改革课前预习环节，提升大学物理实验教学质量

栾晓宁 康颖 李春 李颖

摘 要：作为大学物理实验教学链条上的首要环节，课前预习长期得不到应有的重视，已经成为制约大学物理实验教学质量提升的重要因素。文章首先分析了课前预习的意义和重要性，并结合对学生开展的针对课前预习环节的问卷调查结果，对课前预习环节的现状和不足进行了分析，继而针对性地提出了改革现有大学物理实验课前预习环节的建议和举措。

关键词：大学物理实验；课前预习；教学环节

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）16-0080-04

Abstract： As the first link in the teaching chain of college physics experiment， pre-class preparation cannot get enough attention that it deserved for a long time， which makes it a serious restriction factor to the improvement of the quality of college physics experiment teaching. In this paper， the significance and importance of pre-class preparation is analyzed first. With the result of questionnaire survey carried out towards students， the status and shortcomings of pre-class preparation are analyzed， therefore targeted suggestions and measures are put forward to achieve reform of the existing pre-class preparation of the college physics experiment teaching.

Keywords： college physics experiment； pre-class preparation； teaching link

作为面向高等院校理工科学生开设的一门独立的基础性实践课程，大学物理实验是低年级新生步入大学校园后系统性接受实验方法和操作技能培训的开始，在培养和提升大学生实践动手能力和科学研究素养，激发并鼓励大学生探索和创新精神方面发挥着其他课程难以替代的独特作用[1]。近年来，为了让大学物理实验教学更加符合新世纪创新型人才的培养要求，国内众多高校纷纷推出了针对物理实验教学的改革举措，比如开放实验室[2]、增设综合设计性实验[3]、采用分层次教学模式[4]等等，取得了一定的成效。但是从学生的视角看，大学物理实验课的学习一般包括课前预习、实验操作、数据分析处理和实验报告撰写等几个环节，其中，课前预习是学习大学物理实验课的首要环节，预习效果的好坏会直接影响接下来的其他学习过程，并显著影响学生实验课的最终成绩。然而，与其他学习环节相比，课前预习通常是在没有教师引导和监督的情况下由学生独立完成的，其重要性长期得不到应有的重视。就国内各高校大学物理实验教学的现状看，课前预习环节是整个教学链条中最为薄弱，实际效果最差的一环，已经成为长期制约大学物理实验教学质量和成效的瓶颈。

一、课前预习环节的意义和重要性

大学物理实验课的年平均授课学时和选课人数在高等院校开设的各类公共课程中都是位居前列的，加之实验课涵盖的教学内容丰富，对学生学习状况的考查环节和考核指标多样，因而对教学资源投入的要求很高。随着高等教育招生规模的不断扩大，一些高校被迫压缩了大学物理实验的教学内容和授课学时，从而能够以有限的教学资源应对每年庞大且数量不断攀升的选课人数，随之不可避免的带来实验教学水平的下降。相比之下，着力提高大学物理实验教学的效率和质量，使有限的实验教学资源发挥出最大的效能是一项更加理想的选择。为了让学生目的明确、思路清晰的进入物理实验室，规范安全的开展各项实验操作，并获得完整准确的实验数据和结论，充分有效的课前预习就显得十分重要。从总体上看，物理实验课前预习的意义和重要性主要体现在以下几个方面：

（一）固化重要物理知識的理解和记忆

物理实验课的一个重要学习目的是通过具体实验现象的观察和实验数据的获取，深化对物理理论课中所学的重要物理原理、定律和公式的理解和掌握，其中，物理原理是确定实验步骤、选择实验方法和处理实验数据的理论依据，也是联系实验目的和步骤、实现实验操作的纽带。由于目前大部分高校依然采用的是实验教学比理论教学滞后一学期开课的选课模式，在理论课和实验课脱节的现实情况下，学生需要通过课前预习对之前理论课学习过的相关物理知识点进行复习，以便在接下来开展的相关物理实验中将重要的物理原理、定律和公式与特定的实验现象和物理量对应起来，形成更加深刻的感性认识，固化对相关理论知识点的理解和记忆。

