大学物理实验教学模式改革

刘 勇，李 海，聂伟涛，叶 黎

（华南农业大学 理学院，广东 广州 510640）

物理学本质上是一门实验科学，实验是物理学的基础.大学物理实验是涵盖几乎所有与自然科学相关的专业的基础课实践教学环节，大学物理实验从力学、热学、光学和电磁学等自然科学的基础理论出发，内容涉及气体、液体、固体，力、光、电场、磁场、热量，温度、气压、转动惯量和电压等自然界中最基础和最常见的现象和参量.通过大学物理实验的学习，可使学生正确认识自然现象和规律，建立科学的世界观，掌握放大法、代替法、对称法和平衡法等科学的实验方法.大学物理实验拓宽了学生的视野，揭示出各种自然现象的物理本质以及各种运动形态的相互联系与相互转化，为以后各学科知识的交叉融合，以及培养复合型和创新型人才打下良好的基础，因此，进行大学物理实验教学模式改革的研究，以提高大学物理实验教学质量十分必要.

1 现状分析

随着国家对教育投入的增加，大多数高等院校在大学物理实验的教学硬件上有了很大的改善，已基本实现了每人一套实验仪器进行实验，为学生独立进行实验能力的培养创造了良好的教学条件.在实验教学内容体系改革方面，打破光、电、热、力和近代物理的传统模式[1]，把物理实验内容改为基本实验、初级设计性实验、设计性实验、综合性实验、研究性实验和近代物理实验，在培养学生动手能力和创新能力上有了一定的提高，然而，在教学模式上，多数的院校还比较传统，基本沿袭学生在课前依据课本预习，老师课堂上在黑板上讲解示范，步骤鲜明，学生按部就班，照葫芦画瓢完成实验的实验模式，这样的实验模式相对比较简单，存在一定的问题：

（1）由于专业不同，部分学生的基础知识欠缺，导致一方面学生在课前依据课本无法学习和修补相应的知识缺陷，实验的兴趣和学习的主动性大受影响；而另一方面教师不得不根据学生的情况，耗费大量宝贵的实验课时进行知识的补充讲解，学生在学时偏紧的情况下边学边做，这样整个实验下来，效果自然大打折扣.

学生基础知识欠缺，很多是由于在中学阶段做物理实验很少，甚至根本没做过任何物理实验，即使做过也由于相关的物理实验比较简单，与大学物理实验严重脱节，在高考指挥棒的引导下，我国中学在物理教学中一味重视卷面分数的高低，严重忽略了学生实际动手操作能力的培养，这些将对他们进入大学后获取知识的能力以及实验兴趣、实验素质都有一定影响，同时给高校的实验教学工作带来种种弊端和阻碍[1].

（2）学生的认知出现问题.由于实验时数较紧，教师不可能在课堂上展开太多有关实验意义及其在相关学科的应用等的介绍，学生容易产生大学物理实验与自己所学专业关系不大的想法，从而消极对待实验，敷衍了事.

（3）大学物理实验在课前预习和课后复习环节存在纸上谈兵的问题.实验前同学们进不了实验室，看不到仪器，对实验仪器没有感性的认识，很多时候看不太懂实验讲义；实验后又无法面对仪器复习和回想，更不用说进行深入的实验研究.

（4）实验学时数偏紧，教师无法进行合理的引导和拓展，学生基本上一门心思赶测数据应付实验报告，作为一门实践性很强的教学课程，没有进行反复操作和探索的余地，是很难达到教学的基本要求.

（5）微机应用、电化教育等多媒体教学手段，以及网络教学等仍未普及，计算机辅助教学（CAI）的教学作用未能得到充分的发挥.

以上这些问题在包括本校在内的大多数高校普遍存在.针对这些问题，部分著名的高校已经把网络教学和虚拟实验引进到大学物理实验教学中来，开始探索大学物理实验教学的新模式[2~6].

2 大学物理实验课程实践教学模式改革的目的和意义

大学物理实验课程实践教学模式改革，其目的主要是要扭转学生被动学习的局面，以及进一步培养学生的创新能力.

学生学习的好坏，主要由智力因素和非智力因素所决定，非智力因素是指虽然不直接参与认识过程，但对认识过程起直接制约作用的心理因素，主要包括动机、兴趣、情感、意志、个性(气质、性格).在学习活动中，人的智力因素要想发挥最大效能，必须有优良的非智力因素积极参与[7].在校的大学生都经过全国的统考，智力水平一般相差不算太大，智力因素很大程度是由遗传决定的，而非智力因素主要由后天培养形成，因此，非智力因素对大学生学习效果的影响更为重要.非智力因素主要表现为主动学习，主动学习是学生创新性学习和终身学习的动力源泉.

在传统的大学物理实验实践教学模式下，大学生在进入实验室做实验前，连将要操作的仪器设备等都缺乏基本的感性认识，教师只是根据教材进行单一书本现成知识的传授，显然，学生很容易会觉得这样的学习并不需要太多的探究，从而产生不需要对自己的学习负责的想法.要改变这种状况，就必须扭转被动学习的局面，建立一个有利于主动学习的学习环境,培养学生的学习兴趣、思考能力和分析与解决问题的能力.

