大学物理实验分层次教学与创新能力的培养

2013-03-26王国余

大学物理实验 2013年2期

徐晶，王国余

（江苏大学，江苏镇江 212013）

大学物理实验是高等学校对学生进行科学实验基本训练的一门独立的必修课程，是锻炼学生实践能力、培养学生创新能力的重要课程，在高等教育体系中占有重要的地位。但传统的实验教学模式存在很多问题，如教学模式比较单一，忽略了学生的基础差异和个性发展的需求不同，未能充分发挥培养学生实践能力，造成一定程度的资源闲置；教学手段和教学方法也比较单一等。所以探索改革大学物理实验课程的教学模式，是解决这些现实问题、充分发挥实验教学培养学生实践能力和创新能力，特别是发展与科学技术相适应的综合能力上有着无可替代的重要作用。

1 大学物理实验分层教学法

1.1 教学对象上分层次

为适应社会发展对人才素质的要求，物理实验教学必须进行改革，改革的目标是适应时代发展，创建一种全新的教学模式，在教学过程中以学生为主体，激发他们的学习热情和思维活力，提高大学生的教育素质，以适应当今日新月异的科技发展。在这种情况下，我们在教学中进行了大学物理实验分层教学法研究，在大学物理实验课程体系的总体规划上，打破普通物理实验中力学、热学、电磁学、光学等之间的界限，实行各门实验交叉、综合、有机整合、整体优化，加强综合设计性和研究性实验的力度。目前，课题组根据专业特点确立江苏大学京江学院大学物理实验教学分为A、B两个层次进行教学，A是适用于车辆、机械工程、电气专业的54学时，在两个学期的教学中，学生可以完成18～20个实验项目；B是量大面广的适用大部分工科专业的34学时，在两个学期的教学中，学生可以完成12～16个实验项目。每个层次的实验内容包括了四个重要部分：演示实验、基础实验、综合性应用性实验、设计研究性实验，这四个部分结合成了一个整体，贯穿于整个教学过程，使学生得到全方位的实验技能训练。

1.2 教学内容上分层次

按照“起点低、高台阶”的原则，建立物理实验的基本知识、基本方法、基本技能训练为基础，以科学研究能力培养为主线，采用分层次阶梯教学的新体系。将整个实验分成：演示实验、基础性实验、综合提高性试验、设计研究性实验四个层次，形成从低到高、从基础到前沿、从接受知识到培养综合能力，逐步提高的四级基础物理实验课程新体系，这个课程体系最显著的特点是能满足不同基础、不同能力和不同专业的多层次的学生要求，既能适应一般学生的接受能力，又能培养尖子学生的科学研究能力。为此，教研室认真分析了各高校的大学物理实验教材，把握住实验改革和发展的脉搏和方向，注意吸收各优秀教材的长处，结合大学物理实验室的实际情况，编写了适应京江学院专业实验教学特点的实验讲义和实验报告讲义，出版了实验教材《大学物理实验》。该教材分为：绪论；测量误差与数据处理；预备和基础实验（17个）；综合性应用性实验（12个）；设计性研究性实验（17个）；附录（常用物理数据；）。在实验内容的选编上，考虑学生学习和今后发展的余地，各大部分循序渐进，涵盖力、热、电、光、近代物理等方面的内容，每学期选择开设若干必修内容，开放、补充选修内容，满足各层次学生的需要。

演示实验：把演示实验开设在学生学习大学物理理论课之初，有意识地对一些实验只介绍现象，把深入的原理留给学生自己去思考。这为激发学生对科学的兴趣和对知识的渴求起到了潜移默化的作用。如：机械波的传播、海市蜃楼演示、尖端放电、电磁感应、磁悬浮等四十多个演示性实验。

基础性物理实验：基础层次阶段主要学习基本物理量的测量、基本实验仪器的使用、基本实验方法和技术的训练以及基本测量方法、实验数据处理方法和误差分析等。实验项目主要包括力学、热学、电磁学及光学的基本内容，包括13个实验项目，其中力学3个、热学2个、电磁学5个、光学3个。安排9个实验项目（34学时层次的为5个）必做，其余选做。通过对经典物理实验题目的教学讲解和练习，比如游标卡尺和螺旋测微器、示波器的原理和使用、读数显微镜的使用等，着重对学生进行基本实验技能的训练和数据处理能力的训练，使学生在理解实验原理的基础上，不仅学会仪器的使用，而且能运用该原理解决实际问题。学生可以根据自己的专业和兴趣，选择必做实验和选做实验。学生在选择实验的同时，在网络上可以预约做每个实验的时间，学生可以在规定的时间内，根据自己的实际情况合理的安排实验学习计划总之，教师在这个阶段要对学生严格考核，取得这个阶段的学分才能进入提高层次的物理实验学习。

