大学物理实验教学之探讨

2014-08-15韩金钟杨炳方李韶峰周思华

周口师范学院学报 2014年5期

韩金钟，杨炳方，李韶峰，周思华

（1.周口师范学院物理与机电工程学院，河南周口466001；2.河南师范大学物理与电子工程学院，河南新乡453007）

大学物理实验是高等学校理工科专业教学中的重要组成部分，是实现素质教育和创新人才培养目标的重要环节［1].但是，当前在大学物理实验课程教学中对人才培养所起的作用还不够充分，通常都把该课程作为对学生基本训练的基础课程.仅要求学生掌握实验的初步知识、技能和方法，接受基本的训练，而忽略了课程本身在学生能力培养和素质方面的提高所起的作用［2].面对大学物理实验教学的现状，在目前有限的资源配置下，就如何改进实验教学方法，提高学生的学习兴趣，提高大学物理实验课程教学质量，笔者在教学过程中进行了有益的探索和实践.

1 大学物理实验的地位和作用

1.1 有助于学生有效掌握大学物理理论知识

大学物理实验课与理论课既相互独立，又密切联系，二者相辅相成才能培养出高素质、创新型人才.通过大学物理实验可以使学生获得丰富的感性认识，加深学生对大学物理理论课中的相关概念、定理和定律的理解和记忆.借助物理实验可以形象、具体、直观地说明问题，以最有效的方式巩固理论课中的相关知识.

1.2 有助于训练学生的多种能力

大学物理实验可以培养学生的观察能力、实验能力、动手操作能力等，有利于学生综合素质的培养［3].每个大学物理实验都涉及学生动手操作，观察和分析物理现象，归纳现象特征以及用简洁的语言表达自己的想法等，通过实验很自然地培养了学生多种能力.

1.3 有助于培养学生的科学素养

1998年6 月，李政道在上海举行的纪念他大学老师叶企孙先生一百周年诞辰大会上说，叶老师一次意外的教导使他终生难忘.在他念大学时，叶老师在一次课间见到他在自学一本难度较大的规定课程之外的参考书，看出他有较高的理论天赋，就对他说：你平时可免听我的讲课，只需自学和参加期末考试就行，这样学习效率会更高.但是实验课绝不能免，必须认真做.并告诉他一定要重视实验，若实验不好，理论无论学得多么好，也不能给高分.因为理论与实验的关系是科学思维方法的关键，含糊不得，科学态度、科学精神、科学思维方法与作风是素质中最重要的［4].大学物理实验课是在培养学生的科学素养上有着不可替代的作用，通过大学物理实验课程的开设学生可以接触到很多仪器设备，其中会有很多的课程内容被涉及，使学生的科学素质得到很好的培养［5].

1.4 有助于提高学生的学习兴趣

生物学家达尔文在自传中说：“就我在学校时期的性格来说，其中对我后来发生影响的，就是我有强烈而多样的兴趣，沉溺于自己感兴趣的东西，深入了解任何复杂的问题和事物.”其实许多科学家、发明家取得伟大成就的原因之一，就是具有浓厚的认知兴趣或强烈的求知欲.当学生对大学物理实验课产生兴趣时，他就会积极主动而且满怀兴趣的状态下进行实验探究.如果能够在做物理实验过程中获得兴趣，体验成功，那么他就会在学习时信心大增.

2 目前大学物理实验教学中存在的突出问题

2.1 学生基础问题

近年来，随着高等教育大众化进程到来，很多高校不得不降低门槛招收学生，生源质量有所下降.经过对新生的调查，发现在高中阶段很多学校只注重学生的升学率，并不注重学生动手能力的培养.一些学校缺少实验设备，一些有实验设备的学校并没有开设实验课，实验部分大多由任课老师带领着学生纸上谈兵.结果，造成大部分学生的物理实验基础十分薄弱，甚至是一片空白.

2.2 教学方法问题

对于大学物理实验课教学来说，教学方法是否得当是提高教学质量的关键所在.特别是那些数学底子比较薄弱，物理基础较差的学生，在对实验数据进行理论分析时比较困难.如果不重视教学方法的改革，随着时间的推移，这些学生就会对实验失去信心，不能够按要求完成学习任务.

2.3 思想认识问题

随着教学改革的深入，各大院校都把课程体系改革作为教育改革的一项重要内容.根据高等教育对人才培养的要求，进行大幅度课程整合，完善实践教学体系.然而，由于思想认识上的问题，不少院校改革时把基础课的课时大幅度压缩，特别是大学物理和大学物理实验，甚至将这些课程由过去的考试课改为考查课.这使得原本就面临学生基础差、动手能力弱的大学物理实验课更是雪上加霜.

3 探索与实践

3.1 激发兴趣，唤起学生的学习热情和动机

兴趣是最好的老师，有兴趣的学生才会变成学习的主动者.根据学生实际和课程特点，在激发学生的实验兴趣方面，进行一些积极的探索，积累了一定的实践经验.

（1）加强现代物理知识的宣传.物理实验室的老师分别根据自己的实际情况，分类收集物理学在当今科技前沿中的应用，每学期以讲座的形式开展一次物理学专题讲座，每位老师讲解三十分钟.让学生了解物理学的新发展和新技术，让学生感受到大多数新科技来源于实验成果.这不仅激发学生的学习动力和兴趣，而且增强了他们对物理探索的愿望.

