研究性物理实验教学的实践

张增明,孙腊珍,霍剑青,张 权,张宪峰

(中国科学技术大学物理实验教学中心,安徽合肥230026)

研究性物理实验教学的实践

张增明,孙腊珍,霍剑青,张 权,张宪峰

(中国科学技术大学物理实验教学中心,安徽合肥230026)

物理实验教学中心采用学生自主设计研究性实验教学模式,通过构建研究性实验教学平台、开放多项研究性实验题目,使学生的科学态度和工作作风在物理实验教学中得以培养.通过研究性实验的教学实践,激发了学生的学习兴趣,培养了创新意识,磨练了意志,提高了综合素质.

物理实验;研究性实验;教学实践;自主设计

1 引 言

建设一流研究型大学,培养高素质拔尖人才,造就世界一流科学家和科技领军人才是中国科学技术大学的人才培养目标.为与我校人才培养目标相适应,面对机遇和挑战,物理实验教学中心在2005年获得教育部首批“国家级实验教学示范中心”的基础上,积极探索基于创新能力培养的物理实验研究性教学新模式.在物理实验教学中通过构建研究性实验教学平台,开放多项研究性实验题目,指导学生自主设计研究性实验等教学模式,使物理实验教学成为培养学生的缜密科学态度、严谨工作作风、虚心合作精神的最佳平台之一.激励学生的自主设计能力、探索精神,培养他们勇于创新的科学作风,逐渐成长为实验物理拔尖人才.自2005年以来,实验中心面向全校高年级本科生(大三)开设了研究性实验课程.在过去的几年教学实践中新的教学模式广受好评.

2 开展多层次的实验教学,培养学生的创新思维

对一年级本科生,开设了基本技能实验(一级物理实验),以营造创新气氛、培养创新意识、增强探索能力为主要目的开展实验教学.对于部分学有余力的学生(如物理竞赛保送生)进行分类培养,设置免试实验测试,避免知识重复学习,向获免试资格的学生开设开放实验,进一步提高他们的实验能力.

在大学二年级的物理实验课程中,开设综合性、设计性实验(二级物理实验)和现代物理实验技术(三级物理实验),引导学生对具体问题进行具体分析,重视对实际实验现象的捕捉,并学会利用这些现象判断实验结果,对实验中出现的问题善于观察,勇于探索,使学生面对书本知识,不再雾里看花或迷信照搬,将实验学习的过程成变为学生主动探索知识的过程.

在大学三年级的物理实验课程中,开设自主设计研究性实验(四级物理实验),在实验教学中,不再是学生做单个实验,而是建立鼓励学生自主探究、发展兴趣的实验平台.让学生有机会亲手设计实验、独立完成实验和分析解释实验中观察到的实验现象.在这样一个大平台基础上,教师开放或组织若干个围绕物理实验的课题,以科研方式指导学生进行实验,例如:学生可按自己的兴趣,从样品制备开始,运用各种物理测试手段,来测试和分析研讨自己制备样品的特性.

3 构建适合开放、设计、探究、研究性教学模式的实验教学平台

自主设计、探究、研究性教学新模式以两大实验教学平台为支撑——校级平台和院级平台(图1～2).

构建的两大实验教学平台横向覆盖了物理学的绝大部分研究领域,纵向从物理学基础实验深入到各学科的科研前沿.这两大平台也是一个有机的整体,它们具有相互依托,相互渗透,资源共享.根据我校修读研究性实验的专业特点,研究性实验教学平台由凝聚态、光学、核物理3个平台构成.通过研究型实验教学平台建设,在教学实验中渗入科研前沿的内容和技术手段,让学生接触科研的飞速发展,促进学生对科研的兴趣,提升他们献身科研的动力.