真正的主动学习来源于兴趣，兴趣是学习能力培养的动力.发自内心的兴趣能吸引学生的注意力、思考力和想象力，从而促使学生去观察和思考.大学物理实验教学模式的改革，就是要通过网络辅助教学的方式，大力培养学生对大学物理实验的兴趣，促使学生从被动的学习转为主动学习.

创新精神是一个国家和民族发展的不竭动力，也是一个现代人应该具备的素质，高校的一个重要任务就是培养创新型的人才.“问题”——是大学生科学探究能力和创新能力培养的载体，大学物理实验实践教学模式的改革，就是要让学生通过网络辅助教学，从各种物理参量测量的奇思妙想中得到启发，积极参与大学生物理实验设计大赛，培养其提出问题、发现问题和解决问题的能力，从而达到创新能力培养的目的.

3 基于网络辅助教学的大学物理实验课程实践教学模式改革

随着教学研究的发展和教学技术的进步，国内大学物理实验教学呈现以下的发展趋势[1]：

3.1 教学目标的素质化

通过观察、思考和操作，使学生正确认识自然现象和规律，建立科学的世界观和掌握各种科学的实验方法.通过实验的设计和实验报告的规范，对学生进行严谨规范的科学探索训练，提高其创新能力；

3.2 教学内容的综合化和前沿化

目前，大学物理实验多从属于理论教学，为理论教学服务，教学内容受到局限.为了激发学生兴趣和学习热情，促进学生学科知识融合、促进学生创新能力提高，教学内容应更有趣，更具有综合性和探索性，物理实验的背景，物理实验仪器的构造及原理，物理现象及实验的思考，以及物理实验在各学科的前沿化应用等都能激发学生主动学习的热情.

3.3 教学手段的现代化

教学目标的素质化、教学内容的综合化和前沿化，自然会促使教学手段的现代化.随着计算机的普及，公众互联网，尤其是教育网的建立，为学生利用网络学习提供了良好的条件.采用集语音、图片和影像于一体的电子课件在因特网上进行辅助教学，可打破了时间和空间的局限，让学生在一个较为宽松的情况下形成远程交互式教学.网络辅助教学可以激发学生的求知欲和兴趣，以及增强主动进行学习和探索的动力.

基于网络辅助教学的大学物理实验课程实践教学模式改革，顺应了教学目标素质化，教学内容综合化和前沿化，以及教学手段现代化的要求，具体采取以下措施对现有大学物理实验实践教学模式进行改革：

（1）通过应用集语音、图片、影像于一体的电子课件在网络上进行辅助教学，打破了学生进行大学物理实验学习的时间和空间的局限，物理实验的背景、原理与拓展，以及仪器的构造、操作要点和使用注意事项等的介绍，可在实验的预习准备阶段给学生一个感性的认识，增加其对实验原理与操作的理解及自主学习的时间比例，提高实验效率，为学生进一步提出创新的构想打下基础；

（2）通过网络课件，对一些相关的基础知识，例如：物理实验的发展沿革、实验仪器设备的设计过程及其相关科学发现、各种实验分析方法及其应用进行介绍，超越课本的知识内容，夯实学生的知识基础；

（3）兴趣是学习最好的老师，提高学生的学习兴趣是改革的一个重点.通过对最新的科学研究方法、研究技术进行介绍，以及与其他学科相关的物理实验的演示，促使学生进行学科知识的交汇融合，增加其对物理原理的理解以及提高做物理实验的兴趣，增强其自主进行科学探索的动力；

（4）网络辅助教学系统与开放实验室预约相结合，引导学生在熟悉相关仪器及实验原理的基础上，提出与本学科相关的创新性物理实验；

（5）结合每年的广东省大学生物理实验设计大赛，开辟论坛进行实验原理的讨论和参赛作品的展示.广泛发动学生参赛，激发学生积极参与物理实验科技创新活动的热情.

4 教学改革的效果与总结

大学物理实验网络辅助教学在部分班级推行，收到较好的效果.学生学习的兴趣、学习的主动性和实验效率均普遍提高，实验完成时间有所缩短，实验失误和仪器设备损坏的现象大大减少，主动学习和探索的能力有所增强，报名参加省大学生物理实验设计大赛的人数不断增加，在2013年的广东省大学生物理实验设计大赛中，华南农业大学参赛学生共获得一等奖2项，二等奖4项和三等奖2项，成绩在全省各高等院校中名列前茅.大学物理实验实践教学模式的改革，对进一步提高学生的主动学习兴趣、探索能力、创新能力和综合素质有十分重要的意义.

〔1〕侯秀芳.大学物理实验预习与复习系统的研究[D].合肥工业大学,2007.

〔2〕吴芳.大学物理实验网络教学支撑平台设计及关键技术研究[D].重庆大学,2004.

〔3〕刘平安,丁菲,田文得，等.大学物理实验网络教学平台的建构与应用[J].大学物理实验，2005(04):79-81.

〔4〕韩彩芹.工科大学物理实验开放性教学的探索与实践[D].南京师范大学,2006.

〔5〕殷洁,杨茂田,葛智勇.实现大学物理实验课程网络教学的探究[J].中国远程教育，2002(04):47-49.

〔6〕盖磊.大学物理实验教学网站的建设研究[D].中国海洋大学,2009.

〔7〕刘红委,牛殿庆.21世纪大学生心理健康与成才教育[M].北京:中国商业出版社,2004.