（2）加大实验室开放力度.通过开放演示实验室，让学生亲自操作实验仪器，使他们直观地观察到生活中常见的物理现象.如：飞机是如何起飞的、雷电产生时的现象、发电机是如何发电的等.通过开放普通实验室，为培养学生的实践能力、动手能力、创新能力提供场所.让学生自主的进行所设想的小发明、小制作以及小论文等创新性实验活动.这不仅使实验室充满了活力，而且更好地激发了学生的学习兴趣.

（3）运用多媒体仿真技术.要求学生预习后，到仿真实验室（装有大学物理仿真实验2010版软件）在计算机上进行仿真操作.这种方式使实验在教学内容和空间上得到了延伸，营造了多样化的教学环境，使学生可以更自由、更自主地学习，拓宽了视野.不仅能够起到预习了解的作用，还充分调动了学生的实验兴趣.

3.2 因材施教，使每个学生的潜能均得到有效的发挥

目前大学物理实验教学大纲中主要是验证性实验，这些实验通常比较简单，对于那些学有余力的学生而言，有吃不饱的感觉.为了让这部分学生吃得饱，一般学生吃得好，实际教学中采用因材施教的方式.开放实验室，积极开展教师指导学生创新实验和学生自主实验.

（1）教师指导学生创新实验.为了培养学有余力学生的实践能力，由老师根据自己的研究方向进行命题，学生在老师的指导下完成该题目的设计、实验数据测量和实验的分析总结.开放实验室项目大多与老师的研究课题有关，这样就会使学生参与到老师的科研活动中来，有利于其科研素质的培养，为以后的科学研究奠定基础.采取不同于常规实验的方式进行实验，学生可以多人一组，进行内部分工，负责不同的环节，可以有效锻炼他们的团队协作能力.在时间上，可以采取更灵活的课外时间到实验室工作.在整个实践过程中老师要做好指导工作，经常参加学生的讨论会，引导他们进行实验的设计、论证、实验测量和分析.指导老师在这个过程中一定要给自己定好位，过多的指导会使创新实验流于形式，指导少了易使学生的积极性受挫.

（2）学生自主实验.学生自主实验一般不是教学目标中规定的实验，而是学生根据自己的主观兴趣，自主设计实验题目，并根据实验具体内容准备相关的实验仪器和材料，独立或合作完成的实验.学生的自主实验的题目来源主要有以下三个方面：①演示实验.在课堂上老师演示的实验没有观察清楚，或者对该实验有一些自己的想法，到实验室进行亲自操作.②分组实验.在分组实验课上没有完成或者想进行拓展的实验.③自己设计实验.结合日常生活实际，引发思考，独立设计的小发明、小制作等.前两个方面虽然是教材中实验的继续，但绝不是简单的重复，而是带着问题开始实验，其目的性很强.自己设计的实验更能培养优异学生的创新能力和挖掘其潜能.在具体的操作过程中，一般是由学生自己提出实验课题，设计实验方案，提交自主实验申请表，然后由老师进行审批，同时对实验方案进行修改和完善，最后由学生按照约定的时间进行实验.

3.3 分层教学，提高大学物理实验课教学质量

以物理实验的基本原理、基本方法、基本仪器和基本技能以及对实验数据的综合处理能力训练为主线，以培养学生的创新精神和科学素质为宗旨，将所开设的实验分为三个层次：前导性实验、基础性实验以及综合设计性实验.从而建立以学生为主体，教师为主导，分层次、模块化，从简单到综合、从基础到前沿、从注重传授知识到注重能力培养、循序渐进、逐级提高的三级物理实验课程新体系.

（1）前导性实验.前导性实验主要包括基本实验仪器使用和测量实验，其目标是着重培养学生的观察能力、良好的实验习惯和严谨的工作作风.在前导性实验中开设“长度的测量”“质量测量”“电流电压测量”等基本实验项目.该层次充分考虑学生的基础差异，为全体学生构建实验学习的平台.尤其照顾实验基础薄弱的学生，帮助学生解决实验中的问题，并对实验报告的书写进行指导，通过这一环节可以缩小学生的基础差异.

（2）基础性实验.基础性实验以演示性、验证性、基础操作性实验为主，其目标是着重对学生进行规范的操作训练，熟悉常用的实验数据处理方法.在基础性实验中开设“刚体转动惯量的测量”“静电场描绘”“示波器的调节与使用”等实验.该层次担负着培养学生坚实和宽厚实验基础的任务，是大学生掌握物理实验的基本方法和技能的基础课，数据记录和处理力求规范，学生能初步分析误差来源，正确表示实验结果.

（3）综合设计性实验.综合设计性实验是指方法复杂、原理涉及多领域的实验，该环节很好地体现了各学科实验的交叉性.其目标是培养学生的综合实验能力、实验设计能力和创新思维能力.该层次中设计了“拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量”“偏振现象的观察和分析”“迈克尔逊干涉仪的使用”等实验.组织学生对实验方案进行深入探讨，并完成科技创新小论文，为进一步参加科研活动奠定基础.