大学物理实验教学的思考与建议

2014-04-10陈中钧俞眉孙

实验技术与管理 2014年4期

陈中钧，俞眉孙

（电子科技大学物理电子学院，四川成都 610054）

国家关于全面推进素质教育的决定，对高等教育的改革与发展提出了新的要求：“抓紧建立更新教学内容机制，加强课程的综合性和实践性，重视实验教学，培养学生的实际操作能力”［1－5］。大学物理实验是一门实践性和应用性很强的课程，是理工科学生进入大学后受到系统实验方法和实验技能训练的开端［6］。通过大学物理实验课程的系统学习，不仅能帮助学生正确理解物理概念和规律，而且在培养和提高学生动手能力、观察能力、创新思维能力、理论联系实际能力以及分析问题和解决问题的能力，特别是与科学技术的发展相适应的综合能力等方面，该课程具有其他理论课程所无法比拟的优势。

1 从实验教学方法上下工夫，提高学生实验的主动性

1.1 抓住课堂讲授的“黄金30分钟”

传统教学方式往往是教师详细地讲解实验原理、方法、步骤、仪器使用、数据记录、数据处理等［7］，甚至有的教师还会在学生做实验之前把实验从头到尾地演示一遍，这样学生操作就是被动地按照教师演示的步骤机械地重复实验操作，就能成功地获得实验数据，完成实验任务。部分学生完全是应付了事，实验做完以后根本不知道自己做了什么，连实验仪器名称都是模模糊糊的，回去以后根本不知道如何做数据处理，就更谈不上提高动手能力和创新能力了。为了改变现存的不良状况，应该抓住课堂讲授的“黄金30分钟”，生动有趣并且有理论深度地讲解实验。

教师应该在课前认真备课，从学生对知识的渴求需要出发，做充分的资料查阅，以便自己的课堂讲授能吸引住学生，能让学生对此产生兴趣。教学过程始终以学生为中心，改变传统的教学模式，最大限度地调动学生自主学习的积极性，提高学生的实验技能，训练学生的创新思维方法及综合运用知识的能力，同时还能有效地提高和培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。比如，大学物理实验中会涉及到一些验证经典物理理论的验证性实验，这类实验相对于新技术和新方法运用类型的实验内容更容易使学生感到枯燥无味。物理学本身就是一门实验科学，无论是物理概念的产生还是物理规律的发现都是建立在严格的科学实验基础上的，同时，建立起来的理论正确与否也必须通过实验来验证。任何一个物理实验的出现都存在一定的历史背景，教师应该恰当引入物理史事或者该物理实验的历史渊源来吸引学生的注意，激发学生的求知欲望，然后适当提出需要解决的问题，巧妙地引入该实验内容的教学，使学生能够认识、体会到物理思想的精髓所在。以“迈克耳孙干涉仪的调整和使用”实验为例，如果单纯地按照传统的教材上的内容来讲，学生会感觉索然无味，课堂氛围会比较死板，如果换一种讲授思路，引入迈克耳孙干涉仪设计产生的背景资料，让学生知道在什么样的背景条件下，促使科学家去设计完成这样一个实验项目，使学生能够体验、理解大师的思路和解决问题的方法，就会使教学效果峰回路转，既抓住了学生渴求知识的好奇心理，又激发了学生浓厚的学习兴趣，同时又能让学生在该实验的学习中懂得许多道理，比如新仪器设计的思路，如何解决设计中出现的问题，如何解决实验结果与理论相悖的困难等。“学史使人明鉴”，寻找物理学历史名家的重要思维过程，对学生科学创新思维及创新能力的培养有着非常重要的作用。

大学物理实验20多个基本实验，是经过多年精心挑选留下来的，每个实验都有其存在的价值，这些实验大致可以分2类：经典类和应用类。经典类实验一般在物理发展史中占有一定的地位或者获得过诺贝尔奖，譬如密立根油滴实验、迈克耳孙干涉实验等。对经典类的实验最重要一点就是要学生了解其思想内涵和设计思路，而实验操作处理则是为了加深理解。应用类实验就是物理原理的典型应用，或者说具有非常现实应用价值的实验，譬如现在热门的传感器应用实验，对应的实验有霍尔效应测磁场实验、压力传感器实验等。对应用型实验则重点讲述其应用价值，让学生充分了解本实验的内容在实际中的意义、特点及掌握其使用方法，在对其原理和操作的掌握和熟悉上下工夫。

总之，根据实验课题类型的不同，教师应该采用灵活多变的教学方法，以免使学生产生精神疲劳。这就需要教师自身积极地学习，不断充实自己，使自己具有丰富的知识面和很强的科学实践能力，能将枯燥的知识联系实际，形象化、有趣化、实用化。

