应用型本科院校大学物理实验教学改革探讨

2013-03-26涂亚芳吴铁山

大学物理实验 2013年2期

涂亚芳，吴铁山

（江汉大学，湖北武汉 430056）

随着社会经济的发展和高等教育的大众化，许多高校将人才培养目标定位为应用型，着力培养适应经济建设和社会发展需要，面向生产、建设和服务一线，综合素质高、基础扎实、创新能力和实践能力强的高级应用型专门人才［1］。大学物理实验是对非物理专业的理工科学生开设的一门公共基础课程，是学生接受系统的实验方法和实验技能训练的开端［2］，在培养学生的实践能力、综合应用能力和创新能力等方面具有非常重要的作用。特别是对以应用型人才培养为目标的本科院校，加强大学物理实验的教学显得尤为重要［3］。

1 目前大学物理实验教学存在的问题

目前很多高校都开展了大学物理实验的教学改革，并取得了一定的成绩，但仍然存在如下一些问题：

（1）课程的设置不合理。虽然很多学校为了培养学生的综合能力，改变了传统以力、热、声、电、光进行分类的课程模式，将实验分成了包括基础、综合设计性实验等多个层次，但是层次的设置及实验内容的安排仍有待改善。首先，层次的设置不完善，不能充分体现应用型人才培养目标；开设的时间混乱没有层次性，不符合学生的认知发展规律，不利于人才培养。其次，各层次实验内容安排不合理，不能体现该层次的人才培养定位；另外，从整个实验内容来看，基础验证性实验较多，而综合性设计性实验较少；传统的经典的实验较多，而与当代科技热点前沿相关的实验内容太少，不利于应用型人才的培养。

（2）教材与课程体系不配套。很多教材虽然依照基础、综合设计性实验等层次划分了不同的模块，但每个实验都仍然将实验目的、实验原理、操作步骤和注意事项都写得非常详细，对于需要学生自己设计方案的设计性实验也是如此，不利于学生的创造性思维的发挥。另外，教材内容更新慢，如一些基础性实验中方法或仪器早已不再使用，学生预习时花了很多功夫，结果做实验时却要重新学习，不利于实验技能的有效训练。

（3）教学模式死板。传统的实验教学模式要求学生在规定时间内完成规定的内容，学生没有足够的发挥空间，不利于提高学生的学习兴趣、激发学生的创新思维［4］。

（4）考核方式单一。目前的考核办法大多是根据学生提交的实验报告和实验时的大体表现给出实验成绩，再结合最终的笔试给出课程的总成绩，不能全面、客观地反映学生实验的真实情况，在一定程度上抑制了学生学习的积极性和主动性。

（5）教师素质有待提高。大部分实验仍然采用传统的灌输式教学方法，即使是在综合设计性实验中，很多教师仍然按照教材上的方法给学生讲解并示范步骤，或者要求学生按照自己拟定的实验方案完成实验。这样的做法完全不利于学生能力的培养，究其原因主要是教师的态度和能力问题。有些教师忙于自己的科研或其他事情，而不愿意在教学上投入过多精力，还有部分教师自身专业基础不够扎实，科学视野不开阔，不能很好地引导学生在实验过程中发现新现象、提出新思想，所以导致学生在做实验的过程中不积极思考，更谈不上创新。

2 对大学物理实验教学改革的思考

2.1 完善课程体系，明确层次定位

大学物理实验的课程体系应当在遵循认知发展规律的基础上，兼顾力学、热学、光学、电磁学和近代物理学等有关实验内容，建立一个立体化、层次化的结构框架，即形成实验知识、基础实验、综合实验、设计性实验、创新实践五层次［5－6］。要明确每一个层次的能力培养定位，不同层次的实验应循序渐进的分阶段安排，后一的层次实验应该要以前一层次为基础，要能够体现出知识的学习、运用与创新的关系［6］。每一层次的实验内容的安排应该体现该层次的培养目标。其中，实验基本知识（包含实验误差与数据处理等）的学习是做好物理实验的基础。基础实验通过一些经典的验证性或测量性实验让学生掌握基本理论和实验技能，具备初步的实验能力。综合性实验利用包含大学物理的综合知识的涉及近代物理领域的实验内容对学生的实验技能进行综合训练，帮助学生了解和掌握先进的实验技术，培养学生的综合分析能力。设计性实验是在给定实验目的和实验条件的前提下，学生自己设计实验方案，选择实验器材完成的实验。它将使学生经历一次科学实验全过程的初步训练，提高学生的综合设计能力，激发学生的创新思维。创新实践实验是不设选题，由学生自主进行的科研创新实践，培养学生创新能力和科研能力。这种分层次教学模式将使学生经历一个从基础训练到综合应用、实践创新，从被动接受知识到主动思考、积极探索的过渡，逐阶段提高综合能力。另外，整个课程体系中，综合性、设计性的实验的比例应加大，重视学生综合实验能力和创新能力的培养，在实验的选题上应多增加与前沿的科研领域相关的实验项目，激发学生的学习兴趣及为将来从事相关工作打下基础。

