大学物理实验教学改革的探讨

张俊

（驻马店职业技术学院 河南 驻马店 463000）

大学物理实验教学在实现知识拓宽、培养学生的实践能力和创新能力方面，具有独特的作用，而传统的实验教学模式在某种程度上来说只是一种应试教育，而不是素质教育，不利于培养学生的创新能力，严重制约着教学水平的提高和人才的培养。改革传统的实验教学模式，已是摆在我们面前急待解决的课题。

1 大学物理实验教学现状

大学物理实验教学是物理实验教学的最为重要的阶段。也是大学生进入高校后第一门自然科学实验课程，除了继续与中学物理教学保持一定的延续性外，对大学生开展多层次、多元化、多种实验和研究类型的物理实验是非常必要的[1-2]。让学生受到严格的、系统的和科学的实验技能训练，掌握物理实验科学的基本知识和原理。培养学生动手能力和分析问题、解决问题的能力；培养学生严谨的科学思维方式和创新精神，从而具备适应现代科学发展的综合能力。

长期以来，基础物理实验的教学模式过于单一化，教学内容陈旧以及教学方法和手段缺乏创新。在这种情况下，大学物理实验教学与中学物理实验教学的差别仅仅在于实验内容、可操作性以及实验对象，这将明显地降低物理实验的教学效果。我国大学物理实验的教学现状主要表现在以下几方面：

1）学校对物理实验的重视程度不够，实验经费短缺，无法进行仪器设备的更新，使得许多实验用品消耗过大的物理实验在后期基本上停止了开设，影响教学质量。

2）物理实验的教学时数太少。物理实验获得正确的实验结果需要多次重复的实验。在如此短的时间内要求学生必须完成一定的物理实验，这是违背实验科学发展规律的。

3）物理实验教师的思想认识和方法急需提高。长期以来，认为物理实验教学只是物理学科发展的辅助工具，没有把它看成是一门独立的课程。物理实验教师的师资力量也是相对薄弱的。高学历和高职称的实验教师并不多。这将影响到大学物理教学的发展和结果。

随着知识经济时代的到来以及科学发展的日益交叉性，培养高素质人才尤其是具有创新精神和能力的人才显得越来越重要[3]。如何改革日渐死板和单调的大学物理实验课程将是摆在物理教学工作们面前的一个重要任务之一。对现有物理实验教学体系改革，充分利用计算机和网络资源，构建多种虚拟实验室和网络，使学生能够主动参与到物理实验中去，体会物理实验中所蕴含的物理思想精髓[4]。

2 大学物理实验教学新体系

大学物理实验课程是对学生进行系统的实验技能训练，培养学生科学实验能力和素养的重要的实践性课程。随着高等教育受益面的逐步扩大，学生受教育需求多元化，要求大学物理实验从传统的“专才”培养转变成“通才”教育。让学生掌握科学实验的基本知识、方法和技巧，具有理论联系实际、分析和解决实际问题的能力。另一方面，为了与社会发展和科技竞争相衔接，高校需要培养出更多优秀物理专业人才。面对这一似乎矛盾但却互为促进的教学需要，层次化的课程设置显得尤为重要。我们考虑了各个分支选题的平衡性和实验内容的教学可操作性，并在此基础上给出了层次化课程设置模式：

2.1 基本实验技能训练层次

“基本实验技能训练”课程是使大学生从抽象的大学物理知识转化成具体的物理图景的一个不可缺少的过程。培养学生学习基本物理量的观测技术方法及其正确的实验数据记录、分析处理、实验结果的准确描述和规范实验报告，掌握物理实验通用仪器的操作和使用，掌握分立的物理实验之后，学生能够开始进一步实验综合能力的培养。

2.2 综合实验研究能力培养层次

“综合设计性实验”模块，主要是全方位地培养学生的实验研究能力和综合设计能力，引导学生不拘泥于已有的实验操作，而是提供学生足够的想象空间，利用前面已经完成的分立的物理实验知识，使得学生能够自己动手开展一定的实验。促进学生逐步有序、有效的提高自身发现问题，解决问题，拓展思维，独立进行科学实验的综合素质。

