地方工科院校大学物理设计性实验教学研究与实践

周在进 李志坤

摘要：工科院校大学物理实验在实验与实践教学中占有重要的地位，为了更好地提高大学物理实验的教学效果，结合学生的实际情况，对大学物理实验的教学内容和模式进行了改革研究，增加设计性实验的比例并进行实践，提高了学生实验的积极性和主动性。

关键词：大学物理实验；教学改革；设计性实验

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）50-0254-02

一、背景与现状

理工科学生在大学期间进行实验课训练和实践性教学是培养大学生能力和素质的重要手段之一，而基础课程实验在实践教学中占有相当重要的地位。大学物理实验是工科院校一门重要的基础性必修课程，是理工科学生进入高校以后首次接触到的一门系统训练的实验课程，也是后续专业实验课的基础课程，该实验课程通过一定量的物理实验训练使学生能够掌握基础实验理论知识和提高实验基本技能，帮助学生正确理解物理概念和规律，达到培养学生动手能力、观察能力、理论联系实际能力和激发学生的创新能力的目的，因此在培养理工科相结合的技术人才教学中占有相当重要的地位

然而，在物理实验教学过程中，不少学校反映物理实验教学没有达到满意的教学效果，主要表现在学生的实验态度不够积极，做完实验之后对实验的印象不深，掌握的实验基本知识不扎实，没有具备较高的实验基本技能，动手能力提高的幅度也不是很大等等。原因是多方面的，其主要原因之一我们认为仍然没有找到真正的相对合适的教学方法和教学手段，由于物理实验的特点和地方高校学生基础差的实际情况，多数地方高校目前物理实验教学方法仍然是在教师充分讲解和仔细演示的基础上让学生完成实验，学生只要简单地机械模仿或照搬，就可以顺利完成每一个实验，造成学生的一种懒惰心理和状态，实验过程中没有给学生带来压力和动力。

为了更好地提高学生学习大学物理实验的积极性和主动性，改变学生对大学物理实验的学习态度，结合我校实际情况，以实验示范中心建设为契机，对我校大学物理实验的教学方法和教学手段进行了改革，寻找适合我校学生特点的实验教学方法和教学模式，全面推进以培养创新精神、创新能力和实践能力为基础的素质教育，进一步推进我校的大学物理实验教学水平。

本文主要以我校大学物理实验教学中实施设计性实验教学改革方面的一些做法进行简单探讨。

二、设计性实验教学改革

在我校物理实验示范中心建设的过程中，为了提高大学物理实验的教学效果，增加学生学习的压力、转变他们的实验态度、提高他们学习的兴趣和动力，我们通过调查研究、收集资料、分析各种情况之后，一致认为在大学物理实验教学改革中应该增加设计性实验教学，使学生认识到基础实验是设计性实验的基础，设计性实验的开设能促使学生重视基础性实验，从而使大学物理实验教学处于良性循环中。

所谓设计性实验教学是相对于传统意义上的一般实验教学模式而言的。

一般实验教学方法主要是采用教师讲解、演示、学生机械式模仿而完成实验的一种教学方式。而设计性实验教学是在完成一定数量的基础实验而具备了一些实验基本技能之后，由实验室提出的一种带有综合应用性或一定设计性任务的要求、由学生自行完成的新型实验教学模式。主要的过程一般为选择合适的设计性实验题目、调查或查询资料设计和制定实验方案、与指导教师交流答疑、实验室搭建平台进行实验、综合分析讨论、撰写实验报告、教师评价和学生反馈等。

1.实验教学基本状况。我校大学物理实验课时主要为48學时，按照每个实验3学时计算，除去首次的实验误差理论课3学时外，必须完成15个实验项目。这些实验项目由实验中心提供，实验室都有现成的实验设备和良好的实验条件，且教学中由于教师讲解非常细致，学生简单照搬模仿就可以了，只要按照要求完成规定的实验项目，基本上该门课程能够轻松过关，造成学生对实验没有动力和压力，教学效果不好。

设计性实验教学的要求较高，要求学生首先具备一定的实验理论基础，较好的实验意识和动手能力，相应的查阅资料和设计实验方案的能力等等，要具备这些能力，就必须要求学生在平时的实验中认真学习，培养较好的实验素养，否则完成设计性实验就会有很大的困难，影响实验成绩，这样的教学模式在实验中将会起到一定的促进作用。