1.2 巧妙地进行实验动手引导，步步设疑

教师在课堂上讲授内容不要一味求全，面面俱到，可以只讲实验原理、要求和注意事项，以免学生不会正确使用仪器而导致仪器故障等。为了能真正地培养学生的实际动手能力，以及分析问题、解决问题的能力，教师应该把更多的时间留给学生，把操作过程的主动权交还到学生手里，发挥学生的主体能动性［8－9］。就具体教学而言，就是尽可能使学生参与到学习活动中来，在教师引导下，大胆想象，积极思维，主动探索，在学习中发掘自己内在的潜力，不断提高创造力。教师注意进行启发性指导，观察课堂学生操作情况。在遵守仪器操作规则的前提下，鼓励学生大胆调试实验仪器，边操作边思考，在不断失败的过程中体会成功的喜悦。这样做既锻炼了学生的挫折承受力，也能使学生的动手能力得到提高和升华。但是这一过程中如果缺乏理论的指导，仅靠碰运气瞎蒙，也不能达到培养学生运用理论知识分析和解决问题的能力。因此对大多数学生都遇到的问题，教师就需要提出来，大家共同探讨。

在进行指导时，注意对学生进行物理思想、物理方法的引导，而不是简单地解决学生当前的困难，要让学生知其所以然，引导学生善于发现问题、解决问题，理论联系实际，灵活应用已有知识和方法［8］。比如，在“牛顿环测透镜的曲率半径”实验的指导过程中，发现很多学生都不容易调出清晰的干涉条纹：牛顿环，虽然个别学生可以调出来，但是操作非常盲目，因此在这些问题出现的时候，教师就需要逐步引导学生进行多方面的思考，各个突破。通过一步一步的设疑，逐步找到问题所在，让学生明明白白地学会多方位思考问题，潜移默化地培养学生分析问题和解决问题的能力，加强对实验课程的兴趣。

2 改变传统的实验报告书写形式，鼓励创新

在大学物理实验课的教学环节中，书写正规的实验报告也是实验教学过程中的重要一环。实验报告要求学生把所做实验的相关资料、心得体会，以及对本实验过程的方法、手段或者改进意见加工整理，撰写成汇报性的书面材料。通过实验报告，教师可以了解学生掌握知识的状况和收获等，当然也是进行实验成绩评定的重要依据之一。实验报告的写作训练可以慢慢提高学生的科技论文写作水平［9］。

传统的实验报告书写格式相对固定，比如要求学生依次写出实验名称、实验目的、实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据及处理、误差分析与讨论以及对实验的建议、体会等［10］。格式化的实验报告带来了许多弊端［11－12］，很难体现出学生实验的个性，基本上是大同小异的，从中很难看出学生对待实验的态度以及是否下工夫去仔细思考、总结本次实验，更难见到有特色、有创新、有一定水平的实验报告。另外，学生实验报告的内容基本上从教材中来，照抄或是大量摘抄是相当普遍的现象，这也在无形中助长了学生的依赖性和懒惰性，养成一种应付了事、不重视实验课的不良学风。面对基本雷同的实验报告，教师很难给出公平合理的成绩评定，特别是对抄袭的实验报告或是摘抄的实验报告难以区别真伪，导致部分没有完成实验教学要求的学生实验报告容易完成并通过，这也是造成学生普遍不能积极对待实验课的原因之一。

可以借鉴国外实验报告撰写经验，结合我们自己的特色，采用形式多样化的实验报告形式，既能发挥学生学习的主动性，又能让教师更好地把握学生的学习动态和过程。

2.1 采用科技小论文的形式，培养科研写作能力

提倡学生将所做的实验当作自己的一项科研活动，用科学实验的观点，经过自己的大量调研和实验，按照科技小论文的写作格式和写作方法来完成对实验报告的书写。这种灵活多变的方式，可以改变传统单一的写作模式，使学生的实验报告更具个性和特色。要达到这点，就需要学生借助网络或者图书馆等途径大量查阅相关实验的科技文献和学术刊物，而不再仅仅依赖实验教材，这既锻炼了学生查阅文献获取有用信息的能力，拓宽了知识面，也培养了他们撰写科技小论文的能力，有利于增加学生对物理实验的兴趣、积极性和创造性。同时，这种简单扼要的科技小论文没有固定的格式或模式，形式灵活多样，抄袭易被识破，不仅限制了学生抄教材，而且使互相抄袭十分困难，因此锻炼和提高了学生独立思考、独立写作的能力。

2.2 减少实验报告撰写数量，分层次对待不同实验

大学物理实验课程一般在大学二年级开出。进入大学二年级，学生有大量其他课程，时间也比较紧张。为了提高实验报告质量，可以根据不同实验的要求和重点，区别对待，没有必要千篇一律都要写正规实验报告，并适当减少正规报告的数量。比如，有的实验只需要在实验后完成一个简单的报告，甚至可以让学生直接在课堂上当场完成。学生做完实验后把实验报告交给教师并接受简单提问，教师根据情况给出适当的成绩评价。有的实验可以要求学生在完成实验1～2周后交上一份详细实验报告，按照科技小论文的要求来写。每个学生可以根据自己的实际情况选择合适的实验课题，一个学期至少保证完成2篇。

区别对待，给学生灵活性，让他们自己选择感兴趣的实验课题，主动去查阅资料、拓展知识，写成详细的实验报告。这种灵活的方式既可以为学生节约很多宝贵时间，也可以更好地发挥学生学习的主动性和积极性，使学生在创新和独立思考能力方面得到充分锻炼，学生对自己感兴趣的内容也会有更大的收获，同时也无形中提高了学生对大学物理实验学习的兴趣。