应用型本科院校大学物理实验模块化教学初探

2014-07-12付翔

滁州学院学报 2014年2期

付翔

党的十八大把建设创新型国家作为“十二五”时期的主要任务之一。创新型国家的建设离不开高等教育强有力的支撑。高等教育不仅向学生传授基础知识和技能，更重要的是培养学生综合运用理论，解决实际问题的能力及创新能力。实验教学对创新能力的培养有独特作用，国内外名牌高校皆是以先进的实验室及实验成果而闻名。

作为高等教育的主要生力军，占全国高校近一半的应用型本科院校，无疑在创新型人才培养方面担当十分重要的角色。与研究型、教学研究型大学相比，大多数应用型本科院校存在办学历史短、师资队伍结构不尽合理、实验条件相对欠缺、科研经费相对不足等问题，这些因素决定其在创新型人才培养方面必须走自己的特色之路。大学物理实验是理工科一门专业基础课，在学生培养逻辑思维设计和创新过程中具有不可或缺的作用，是大学生从理论转向实践的重要环节。

1 我校大学物理实验目前面临的问题

目前，大部分高校在教学内容上采取分层次教学法，即基础性实验－综合性实验－设计性实验。这种教学方法的优点是能够使得教学内容结构清晰，将培养方案中基础和重点内容基本囊括。但随着我校专业设置不断细化，并向应用化方向发展，这样的教学法在实际应用中开始显露不足。最显而易见的是，没有针对不同专业需求在内容上做很好的区分（见表1）。

表1 滁州学院现行部分专业大学物理实验教学内容

通过对比我们发现，两个大类开设的项目看似有些内容不同，其实只注重了基础性，实际与相应专业相关性不强，综合设计性实验占比率低。而且大纲死板的规定了应学项目，学生没有自主选择权。各个知识点之间关联度不高，不利于刚刚脱离高中教学阶段的学生学习。

应用型本科高校学生，高中物理基础相对薄弱，大学物理实验的设置不能一味追随重点院校的“多、新、创”，而是要结合本校学生特点，因材施教。目前，大学物理理论和物理实验课是在大一下学期同时开课，由于此阶段大学物理理论知识和高等数学等相关课程都没学完，对于新生来说，容易因无法理解实验原理而失去学习兴趣和信心。同时，对于原来知识点各自独立的固化实验，学生也无法将其系统联系起来，更不能与所学专业相关联。这样，往往会让学生不明白学习物理实验有何用处，认为这门课程是多余的负担，进而导致学习主动性更差。另外，传统的实验教学过程基本是教师主导，不仅详细讲解实验原理、方法、步骤、数据记录、数据处理等，甚至还把实验从头到尾示范一遍。这样的模式，使学生在实验过程中只能机械学习和模拟，甚至部分学生实验做完了还不明白仪器的基本原理。

滁州学院的定位是培养高级应用型人才，特别注重培养学生实践能力和创新能力。而目前的模式对于学校的物理实验教学，达不到预期效果，难以培养学生的创新能力和创造精神。

2 大学物理实验教学的模块化改进

2.1 制定模块化教学方针

大学物理实验教学的改革，需要制定有针对性的“模块化”教学方针。首先要注重学生专业的偏向性，科学、合理地选择教学内容，在学生掌握基础性实验之后，培养一定的实践综合和创新思维能力。平衡各个院系的实验项目数和内容，避免出现多寡不均和专业重点不突出，要能很好保证不同专业学生学到真正需要的内容。

根据模块化培养方案的思想，首先需要确保学生具备基础性实验能力，建立起第一个模块－基础模块。包括测量处理、常规仪器的测量、实验数据的记录和分析等知识，让学生拥有实验操作仪器的最基本的能力，学会正确处理实验数据，并通过实验验证物理基本理论的正确性。第二模块－专业模块，是针对专业设置的，内含综合性和设计性实验。通过给予学生一定方向上的指引，让其可以自行选择小系列的模块。模块内层层递进的三个相关实验，锻炼学生能够灵活使用仪器来达到实验目的，并最终可以为了实现自己的想法而设计实验。第三个模块——创新模块，这是在完成基础模块和专业模块后，为一些学有余力的学生专门提供的平台。开放实验室供有兴趣的学生预约选择，另一些因现有条件受限的实验可用模型演示或做成演示放在教学资源平台上，以供学习和演练。每个实验模块点击进去后都有明确的实验内容、实验要求、实验目的等阐述，学生可根据情况参考选择（大体框架见图1）