综合提高性实验：开出了实验项目12个，此阶段的实验多为综合、设计性实验。在基础层次实验的基础上进行综合、设计性实验，实验难度有一定的提高。这是在学生做了一定数量的基本实验后，要求学生自行综合已掌握的知识，解决某一实际问题，有助于锻炼和提高学生对知识的综合运用能力。本级实验旨在把各种测量方法应用到具体的实验中，训练综合运用多种实验仪器的能力，培养学生从事科学实验的能力。

设计研究性实验：开出了实验项目17个，此阶段的实验大多为研究性实验。该层次实验以科研实践为主题，配合江苏大学本科生科研立项和“大学生挑战杯”，实验室为学有余力，对科学研究、发明创造或社会实践兴趣浓厚，具备从事科学研究基本素质的学生准备若干带有研究性质的实验题目，这些实验能反映现代物理思想和现代测试技术，具有明显的研究价值；近段时间以来，江苏大学本科生科研立项项目的一部分在此实验室基础上完成，目的就是让更多的大学生参与创新实践活动，养成创新意识、拓展创新思维，要求学生在指导教师的指导下自主完成方案设计。因此高层次的实验阶段有利于培养学生的综合素质和科研能力。

实践表明，上述的教学培养目标提高了教学起点，提高了学生的学习成绩和科学素养以及理论联系实际的能力。教学培养目标和教学内容的改革，调动了学生主动学习的积极性，充分挖掘了学生的潜力，促进了实验室建设的全面发展；分层次的物理实验教学体系在物理实验教学中取得了较好的效果。

2 通过分层次实验教学，培养学生的创新能力

2.1 以学生为主体，逐步引导

传统的验证性实验，学生只是被动地按照老师和教材给定的方法和内容，按部就班地操作，常常过于被动而且达不到理想的实验效果。而分层次实验教学是以学生为中心，是以学生自主创新为基础的新型实验教学模式，实验的主体是学生，提高性实验部分完成依赖学生的自主创新设计，强调以学生为主体，尊重学生的个性特点，鼓励创新思维。实验教学中，从元件的认知选择，电路的布局安排，元件的焊接到最后系统调试的整个过程中，都是由学生自主独立完成，个性化的设计克服了依赖、敷衍毛病；需要学生自己去查阅文献资料，补充相关知识，了解实验原理、目的和数据处理方法，设计出实验方案和操作步骤，然后独立完成全部实验。设计研究性实验由于其所独有的探索性，学生以及教师都需要在实验中进行不断的探索与创新，同学们可以开阔思路，大胆运用创新设计方法，有意识地去解决设计中所遇到的在大学物理实验中的问题；从实验前的预习到实验后的数据处理，教师不仅仅是“教”，而更重要的是“导”，对实验进行全面的指导，使得学生的自主性与积极性能够充分发挥。实验考核摒弃传统的考试方式，采用论文的形式报告整个实验的过程和结果。当然在论文的撰写过程中一定离不开学生直接参与的物理实验设计，但较为侧重科技论文的撰写，训练学生对论文的组织、表述能力，这种能力的提高有助于其正确完整地表达其物理实验的设计思想和步骤，为日后从事科研工作的科研论文撰写打下坚实的基础。

2.2 培养学生敢想、敢说、敢于探索和创新的精神

教师在物理实验教学中，当学生遇到问题后，教师并不直接给出问题的解决方法，而是采取引导的方式，使学生逐渐地学会分析问题的原因，寻找解决方案，最后依据自己的方案解决问题，使设计更趋合理、完善，从而慢慢培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。要不断鼓励学生开动脑筋，捕捉灵感，对学生出现的稍纵即逝的奇妙想法给予肯定，并正确地引导。同时鼓励学生把这种创新的灵感大胆地说出来，不要有所顾虑，要尊重学生提出的任何幼稚甚至荒唐的问题，多多夸奖勇于提出意见的学生。如果学生提出的想法是正确的，就要鼓励学生沿着这个思路去探索、去验证。失败了也不要怕，失败是成功之母。只有这样，学生才能懂得创新就是解决前人没有解决的问题，它没有现成的答案，必须经过艰辛的努力，刻苦地去钻研，找出解决问题的答案。培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。