2.2 教材与体系配套，落实层次教学

对不同层次的实验内容，教材应做不同的处理，如对基础实验，可以详细的给出各个环节，例如：实验目的、实验原理、实验步骤、数据表格等。在设计性实验中一般只需明确给出实验的目的和要求，并设置一些具有启发性的问题，引导学生自行查找文献资料、分析实验目的、明确实验任务、进行方案设计，对于稍有难度的实验可以给出参考方案。随着教学的深入，一些实验内容会有变动，需要及时对教材做出相应的修订。

2.3 引入多种教学模式，促进学生能力发展

（1）设立演示实验走廊和开放实验室。通过演示实验提高学生观察分析问题的能力，提高学生的学习兴趣；开放性实验室能够让学生不受时间限制，利用实验室资源，依据自己的兴趣开展实验研究，最大限度的发挥学生的积极性和创造性［1］。

（2）充分利用网络对学生进行预习指导和成绩评定。为帮助学生更好的预习，及时更新网站上的教学课件、视频资料及相关仪器介绍，对一些基础性实验和仪器设备较复杂的实验加入仿真实验，使学生提前了解仪器设备的构造使用及实验过程。另外，在网站上提供一些数据或图片分析软件及其使用方法的案例指导学生进行数据的处理分析。还可以通过网络实现交互式教学，有利于提高课堂实验的效率和教学质量。每个实验结束后，教师应及时在网上登记实验成绩，使学生及时认识到自己的不足，在后面的实验中努力改进。

（3）以创新实践实验项目为基础，开展全校性的科技竞赛活动。要求学生根据已经学习和掌握的物理知识，充分利用各种资源，包括实验室的仪器设备等，自主设计一个具有明显创新性并且切实可行的实验项目（如新的测量方法或新的装置等），并撰写小论文。在全校范围内以一定比例选出部分作品组织答辩，评选出相对优秀的作品并给予证书及奖励，同时鼓励学生将相关论文投稿到正式期刊。创新实践实验作为大学物理实验课程的一部分，使得原本只有少数学生参与的科研活动变为一项全校理工科生参与的活动［8］。由于不设选题，学生可以完全按照自己的兴趣选择和设计实验项目，加上竞赛的激励作用，将充分调动学生在实验中的积极性和主动性、激发学生的创造性思维。

2.4 考核方式多元化，体现不同层次的教学要求

为了全面、客观地评价学生的实验能力，对不同层次的实验采取不同的考核方法，如对基础实验和综合实验成绩采用平时成绩加笔试成绩的考核方式，平时成绩又分为预习成绩、操作成绩和实验报告成绩三部分［9］。课前对学生的预习情况进行考核，可以有效提高学生学习的自主性，减少学生实验的盲目性。实验操作过程是对学生动手能力的一种考查，更是对学生综合能力和综合素质的考查［10］。实验报告是对学生撰写科技论文的一种初步训练，主要考查学生的数据处理及对整个实验的分析和总结。笔试主要考查数据处理方面的知识和学生对所做实验的基本原理、基本操作的掌握情况。对设计性实验成绩可根据学生在实验过程中的表现和提交的小论文来评判，如果时间允许还应组织答辩。其评价内容应包括实验操作能力、实验习惯、实验创新能力、实验数据分析处理能力、语言表达能力、交流协作能力等多方面，充分体现设计性实验培养科学精神的价值。

2.5 提升教师素质，促进教学能力的提高

教师是教学活动中的一个基本要素，教师自身的素质直接影响着教学质量［4］。要提升教学质量，就要提升教师自身的职业素质和教学能力。首先，定期对教师进行培圳，使教师转变思想、重视实验教学，端正教学态度，积极进行教学研究，改进教学方法。其次，开展多种教研活动，鼓励教师在掌握所授课程的同时，关心最新科技动态和科学研究进展，提高自身知识水平，对实验中出现的问题进行深入分析思考，积极改进仪器设备或进行新仪器的研发，提高自身的创新能力，只有不断提高自身的知识水平、创新能力和科学素养，才能提高教学能力，从而更好的引导学生，激发他们的学习兴趣，培养他们的创新思维。