（二）深化对物理思想和实验设计构思的体会和把握

许多理论原理和定律的验证需要在一定的约束条件下基于特定的物理思想进行转换，才能够落实到可以通过实验实际测量的物理量上来，也就是说，只有在限定的约束条件下，理论上的原理和定律才具有现实条件下的可操作性。在这一过程中体现出的物理转换思想、实验方案设计以及边界约束条件的限定，都是值得学生深刻体会和把握的宝贵知识点，其价值和意义不亚于对基本物理原理的简单验证，但是在时间相对紧张的物理实验课上并没有给学生留出充裕的思考和体会时间，这一学习过程更多需要学生通过课前预习环节来实现。

（三）强化实验目的、内容、步骤和仪器使用方法的了解和掌握

从根本上提高物理实验教学资源的利用效率，提升实验授课质量，必然要求学生在进入实验室前，对即将开展的物理实验的目的、内容、步骤和仪器使用方法了然于胸。也只有课前预习到这种程度，学生才能够在实验课上更好的理解和领会实验教师的相关演示和讲解，并在最短时间内进入正确规范的实验状态，从客观上防止因实验目的不明、操作步骤错误等引起的实验“二次返工”对实验教学资源造成的挤占和浪费，避免因不熟悉仪器设备操作方法而错误操作、野蛮操作所导致的实验仪器设备损坏，杜绝实验安全事故的发生。

（四）实现中学和大学物理实验教学的有效衔接

中学和大学的物理实验教学在理论深度和实验复杂程度、数据处理和分析方法等方面都存在着显著的差异，对实验操作者的数理基础和操作技能也有着不同的要求。而部分农村中学的实验条件相对简陋，使得来自农村的同学少有机会接触基本的实验仪器，基本的实践经验和操作技能根本无从谈起；即使是来自条件相对较好的城镇中学的大学新生，由于长期受“重理论、轻实验”等应试教育思想的影响，在中学实验课上接受的也仅限于刻板的“讲实验”和“背实验”，基本上没有接受系统性的实验操作技能和规范的实验方法培训。如果让他们仓促进入实验室，复杂的实验原理、繁琐的操作环境以及陌生的仪器令他们应接不暇，从而对他们上好物理实验课的信心和积极性造成打击，更谈不上鼓励他们的探索和创新精神了。因此，通过课前预习环节弥补学生在数理基础和操作技能上的差距，并有效衔接中学和大学物理实验教学就显得极为重要。

二、课前预习环节的现状与不足

笔者曾经对秋季学期四个物理实验班一百余名学生开展了针对课前预习环节的问卷调查，有超过90%的同学认为实验课前预习环节对物理实验课的学习效果和最终成绩有明显的帮助，但同时有超过40%的学生认为现有的课前预习方式对自身几乎没有帮助，甚至有同学认为是浪费时间。从问卷调查的结果看，同学们普遍将课前预习环节视为一个必要的实验课学习环节，但对现有的实验预习方式并不认同。根据多年从事大学物理实验教学的相关经验，笔者认为现有的物理实验课前预习环节主要存在以下几点不足之处：

（一）缺乏课前预习目的、内容和方法的有效引导

通常情况下，实验教师都会布置同学们对下一节实验课的内容进行课前预习，为了引起学生的重视还会提醒大家“认真做好课前的实验预习，课上会检查大家的预习报告”，然而对诸如“预习什么？”、“怎么预习？”和“预习到什么程度？”这类问题，大部分同学心中是没有明确预期的。对一个具体的实验项目而言，实验目的、内容和操作步骤固然重要，但在这些内容背后隐含着的深刻的物理思想、巧妙的实验设计、灵活的误差处理方法等都是值得学生认真学习和体会的重要学习内容，但这些内容恰恰很容易被尚未开展实验操作，缺乏感性认识的学生所忽视。大学物理实验所涉及的内容多为学生在中学没有学习和接触过的，在缺乏有效引导的情况下势必造成学生大量摘抄实验讲义上的相关内容，让重要的课前预习沦为既浪费时间又没有收获的“走过场”，不但违背了实验预习的初衷，也严重削弱了学生进行课前预习的积极性。

（二）缺少课前预习参考资料和效果测评手段

在笔者对学生开展的问卷调查中，超过60%的学生认为对实验仪器和环境的陌生是制约课前预习效果的最主要因素。受篇幅限制，学生课前预习主要参考的实验讲义不会把所有仪器设备的工作原理和操作方法都一一列举，而学生仅凭几张仪器操作界面的黑白图片来了解仪器的构造原理和使用方法也的确是一件比较困难的事情[5]，难以使学生形成深刻的印象。这导致学生们即使经过了课前预习，在进入实验室面对按键和旋钮较多的复杂仪器时，依然充满了陌生感，无法与预习的使用操作方法对应起来，预习效果很差。此外，由于缺乏行之有效的课前预习效果的测评手段，学生无法了解自己的课前预习是否足够充分，这也是导致实验预习效果不佳的另一个重要因素。