图1 校级物理实验教学平台

图2 院级物理实验教学平台

4 研究性实验的教学实践

过去几年的教学实践表明,传统的实验教学模式对学生基本实验能力培养做出了很大的贡献,但在拔尖人才培养方面乏善可陈.近年来,我们探索与实践的研究性实验教学新模式正好弥补了这方面的不足.我们的自主设计、研究性教学模式在各方面得到了不少的积极的反馈.从教学过程看:学生对创新研究性实验有着浓厚的兴趣,学生投入很大的精力对自己的课题进行研究.从竞赛结果看:学生选题广泛,研究深入,既有在实验过程中发现问题,解决问题,也有当前科研前沿热点.从学生反馈看:学生十分欢迎这种实验教学模式,不仅培养了他们的创新思维,而且在实验过程中培养了他们的多种能力.很多学生在完成实验之后,都向我们反映实验收获良多;同时实验室建设也在学生们的设计实验中获得很多新的思路,形成很好的新实验项目,真正体现了师生互动、教学相长,也对实验教学的教师提出了更高的要求.

5 研究性实验问卷调查

为进一步了解学生对研究性实验课程的意见,在研究性实验结束后,对2007级全体参与研究性实验的学生600人进行了实验前、实验中、实验后各环节共25个问题的问卷调查,问卷见附录.图3～9是部分调查结果分析图.

图3 问卷调查题1的调查结果

图4 问卷调查题3的调查结果

图5 问卷调查题9的调查结果

图6 问卷调查题10的调查结果

图7 问卷调查题20的调查结果

图8 问卷调查题21的调查结果

图9 问卷调查题22的调查结果

图3的调查结果表明,95%的学生认为实验开课前的绪论课对他们提出课题、设计方案很有帮助.从图4中可以发现,仅5%的学生的课题由教师提供,绝大多数学生自己提出研究课题.图5和图6的调查结果表明,学生在完成自己的研究性实验课题中,广泛使用各种仪器设备,且有60%以上的学生完成研究课题或多或少地自己动手制作了一些简易设备.

图7～9表明实验完成后学生从课题中的收获.80%的同学对自己的实验结果比较满意,在实验中允许失败,但要从失败中总结经验、教训,避免同一错误重复出现.70%的学生认为自己的实验有创新,每个学生在实验中得了多种能力的提升.

6 结束语

开展5届研究论文竞赛,获奖论文近150个课题,学生提出课题800个,仅5%的重复性.由于学生提出的课题广泛,对教师的要求也提高了.教师通过几年的研究性实验的教学工作,主动储备课题,在学生工作的基础上进一步深入,引导学生进行研究.目前通过研究性实验的开展,学生发表论文20多篇[1-8],教师的知识结构进一步提高[9-15],实现了教学相长,师生双赢.教师消化吸收学生的研究成果,对实验进行改进,以便更有利于学生的研究性实验的拓展.

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[15]霍剑青.大学物理实验课程教学基本要求的指导思想和内容解读[J].物理与工程,2007,17(2):5-7.

[责任编辑:尹冬梅]

Teaching practice in exploring physical experiment

ZHANG Zeng-ming,SUN La-zhen,HUO Jian-qing,ZHANG Quan,ZHANG Xian-feng
(Teaching Centre of Physical Experiments,University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China)

The teaching model of independent-design of research experiments was emp loyed in the teaching centre of physical experiments in the University of Science and Technology of China.The scientific spirit and the research diathesis of students w ere trained by constructing the research experiment platform and opening the p rojects for research experiments.The exp loring experiments p ractically excited the learning interest of college students,trained their innovative consciousness,inspirited their study volition and enhanced their ability of comp rehensive development.

physical experiments;exp lo ring physical experiment;teaching p ractice;independent design

G642.423

B

1005-4642(2011)02-0020-05

“2010年两岸三地高等学校物理教育学术研讨会”论文

2010-08-02

张增明(1966-),男,安徽舒城人,中国科学技术大学物理实验教学中心副教授,博士,主要从事物理实验教学与管理,研究方向为表面物理和高压物理.