提高大学物理实验教学质量的新举措

谢亮 张进治 铁小匀 安艳伟

摘要：提高大学物理实验教学质量是摆在高校教师面前的一个刻不容缓的问题，本文根据实际的教学经验，主要从授课方式、教学内容、教学手段、考核方式四个方面介绍了本校关于提高大学物理实验教学质量的新举措。得意于这些新举措，本校大学物理实验的实际教学效果显著提高。

关键词：大学物理实验；教学质量；新举措

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）36-0237-02

大学物理实验课是培养理工类大学生科学实验技能的必修课，对基本科学能力的培养有非常重要的作用，学好大学物理实验课是十分必要的。但结合本校大学物理实验课的情况来看，当代大学生对该课程有较片面的错误认识，实验数据、实验报告的抄袭现象非常普遍。为了改变这种状况，根据本学校专业特点以及学生的实际水平，我们采取了一系列的改革举措，效果显著。本文就本校在实际物理实验教学中的一些做法做一个简要的介绍，与教育同行共勉，希望对大学物理实验教学质量的提高有所帮助。

一、授课方式的创新

传统的授课方式普遍采用讲授法，教师演示，学生模仿。该授课方式严重限制了学生的学习兴趣与创新思维，导致学生不思考只做机械的重复；实验过后，不知如何处理数據，如何写实验报告，对物理实验思想与方法的理解更是难上加难。为了改变这种状况，教师应充分调动学生的积极性，让学生可以积极主动的思考与学习，为此我们对授课方式进行了创新。

1.讲述实验的历史渊源。物理实验的历史背景与历史故事可以充分激发学生们的听课兴趣。例如，以“迈克尔逊干涉仪”实验为例。众所周知，迈克尔逊干涉仪在测量技术领域有着广泛的应用，可测量微小的长度、光波波长等。但实际上迈克尔逊在设计该实验时并不是为测量长度，而是为了寻找神秘的“以太”物质。19世纪，科学家逐渐意识到光是一种波，而生活中的波，如声波、水波等大多需要媒介才能传播。在这种思想的影响下，人们认为光波是在“以太”中传播的。1887年，美国物理学家迈克尔逊和莫雷一起设计一个实验，企图测量出两垂直方向上光速的差值。因为如果“以太”真的存在，那么由于地球自转的影响，光在两个相互垂直方向上的速度应该是不一样的。但实验结果显示光在不同方向上及不同惯性系的传播速度没有差别，该实验结果也就否定了“以太”的存在。但是，由于该实验装置可以测量出微小的长度，而且非常精确，于是被人们广泛地应用起来。如果仅依照教材上的内容来讲，学生感觉枯燥没兴趣。但在讲课的同时，把设计实验的历史故事告诉学生，使学生体会物理学家解决问题的思想和方法，可以明显的提高教学质量。

2.突出实验的物理精髓。大学物理实验中的经典类实验是学生最该深入理解的一类实验。譬如“光电效应法测量普朗克常数”实验。当一束频率为ν且大于截止频率的光束照射阴极时，光电子就会逸出，初动能为mv，即有爱因斯坦方程hν=W+mv。为了验证该方程，实验者必须从实验上测得初动能（与电子的速度v微观物理量有关）。微观物理量的测量是很困难的，美国物理学家密立根利用功能关系将初动能转换成截止电压U这一宏观物理量。方程就变为eU=h（ν-ν）。只要验证出截止电压U与入射光频率ν满足线性关系，就可以间接地验证爱因斯坦方程。这一转化的思想，实际上为测量一些微观物理量提供了很好的思路，是值得学生借鉴与学习的。因此，在讲解该实验时必须要突出这一显著的物理思想。学习物理过程中的一些公式，学生可能很快就会忘记，但是物理中的某些方法和思路，是学生应该学习并掌握，以备将来之用的。

3.强调实验的应用特性。大学物理实验中有许多实验与我们的生活密切相关，具有实际的应用价值。比如“磁阻效应”实验。讲解该实验时，以现代的硬盘存储原理作为引子来激发学生的兴趣。学生与电脑天天接触，对此问题都特别感兴趣，听课效果明显变好。传感器作为现代自动化测量与控制的标志，与我们的生活又是密切相关的，对生活中一些传感器的介绍势必引起学生们的兴趣。学生接触最多的就是手机。接听电话时，手机放在耳边屏幕会变黑，是距离传感器的作用；在不同明暗环境下，手机会自动调节亮度，是光线传感器的作用；手机的屏幕可以自由的倒转，是重力传感器的作用。以这些具体的传感器实例能够引导学生思考问题，发现身边生活中的问题，并灵活应用已有的知识和方法解决问题。该方法从实际的教学来看，效果显著。

二、教学内容的维新

现代科学技术迅猛发展，一批新类型的学科随之而来。大学物理实验课应该与现代科学技术的成果相结合，如此才能保持该学科的活力与生命力，才能培养出适应社会发展需要的应用型人才[1]。物理实验课的教学内容必须紧跟时代的潮流，表现出科技时代的特点。