“综合设计性实验”模块是一个研究系统。需要学生自己动手测量和理论分析数据。学生必须设计和安排一系列的实验才能够清楚研究对象的物理性质。然后经过综合各种实验数据，找到它们的物理内在联系，使用已有的物理理论来解释所观察到的物理想象。培养学生对科学研究的兴趣和深层次认识。

2.3 构建虚拟实验平台

随着科学技术的日新月异的发展，许多重大的科学成果以及技术突破的实现，也促使高等学校的教学模式进行相应的改革。特别是对于大学物理实验教学，由于它是一门面向几乎所有的理工科大学生开设的必修课。建立虚拟实验理论和模型，构建一个实验的整体平台，从而达到完善实验教学的目的[5]。

大学物理实验作为一门实践性课程，将虚拟实验系统引入大学物理实验教学课堂，开发创造性思维。将虚拟实验方式和传统实验方式结合起来，利用虚拟实验的异地实时操作和控制功能，突破时间和空间的限制，打破传统的实验课程教学模式，实现远距离操作，发展实验课程的远程教学，从时间和空间上保证教学模式的维度发展。通过虚拟实验灵活和开放的系统构建和设置特点，增加实验项目之间实验原理的相关性和多学科交叉性，促进学生掌握本学科知识体系的内在联系，理解本学科知识体系的逻辑性，了解其他学科知识，加强多学科知识的综合性，促进学生的知识体系结构广度发展。

虚拟实验具有开放创新型实验项目的方法优势，具备实验过程纵向开放性和实验结构横向创新性。我们将虚拟实验这一科学研究方法引入大学物理实验教学中，与传统教学方法有效结合，形成了一个大的实验教学平台，通过“传导式”、“反射式”、“遥感式”、“对流式”4种协作形式，培养学生的互助合作精神。革新教学模式和教学方法，从辐合思维和发散思维相结合、理性思维和感性思维相结合、常规思维和异向思维相结合3个方面，促进学生进行自主决策，培养和开发学生的创造性思维。

3 大学物理实验教学改革目标

尽管开放型实验教学模式和创新型实验教学模式作为改革的重要方向已经引起了实验工作者足够的重视，然而这些教育模式目前处在初始探讨阶段，很多具体细节和实施步骤仍然需要清晰化和系统化。应该指出我国的高校实验教学质量存在着地区间的不平衡、学校间的不平衡、学生素质发展的不平衡以及资金投入的不平衡。这样大学物理实验教学改革应该兼顾到这些不平衡，使得实验教学效果得到很大称度的提高。相应地，实验教学改革又不能脱离实验课程所具有实践性和重复性等特点，必须同时考虑到实验教学改革的可操作性。通过对这些教学改革重点的分析，我们希望能进一步完善目前的开放型实验教学模式和创新型实验教学模式。下面我们将从以下几个方面来讨论物理实验课程改革的重点：

1）加强教学内容的前沿性

随着科学技术的日益发展，一些新的物理理论和实验也相应地得到关注。高校教授或课题组正在研究的物理实验项目，希望能够走进实验室，让学生真正感受到学术研究的氛围。在这些实验室，学生们能够做一些辅助性的工作，诸如熟悉实验仪器、简单记录实验数据和整体实验数据等。许多大学生能够进入到课题组参与研究工作。我们认为这可以看作是物理实验教学的延伸。让学生能够接触最新最前沿的物理实验内容和知识。

2）提高课程设置的综合性

提高课程设置的相关性和综合性。在保证大学物理实验与中学物理实验的知识过渡和教学深入的前提下，适当地增加一些非物理或与普通的实验室仪器操作相关的实验课程安排。诸如与普通化学实验和电子工程实验等建立一定的联系，设计一些相对简单的实验能够满足上述教学要求。即从实验知识的扩大、实验技术的严格训练和实验结果的理论分析等方面逐步拓展单纯的物理实验知识空间。扩大学生基础知识面，培养学生交差学科的能力，提高学生的全面综合素质能力。

3）培养创新型人才和增强团队意识

通过大学物理实验教学改革，不仅使得大学生具有独立的分析和解决问题的能力，而且使他们的科学素养和综合素质也得到相应地提高。大学物理实验课程教学是培养学生团队意识的一门重要教学任务。通过最初的物理实验教学，学生的合作精神可以得到一定程度的提高，这样也对他们今后的课程学习和工作提供很好的整体素质培养。大学物理实验的教学最终目标就是从思想上和能力上进行人才的培养和改造。从某种意义上将，只有这样物理实验的教学改革才算是成功的。