图1 大学物理实验模块的大体框架

2.2 各个模块的具体内容

（1）基础性内容作为基础实验模块，是大学物理的必修课程。设置包含实验相关的数据处理和误差分析，如最小二乘法、实验不确定度计算、有效数字位数等。实验项目有长度测量，单摆实验，固体比热容，牛顿第二定律验证，金属线胀系数，杨氏模量的测定，静电场描绘，牛顿环测光波波长等。

（2）专业相关选修模块，是通过规定一定的项目数，由学生自行根据专业需求选择“小套餐”。如一位电子专业的学生选择了一个小套餐（图2），而通信专业的学生则选择了另一个与专业相关的套餐（图3）。

图2 电子专业学生的一个选修模块

图3 通信专业学生的一个选修模块

此部分要求学生在能综合所学物理知识和熟练操作仪器后，进一步学会实验设计的基本技巧，提高实验操作能力，能在只给出实验项目的任务和要求下，可以自行拟定实验方案，选择配套仪器，并给出实验测量方法和步骤，教师审核后完成整个实验步骤和计算分析；第三步达到可以独立研究和做出有实用价值的小课题或者物品。

结合上面例子的图1，即是学生先学会基本的电学仪器和测量方法，再进一步自行运用仪器设计电路方法，最后应用不同仪器用具，综合设计组装出平时常用的简易收音机。对于图2，首先也是利用基本实验设备观察光的干涉情况，如牛顿环利用有光程差的钠光灯形成了明暗相间的干涉条纹等实验；第二步则对相干性非常强的激光做了光路仪器设计和研究；最后完成全息照相这一应用广泛效果良好的实验。最终深刻认知物光和参考光在全息底片上相互干涉，构成了一幅非常复杂而又精细的干涉条纹图。这些干涉条纹以其反差和位置的变化，记录了物光的振幅和相位的信息。这样的全息图以光学编码的形式记录下物光的全部信息，携带便利，信息复原完整。

（3）创新模块则是以实验项目改造为切入点，在综合设计型实验的能力之上对项目的创新，以及面向专业开设结合学生毕业论文对实验的深入研究。部分物理演示实验项目面向全校学生开放，并设计制作演示仪器以配合开设的全校通选课程《物理学史》和《现代生活与物理》等，使实验教学理论结合实际，充分发掘学生的潜在能力。同时增强网络校园资源共享，在《大学物理精品资源共享》平台上搭建了对应的网上模拟实验项目，将一些现代科技融入物理实验，模拟实际操作，并用软件拟合数据得出结论。

3 大学物理实验模块化教学的配套措施

对于模块化教学模式，为方便统筹和协调，可实行互联网信息管理，实时方便学生选择和进行实验的预约和学习。学生可以结合自身需求，按照每个大小模块上的详细介绍来选定实验时间和顺序。并从新学期的开始起，开始预选实验。基础模块实验的时间是确定的，其他模块两周最多预选2个实验，学生需核对实验名称、教室、日期和时段等信息并确认。上课时携带学生证或一卡通等证件，否则教师有权阻止其进入实验室。上完实验课后需在一周内将实验报告投至指定邮箱，并对授课教师做出百分之的评价分数。

对于上实验的教师，一个人只负责一两项实验项目，这样既熟知了实验内容，可以更好的教学，又方便积累教学时遇到的问题加以改进。同时实行定时轮换，使所有相关老师都可以熟练掌握全部实验，也更利于理论联系实验教学。

引入鼓励引导机制。给态度积极并学有成就的学生以一定的奖励，对于完成第第三模块情况优秀的学生，除了高分认证外，可以组织参加科技创新活动和竞赛，扩大视野，激发热情。