图2 对制约课前预习效果主要因素的问卷调查结果统计

（三）没有充分调动和鼓励学生的探究兴趣和创新热情

著名的混合学习理念（Blended Learning）认为：学习既要发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又要充分调动学生作为学习主体的主动性、积极性和创造性，也只有把这两者相结合并形成优势互补，才能够获得最佳的学习效果。目前绝大部分实验讲义和预习报告都是将实验目的、仪器、原理、步驟和注意事项等按照“菜单”的形式一一列举出来，没有给学生留下独立思考和自由发挥的空间[6]，忽视了预习自身就是一个自我学习和探究的过程。对于特定实验项目，理解并掌握实验目的、内容、步骤等以保障实验课的顺利进行固然重要，但更多的是通过特定实验项目发挥“以点带面”的发散性教学示范效果，充分调动和鼓舞学生的发散思维和探究热情，对相关物理现象的发现、历史发展轨迹和趋势、最新研究成果以及在日常生活中的应用等形成充分全面的了解，从而在完成实验基本内容的同时，能够进行更深层次的探究，并创新性地提出自己的见解，而这也符合素质教育和创新教育的理念和要求。

（四）缺乏公平合理的实验预习成绩评定机制

作为实验教学链条中的重要一环，课前预习在每一个实验项目的总成绩中都会占有一定的比例和权重。但由于各大高校制定的实验预习报告书写规范大同小异，学生在缺乏预习参考资料和预习方法引导的情况下大量抄袭实验讲义上的相同内容，导致实验教师难以根据“千篇一律”的实验预习报告了解学生课前预习的真实情况，也就无法对每一位同学的课前预习情况给出公平合理的成绩评定。为此，大多数实验教师会将全班同学的预习成绩维持在一个平均偏上的水平上，但这种做法一方面抹杀了课前预习对实验教学的意义，背离了撰写实验预习报告的本意，另一方面也挫伤了学生进行课前预习的积极性，让他们认为课前预习成绩在实验总成绩评定中无关紧要，投入大量精力进行预习是得不偿失的做法。

三、改革实验预习环节的建议与措施

在现有的大学物理实验教学模式下，学生通过课前预习、实验操作、数据处理和分析以及实验报告撰写等环节，得到物理知识、实验技能、数据处理和分析能力的全方位培养和强化。这些环节环环相扣，共同构成了大学物理实验课的完整学习链条。但根据笔者多年来从事物理实验教学的相关经验看，课前预习环节的意义和地位被长期忽视，已经成为整个实验课学习链条中最为薄弱的一环，需要着力从强化课前预习方式和方法引导，构建公平合理的实验预习成绩评价机制两方面入手，对现有的实验课前预习环节进行改革。具体建议和措施如下：

（一）编写大学物理实验课前预习引导讲义

编写预习引导讲义的目的是引导学生在课前采取更加有效的方式和方法进行实验预习，并对实验预习的效果进行自我测评。在结构安排和内容侧重上，该讲义既不同于物理实验讲义，也与传统意义上的实验预习报告有明显区别，是实验教师根据长期实验教学经验和往届学生反馈，并依据不同实验项目的特点对实验预习内容进行的重新整理和提炼，由基本预习模块、预习拓展模块和预习效果测评模块三部分组成。

1. 基本预习模块：基本预习模块主要包括基本实验内容与操作步骤、主要公式和物理含义、重要仪器原理和操作方法、常见故障与排除方法以及重要注意事项等部分，力求以最直接最精炼的表述让学生明确在即将开展的实验中“为什么做”、“做什么”、“怎么做”和“什么不能做”等问题，引导学生在课前预习中主动复习理论课中学习过的重要物理原理和定律，深化对实验中涉及的重要公式、物理量及其物理含义的理解，熟悉并掌握仪器设备的工作原理和使用方法，并具备对实验中常见问题和微小故障的判断和排除能力。通过基本预习模块的学习，能够使学生的课前预习更有针对性，从而在提高实验教学效率的同时，降低实验仪器设备的相关损耗。