4）改革传统的实验考核方法提高教学效果

在对大学生实验课学习成绩进行考核时，主要可分为平时考核和期末考核两个部分。其中，对平时成绩的考核主要可分为预习考核、实验报告考核和实验操作考核3个部分。为了更科学地对大学生的实验课成绩进行考核，应大幅度增加平时成绩考核分数的比重，可设置为总分数的70%左右。笔者主要就平时成绩的考核提出相关的建议措施。

许多大学生在实验前没有预习的习惯，且在做物理实验的过程中抄袭实验数据及凑数据的现象也很普遍。笔者认为在对大学生学习物理实验进行考核时，应针对大学生中存在的这些不好的实验习惯，采用恰当的考核方法:首先，要求大学生在实验前必须进行预习，并且写出预习报告。在进入实验室时提交给实验教师，没有提交的学生，应不被允许做实验，并且对大学生每次实验前的实验预习报告进行评分，按一定比例计入学期末物理实验考试成绩中。这样做的目的是保证学生充分了解该实验。否则在做实验时只能依照教材照葫芦画瓢，潦草完事，达不到预期的教学目的和效果。而且大学生每次在实验之前交出预习报告后，实验教师还应随机抽取几名学生，向他们提问预习内容，目的是尽可能减少写预习报告过程中的抄袭行为。

其次，要对学生的现场实验操作过程进行评分，主要看每个进行实验的学生的实验操作是否规范，是否按实验仪器操作正确方法来使用实验仪器，实验态度如何，遵守实验室有关规章制度方面做的如何等。以此促使学生养成科学的实验态度与实验方法。

再次，实验教师在对大学生的实验报告进行评分时，不应过于关注大学生的实验测量数据与“正确结果”是否相一致，对于只要是在实验过程中严肃认真规范地做实验并且得出相应实验结论与数据的学生，即使数据与结论与“标准答案”有一定出入，也应予以肯定，并客观地给予相应的分数。反之，对于那些有抄袭行为的学生，则坚决不能给高分，直至判为不及格，即使其实验报告“完美无缺”，以达到矫正错误的实验态度与实验习惯，培养科学的实验态度与实验习惯的目的。对于实验报告有新意、有创见的学生，则要及时予以表扬和鼓励，并给出较高的分数。

5）增加多媒体辅助教学演示实验

大学物理教学中的重点、难点和比较抽象的物理概念，学生理解比较困难[6]。由于实验条件有限，有些实验不能进行，无法直接让学生都观察到实验操作过程，从而影响到教学效果。而多媒体辅助教学演示实验的形象性、直观性可以很好地解决这一问题，通过演示实验可以培养和提高学生的观察能力、思维能力、实践能力。学生通过对各种实验设备的观察，对实验现象的展示，会提高其观察能力、思维能力，激发对科学的思考和求知欲。采用多媒体辅助演示实验可以优化物理课堂教学过程。有助于物理知识的掌握，使学生在做实验前心里先有一个感性认识。对教学效果和教学质量的提高也能起到积极的促进作用。

6）培养学生创造性思维能力

在大学物理教学中，老师应鼓励学生在解决问题的各个环节上，要敢于并善于大胆猜想[7]。首先要引导学生大胆实践、积极实践。让学生进行一些逻辑的与非逻辑的预测或猜测，有利用提高学生的思维能力。充分发挥想象力，突破原有的知识圈，朝多方向推测、想象、假设的“试探”性思维过程，通过知识、观念、方法的重新组合，寻找多种多样的正确途径。在物理教学中，要精心创设各种问题情境与讨论环境，训练学生在广阔的领域内采用新思路和方法解决问题，鼓励并引导学生进行各种发散思维训练，对物理事实和规律提出新的解释和理解，提高他们创造性解决科学问题的灵性和智慧[8-9]。

4 结束语

教育教学改革的不断深化对实验教学在培养学生的科学研究能力和综合素质等方面提出了更高的要求。实验教学的教学内容、教学模式、教学方法有待革新与完善。虚拟实验技术的成熟发展和实验教学改革的迫切需要使得虚拟实验在教学中的应用从理论研究走向了实际应用。

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