浅谈物理实验的教与学

熊永红

（华中科技大学物理实验教学中心，湖北 武汉 430074）

物理实验作为高校公共基础课，是大学生进校后系统地学习科学实验的基础知识、实验方法、测量技术的入门课程，对学生科学思维方式、创新意识、科研能力、科学作风和综合素质的培养都具有极其重要的作用，是高校基础教学中不可缺少的重要环节.因此物理实验中心对大学物理实验教学的定位是：

（1）求真务实的科学精神和严谨求是的科学作风，是大学生必须具备的基本素质.

（2）掌握物理实验的设计思想、基本规范、方法、技术和技能，是大学生科学实验训练入门课的基本要求.

（3）培养学生的创新意识和进行物理实验研究的综合能力，是物理实验课程的教学目的.

在教学研究中我们深刻地体会到物理实验教学的核心问题是人，好的教学团队是物理实验课程建设和提高教学质量的根本保证.在团队建设上我们采取“三结合”的原则：教学与科研相结合、专职与兼职相结合、实验与理论相结合，使专职教师和工程技术人员能安心做好教学研究和实验室的管理工作，具有良好科研背景的中青年兼职教师的加入能将学科前沿的部分成果融入实验教学.我们在物理实验教学过程中开展了多种形式的教学研究活动（例如：集体备课、教学观摩、教学研讨会和顾问听课等），实行指导教师制和主讲教师制，主讲教师负责青年教师的上岗培训，新教员上课必须通过试讲，让经验丰富的老教师进行传、帮、带，使教学团队的文化传统得以传承.在此基础上，我们还构建了师生一体化的课外学习团队，团队成员均是“兴趣”相同聚在一起，比如在物理实验创新基地教师是学习团队的一分子，互相学习共同提高，构建了一种宽松的、快乐自主学习和实验研究的氛围，较好地体现了以学生为主体和以教师为主导的教学理念.

物理实验教学与理论课堂教学不同，教师与学生面对面地交流，更有利于互动教学.而且来自不同地区的学生因实验条件的限制，其实验能力和科学素养差别很大，如何在量大面广的基础课程中做到因材施教，让大多数学生都有所收获，让优秀学生能有拓展的空间，确实不是一件容易的事情.为此，笔者将围绕“问题”组织教学的模式贯穿于物理实验课程之中，为配合教学改革我们新编了《大学物理实验》教材.新教材在加强“三基”的同时，注意融入先进教育理念和科技最新成果，以问题为导向和主线.“开篇设问”让学生带着问题学习实验原理、方法和技术；在“引言”中介绍实验背景、实验原理和相关资料（包括在教学课件或网站上给出著名科学家的原文）；“仪器设备”仅作了简要的介绍；在“实验程序”中包含实验的基本内容，并强调实验研究过程的规范性；在“结果分析”中包含数据处理和实验结果表述；“拓展问题”是基本内容的延伸，或者是实验原理（或物理效应）的灵活应用，或者是对实验中发现新问题的深入研究.增加“拓展问题”的初衷是为了：

（1）引导学生理论联系实际，让不同学科的学生结合自己兴趣与爱好，尝试从探索性实验中体会到学以致用的乐趣；

（2）给学有余力的同学更多的实践机会，有利于因材施教；

（3）鼓励学生勇于质疑，探索创新，对一些课内无法解决的难题，可以带到课外进行研究.

在物理实验教学研究中，探索了以“问题”为导向，以兴趣为驱动、形成课内课外有机结合的研究型教学模式，构建了物理实验创新基地、DIY 实验室、独立的学生实践研究团队，倡导和营造自主学习、群体学习和团队学习的模式和氛围，使因材施教落到实处.例如在基础物理实验“霍尔效应与应用研究”的教学中，我们设计了3 个层面的问题：“预备性问题”在课前帮助学生在预习的过程中有针对性地思考，更好地了解实验背景、原理和实验方法；“学生容易出错的问题”在教学过程中与学生讨论，引导他们认真观察实验现象，总结实验规律，避免操作错误；“拓展问题”可解决较优秀学生“吃不饱”的情况，动手能力强的同学，在课堂上就可以选做拓展内容.还有极少数的对该实验项目特别感兴趣的同学，在实验过程中萌发一些“设想”或“灵感”但因课时限制无法在课内完成的，就可以将“设想”或“灵感”带到物理实验创新基地的DIY 实验自主研究.使一些有“想法”的同学有放飞梦想的舞台，例如王晴岚同学应用霍尔效应的原理，设计了数字式风速仪，该研究获得湖北省大学生优秀科技论文奖、刘亮同学的“动栅式”分光计的设计与实验研究就是源于做“分光计”实验时萌发的“设想”，他在2011年高等学校物理基础课程教育学术研讨会上报告了该实验的研究结果，被专家评为优秀论文.还有一些同学将基础物理实验课中激发出来的“灵感”转化成国家大学生创新实验项目或物理实验创新设计竞赛项目或课外实验研究课题，他们携带自己研究的成果参加了各种国际和国内会议，或大学生科技活动与竞赛，使有不同兴趣或追求的学生各有所获.

环境和实验室建设与实验教学密切相关，是物理实验教学的硬件支撑和保障.因此在实验室建设过程中我们比较注重实验室的教学功能、安全、环保、规范、人性化设计与实验室的利用率等；在仪器购置和自行研制教学仪器方面注重实验仪器的开放式、自组装性、多功能和易拓展的特点，并吸引学生参加实验室建设，参加实验教学仪器的研制，学生通过参加教学仪器的研制，加深了对实验的设计思想、实验原理、测量技术等各个方面的了解，提高了综合实验研究的能力.

在物理实验教学中不仅要教会学生掌握物理实验的基本原理和仪器的使用，提高他们的实验基本技能，更重要的是要引导学生去体会物理实验的设计思想、培养科学思维能力和创新意识，特别是在“重温”著名的或经典的物理实验时，要引导学生查找和阅读科学大师们的原文或相关资料，领悟这些科学巨匠的研究思路，感受他们的人格魅力，培养学生主动学习、勤于思考和勇于进行实验探究的良好习惯.在“教”与“学”的过程中还要注意培养学生的质疑精神，让他们敢提问、善钻研，使物理实验教学真正地“互动”起来.要做好物理实验教学，还需要各级领导的大力支持和关注，需要更多有识之士的加入，一切为学生着想，为人才培养服务.

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