原理理解得非常透彻，并且发展了惠更斯的波阵面模型，赋予相干涉的性质，即从同一波阵面上激发的次级波都有相同的频率、位相和振动方向.杨氏使这一模型变得更生动形象，更富有物理意义．这也是我们必须理解双缝实验的关键之处．现在看来，这一切似乎很自然、很简单，然而，当时的波动说在困境中竭力抗争，干涉理论处在萌芽状态，还没有任何人用实验方法获得干涉现象.在这样的情况下，做成功这样一个实验是需要很大的探索勇气和精湛的实验技巧的．最关键的是杨氏对光的传播和干涉有一个清晰而生动的物理模型和概念，才有可能设计一个有创新意义的实验．在实验教学中忽略了模型和概念，等于抽掉了实验的精髓，就连真正理解一个实验也是不可能的.因此，将物理模型融在其中，锻炼学生的科学思维能力和创新意识是非常必要的．

3.3 将物理实验与高新科技相结合培养学生的创新实践能力

高新科技是当代科学技术前沿的知识、人才和投资密集的新技术群，其特征主要表现在牵引性、战略性、高效性、渗透性等；对发展生产力、促进社会文明、增强国防实力起着先导作用．例如，在激光相关的实验中，可以介绍激光的具体应用，如激光雷达、激光武器、激光手术、激光受控热核反应等方面；激发学生的学习兴趣和学习动力，使学生主动的掌握实验原理和实验装置，有目的、主动地进行操作，启发学生主动获取知识、培养学生创新实践能力．

3.4 将仿真实验与物理实验相结合培养学生探索解决问题的能力

把传统实验和现代计算机技术有机的结合，可使学生在实验中受益，对学习物理实验的兴趣大增.这种教学模式以学生为中心，培养学生主动发现问题，探索解决问题的能力，使学生的学习积极性、主动性、协作精神等各方面综合素质得到提高．但是开发虚拟实验是一个复杂的过程，它不仅需要开发者熟悉实验原理、实验仪器等相关的物理知识，而且还要求开发者能够熟练使用相关的计算机软硬件.同时还需不断地测试，从使用者(学生)那里收集反馈信息并不断完善．它涉及到的某些方面的问题需要所有实验教师的共同努力，学生的大力配合和相关部门的支持，才能使这一教学改革深入的开展下去，使虚拟实验在提高实验教学质量方面发挥作用．

物理实验教学改革，为传统的物理实验教学融入了现代化实验教学的成份，增添了充满活力的元素，提高了物理实验教学的层次和水平，培养了学生的科学实践能力和科学实践素养．物理实验教学改革的全面实施，标志着一个全新的物理实验教学平台已经形成，等待我们的是进一步拓宽思维，打破定势，通过大胆设想和科学创新，实现物理实验教学改革大跨跃．

参考文献

1 王秀敏，孙会娟.高校基础物理实验教学改革的探索.中国电力教育，2008(3):98

2 赵炯.物理实验教学改革与创新能力的培养.湖南科技学院学报，2008,4(4):227

3 姚有峰，沈金玲.基础物理实验教学改革与实践.皖西学院学报，2006,10(5):141

4 张艳云.普通物理实验教学改革的探讨.吉林省教育学院学报，2009,220(4):145