2.具体研究与实施过程。确定了设计性实验教学改革方案以后，围绕改革的内容和目标展开研究，将实验项目分为12个必做和3个设计性选做两部分。

（1）确定设计性实验项目。设计性实验项目的选择至关重要，是关系到学生能否顺利完成实验、能否达到实验教学目的和效果的重要因素。

从众多的可选实验题目中精心选择了部分具有可操作性，对实验的动手能力和创新能力的训练有一定空间的典型实验项目供学生选择。一方面可使物理实验教师对自己选择的题目进行可行性和创新性的深入分析，使得自己选择的题目符合培养创新能力为核心，拓宽学生发散性思维为目的的要求，从而激发了物理实验教师的教学积极性，无形中也提高了实验教师的素养；另一方面，提供多个设计性实验项目供学生选择，扩大了学生动手能力训练的空间，有利于对学生实施因材施教，使不同院系的理工科学生能根据自己的专业特点来选择相应的设计性实验，有利于学生个性的发展。

经过多次反复选题、论证，结合我校学生实际水平和大学物理实验教学的具体状况，最终确定了20多个适合我校学生能力和水平的设计性实验项目。如液体表面张力系数与浓度的关系、薄纸厚度的测量、三棱镜对不同波长的折射率测定、变阻器变流和分压电路的设计、重力加速度的测量、利用白光干涉测量玻璃片的折射率、利用牛顿环测液体的折射率、利用激光测金属丝杨氏模量等等。

（2）编写设计性实验教学文件。教学大纲是根据学科内容及其体系和教学计划的要求编写的教学指导文件，是教师进行教学工作的主要依据。为了实验教学的规范性和科学性，我们认真修订设计性实验教学大纲，并在教学大纲的指导下精心编写设计性实验指导书，已在我校编写的《大学物理实验教材》中出版，为学生设计性实验教学提供了重要的参考依据。

（3）设计性实验实施过程与要求。为了使设计性实验顺利开设，我们讨论确定了实施流程，并在选课系统中以框图形式公布，主要包括以下几方面：

公布设计性实验项目：学生完成12个基础实验后，实验中心将20多个设计性实验项目以及相应指导教师公布在选课系统中，供学生选择。

学生选课：学生登录选课系统，在规定的时间内，结合自身情况任意选择3个设计性实验项目进行研究，不能按时选课的同学后果由自己承担。

学生制定初步实验方案：学生选定项目后，两周内自行查阅相关资料并设计相应的实验方案，了解所需实验仪器性能和操作方法，初步选择实验参数，研究设计方案的可行性，并写出方案报告。

教师答疑：两周后教师在选课系统的公告中发布答疑开放时间，学生必须在此时间内与相关指导教师见面答疑。教师对学生的设计理念、思路、方案、实验步骤和实验原理以及实验器材等进行论证和询问，若方案顺利通过，并回答教师所提出的问题，教师在方案报告上签字，学生可以重新登陆选课系统预约实验时间。

学生实验、撰写实验报告：学生按预约实验时间准时到实验室搭建平台进行实验，撰写实验报告，写出心得和体会。并将教师签字的设计方案附在实验报告后一周内投到相应教师的作业箱內。

三、教学实践与效果评价

将改革后的教学模式应用到具体的实验教学过程当中，改变了过去由指导教师全程指导的教学方式，体现了学生的主体地位，整个设计性实验过程基本由学生主导完成，指导教师从旁起引导作用，实现了教与学的平等关系，从根本上最大限度地激发自主探索和求知欲望，做到了教与学的良好互动。

通过对两届学生的教学实践来看，学生实验态度明显转变，无论从预习实验报告的书写、预习思考题的解答、课堂实验的认真操作，还是实验报告的规范性撰写都反映了学生认真积极的态度，取得了较好的教学效果。学生进入大三阶段进行专业实验后，专业实验教师普遍反映学生的实验素养比以往的学生要好得多，态度端正、基本技能和动手能力也有很大提高。另外通过近些年的大学物理实验训练，学生在物理实验创新竞赛方面取得了较好的成绩，我校学生在江苏省大学生物理实验创新竞赛中多次获得一等奖、二等奖、三等奖等奖项。

四、小结

通过大学物理设计性实验教学改革，真正体现以学生为主体，激发了学生的学习积极性和主动性，培养了学生对物理实验的兴趣，养成了良好的实验习惯。更好地锻炼了学生应用知识、查阅资料、正确选择与操作仪器、确定测量条件等方面的能力，使我校的大学物理实验教学取得了明显的效果，同时，进一步给学生一个更加广阔的选择和思考空间，激发他们的潜力、增强创新意识，培养实事求是的科学态度和相互帮助的协作精神，为将来更好地服务于社会奠定良好的基础。

参考文献：

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