1.开设自主设计性实验。为了激发学生自主学习的兴趣，并培养学生独立思考、创新与科研意识，除了完成基础的实验以外，我们还开设了自主设计性实验。这些设计性实验不要求在短时间内完成，学期结束时提交成果与报告即可。电子元器件的普遍使用是当代科技发展的大势所趋，加之我校的学生大多数为应用型工科专业，对这方面学习显得尤为重要。所以，我们开设了许多基于新兴电子元器件的设计性实验，供学生设计完成。比如，利用光敏传感器设计一款可随周围环境亮度变化的灯泡；利用Pt电阻或者NTC热敏电阻，设计一款人体温度计；利用光纤传感器，设计装置实现对电动机转速的测量；等等。另外，学生也可以根据自己的兴趣，自行设计某种小实验装置，写明实验原理、设计思路及功能等。设计性实验主要培养学生的自主学习能力、自我解决问题的能力等，对于学生思考问题、解决问题的能力培养具有重要的作用。

2.大学生物理实验竞赛成果的利用。北京市每年都会举行大学生物理实验竞赛，我校每年参加并且成绩优异。这些成果中，有对基本物理量的测量装置，有对经典物理实验的改进与创新，也有自行设计的实验装置。为提高学生对物理实验的兴趣，激励学生的求知欲望，我们将物理实验竞赛的作品嫁接到大学物理实验当中，这一措施使得学生对该物理实验的兴趣大大提高。比如，人体温度计的设计实验中，我们会为其提供一个标准的温度计，而该温度计是由学生参加竞赛时的一部分测量模块改装而成；在开设的光敏开关实验中，为测量光照的变化，我们为其提供了可测量光照的装置，该装置也是学生参加竞赛时一个测量模块；测量刚体转动惯量的实验中，我们以转动惯量仪作为我们主要的实验仪器，而且还给学生们提供了一台自制的转动惯量测试装置，该装置是学生参加物理实验竞赛自行设计的。这些实验装置的引入对学生提高学习物理实验的兴趣有很大的帮助，使得学生很积极地对待实验课，教学效果明显。

三、教學手段的更新

目前在校大学生大多在丰富的网络环境中长大的，提高其积极性的一个重要举措就是采用现代教学方式。为迎合学生兴趣，在每个实验室里都配有多媒体教学设施，教师可根据自己的需要灵活选择教学方式。尤其是在讲解一些抽象的实验原理时，多采用多媒体教学的方式，将难以用语言描述的物理过程用PPT课件的方式形象地表示出来。

实验数据处理与分析是培养学生分析能力的重要一环。陈旧的数据处理方式是将数据在坐标纸上描出并作图，费时费力误差大。学者研究发现，将计算机软件应用到实验数据处理中效果显著[2，3]。其中，Origin软件在数据处理方面有着不可比拟的优势，操作简单容易掌握。而且Origin软件是目前科学研究前沿常用软件，可以为学生将来的继续深造打下基础。为使学生意识到作图软件的优点，教师会进行一些简单的实例讲解，如Origin的基本作图方法、线性拟合过程、曲线上某点的斜率计算等。学生对此软件非常感兴趣，学习积极性大大提高，实验教学效果显著。

四、考核方式的出新

物理实验课属于过程教学课，其实验过程往往比实验结果更重要。为了体现对实验过程性的考察，总成绩分为平时考核成绩和期末考核成绩。平时考核成绩所占比例为50%，具体标准为：预习10%，操作40%，实验报告50%。考虑到考核成绩的公正性，要求学生每次实验课前签名，提交检查学生的预习报告，并提问对相关实验是否了解，给出预习成绩。这样可以督促学生自觉地预习，教学效果显著提高。实验操作的成绩，教师需要根据学生的实际操作以及实验完成的情况进行打分。实验报告部分的成绩主要根据学生的课后数据处理情况、作业完成情况等进行打分。期末考核主要是通过操作考试和卷面考试两种方式进行考核，各占50%。

另外，为调动学生积极性，设立加分项。如对某些实验过程提出问题、对实验有改进建议、设计性实验完成出色、参加大学生物理实验竞赛获奖等，教师会根据情况酌情加分。这些环节使得对学生的考察更全面，更突出学生创新能力与实践能力的培养，使我校大学物理实验教学质量得到显著提高。

五、结语

大学物理实验可以培养理工科学生的实验技能与方法，同时可以培养他们的动手能力、创新能力等，是其他课程无法比拟的。提高物理实验课程的教学质量是一个长期的过程，教师应该不断提高自己的教学水平，改进自己的教学方式，使学生能真正喜欢该课程，进而使得该课程的作用发挥到极致。

参考文献：

[1]赵云飞，杨嘉.大学物理实验综合性创新改革初探[J].大学物理实验，2010，（5）.

[2]刘雅彬，夏雪琴.基于Matlab分析数据和传感器控制的金属杆的线膨胀与温度关系的实验研究[J].大学物理实验，2012，25（06）：83-85，106.

[3]冯学超，吴杰，蒋逢春，石开，沈岩.金属导体电阻温度系数实验数据处理方法的比较[J].大学物理实验，2014，27（3）.