2. 预习拓展模块：预习拓展模块囊括了与特定实验内容相关的重要物理现象的发现和物理定律的提出的历史背景和发展轨迹、最新研究成果和未来发展趋势以及在日常生活中的相关应用等内容，并在预习拓展模块的后面列举了“参考文献”。通过对预习拓展模块部分的学习，希望能够通过引导学生对特定实验项目的背景和应用的全面了解，“以点带面”的激发学生的学习兴趣和探索热情，养成通过查询科技文献，进行自主探究性学习的习惯和能力，并引发学生针对特定实验项目步骤方法、实际应用的方面进行改革和创新的发散性思考。

3. 預习效果测评模块：预习效果测评模块由知识技能点、预习效果自测题、原始数据记录表格设计以及创新性自主论述题等部分组成。知识技能点对学生通过特定物理实验项目的操作和学习需要掌握的基本物理知识点和实验技能点进行了集中总结，便于学生对照后进一步明确实验课学习目标并检验实验课的学习成效；预习效果自测题包括选择题、填空题和问答题等多种形式，让学生通过对自测题的解答，检验课前预习的效果，并明确预习存在的问题和不足；原始数据记录表格设计环节则要求学生通过实验预习，基于对实验目的和内容的了解，对即将开展实验中获取的实验数据和物理量的性质和数量进行预判，并设计出结构合理的原始数据记录表格，并作为学生是否正确理解相关实验目的和内容的重要判断依据；在创新性自主论述题考查环节，要求学生根据在预习拓展模块了解到的内容以及根据参考文献获取的信息，针对特定实验项目方法步骤、相关物理原理或技术的实际应用等方面提出改进性的见解或创新性研究方案，并且在论述中可以插入流程图或原理示意图等辅助性表达方式。自主论述题的选题、论述角度和篇幅不设限制条件，可以根据个人意愿自由发挥，但要求与预习的实验项目相关。通过预习效果测评模块，一来检验了学生的课前预习效果，让他们明确了预习中的问题和不足并及时予以补救，另一方面赋予学生自由发挥的空间和平台，充分激发了他们的想象力和创造性。

（二）建立课前预习辅助资料库

该资料库包括电子版的预习辅助PPT课件、特定实验项目仪器设备总体图片、单台特定仪器设备放大图片，其中，对于复杂仪器进行了多角度拍摄，并对操作界面和重点特殊部位进行了特写和特殊说明。除此以外，预习辅助资料库还包含所有仪器设备的电子版说明书以及在预习引导手册中列举的所有电子版参考文献。通过课前预习辅助资料库的建立和充实，显著扭转学生在课前预习环节中面临的预习资料匮乏，对仪器设备原理和操作方法的掌握程度不佳的现状。

（三）构建公平合理的实验预习成绩评价机制

基于编写的预习引导讲义，实验教师可以有效把握学生在课前预习环节的学习效果，并根据创新性自主论述考核环节量化学生在预习环节投入的精力。在这一基础上，可以制定细节量化后的实验预习成绩评定方法，尝试适当提高课前预习成绩在总成绩评定中所占的比例，从而扭转课前预习环节长期不受重视的不利局面，并充分激发学生进行课前预习的积极性和主动性，养成良好的学习习惯。

四、结束语

进行充分有效的课前预习是获得理想实验课学习效果的关键和保证，同时也是变被动消极学习为自主性探究和创新性学习的有效手段。教学实践证明，对现有的物理实验课前预习环节进行改革，建立行之有效的课前预习方式和方法，构建公平合理的实验预习成绩评价机制，能够从根本上扭转学生被动学习的不利局面，并极大增强物理实验教学的有效性，使学生在自主探究能力、实践动手能力、分析解决问题能力和团队协作能力方面得到真正的锻炼和提高。

参考文献：

[1]王勇.中学物理实验教学现状对大学物理教学的影响及对策研究[D].合肥：合肥工业大学，2008.

[2]钱猛，王庆亚.开放实验室的建设与管理[J].实验室科学与技术， 2011，9（1）：123-125.

[3]张小林，周美华，李茂康.综合性、设计性实验教学改革探索与实践[J].实验室技术与管理，2007，24（7）：94-96.

[4]江铁臣，赵述哲.大学物理实验的分层次教学研究与实践[J].大学物理实验，2005，18（3）：89-90.

[5]曹强.强化预习环节，提高物理实验教学质量[J].实验科学与技术，2012，10（6）：107-109.

[6]李承跃，马利.改革实验教学培养创新精神[C]//2008年电子高等教育学术研讨会论文集，2008：90-94.