大学物理实验教学改革的研究

陈中银

【摘 要】物理学是以实验为基础的科学，物理概念和规律是通过实验形成的，大学物理实验是理工科专业课的一门重要的实验课程，理工科大学物理实验教学基本上处于一种封闭的状态，多年不变的教学体系和教学内容与当今飞速发展的前沿科学新理论、新技术严重脱节，学生对大学物理实验课越来越感到枯燥无味，由于学校条件限制和学生水平等因素，现在的大学物理实验教学确实存在著不足，查找原因的同时，针对性的提出了充分运用现代教育技术，全方位、多层次地进行大学物理实验教学改革，提高大学物理实验教学的效果。

【关键词】大学物理实验；教育技术；教学改革；效果

物理学是以实验为基础的科学，物理概念和规律是通过实验形成的，大学物理实验是理工科专业课的一门重要的实验课程，大学物理实验课程不仅对学生进行严格的、系统的实验技能训练，掌握科学实验的基本知识、方法和技巧，更重要的是培养学生严谨的科学思维能力。既要尊重科学事实，又要具有创新能力，在科学技术快速发展的今天，对大学物理实验教学提出更高的要求。

一、大学物理实验目前存在的困惑

1.理工科大学物理实验教学基本上处于一种封闭的状态，多年不变的教学体系和教学内容与当今飞速发展的前沿科学新理论、新技术严重脱节，二十世纪后期科学技术发展的巨大成就很少能在大学物理实验中得到反映，没有体现出时代的进步。落后的实验教学设备，因袭多年的传统教学模式、方法和手段更是远远落后于科学技术进步的步伐，学生对大学物理实验课越来越感到枯燥无味，相当严重地阻碍了学生学习的积极性、主动性、创造性以及现代科学思维方法的形成，不利于学生创新意识和创新能力的培养。

2.目前，理工科大学物理实验开设的有些物理实验是当时科技发展的突破性成果。有的实验对物理概念的深化、发现、总结规律和对规律本质的解释做出了历史性的巨大贡献。但教学中没有作太多讲解，学生认识不到当时科学家为什么要设计这样一个实验，实验设计的巧妙之处在什么地方，科学的概念和规律是怎么产生的；还有一些实验成果为后来的科技发展开辟了新的研究范围，派生出很多研究方向，但在教学中也没有通过这些例子介绍学科的相关性，展宽学生的思路；有的实验成果则产生了一个新的科学领域或者一个新的产业，但在我们教学中没有介绍当时的科学技术背景和经济背景，学生不了解当时的科学家和工程师怎么联想到它的应用方向，以及发展过程，而这些内容又是培养学生科学素质、创新意识的重要环节和很好的教材。

3.大学物理实验在内容的选择和安排上缺乏特色。除了注重大学物理实验本身的系统性、科学性之外，教学内容的选择应该与学生所學专业有所结合，提高学生对大学物理实验课学习的兴趣和重视程度，同时在内容的安排上应该注意学生的培养目标，结合学生本身的基础和特点，因材施教，从而提高学生的综合素质。

4.大学物理实验课程与物理理论课以及物理实验与学生所学专业的结合，在我们以往的实验课程安排上，也有许多不尽人意的地方。例如，许多实验内容在理论课教学中，要么不讲，或者少讲，存在脱节现象；在实验课中开设的与学生所学专业联系紧密的实验内容也比较少见。

二、充分利用现代教育技术，多层次多方位进行大学物理实验教学的改革

1.稳固基础实验，增加现代物理实验，提升实验教学水平。强化基础实验教学，拓宽实验教学口径。传统的物理实验主要有演示性实验、验证性实验，以测量性、验证性实验为主要内容，所采用的教学模式多是让学生按部就班地完成教师准备好的实验项目，这些实验对培养学生的基本实验技能、基本实验方法、常用仪器的使用以及数据处理方法无疑是十分必要和重要的。但如果仅局限于经典实验，模式显得单一，教学内容过于陈旧，也难以提高学生的兴趣。面对知识经济时代的到来，必须改革以往实验内容仅是课堂教学的验证和补充的教学模式，建立以物理理论为基础，以实验能力培养为主线的实验教学体系。

为此，我们认为应该做好两方面的工作。首先抓好基础实验课教学，通过做一些具有代表性的基础实验，例如长度测量、电学基本测量、电位差计、示波器的使用等，目的是使学生掌握基本测量仪器的调节技术和操作规范，学会正确处理实验数据。其次，开设近代物理和综合性实验。如霍耳效应应用、动态杨氏模量实验、迈克尔逊干涉实验等，让学生了领会实验设计的技巧，理解物理理论的内涵，能将理论和应用紧密结合起来，培养知识面宽广、有创新能力的学生。第三，打破传统教学模式，引入计算机模拟与仿真实验等现代化教学手段。利用多媒体技术，可以对实验原理和实验过程进行生动形象的模拟仿真，声音、图像、动画、文字有机地组合在一起，增强教学活力，激发学生的学习兴趣，调动学生做实验的积极性和主动性。

2.理论联系实际，开设设计性、研究性实验。从物理学的发展历史来看，物理学的发展是同实验密不可分的，无论是18世纪的牛顿力学还是20世纪的相对论和量子力学，无不都和实验紧密相关。伽利略、牛顿等物理学先驱在做了大量的实验后，对实验现象作出了总结归纳，从而产生了影响深远的经典力学。19世纪末由于黑体辐射等几个用经典物理理论不能解释的实验结果的出现，从而导致了爱因斯坦、普朗克等人提出了相对论及量子力学理论，使物理学得到了又一次飞跃性的发展。可以看出，物理学的理论与实验是相互依存的，因此，在大学物理学的教学中，必须在传授物理理论知识的同时进行物理实验的操作，以便使学生能够有感性和理性双重认识。这就要求我们改变传统实验教学模式，增加设计性实验、研究性实验，甚至探索性实验，建立开放式实验教学模式，激发学生的创新精神。

设计性实验着重培养学生实验设计能力，通过教师拟定题目，实验中心提供场地和仪器，或者学生自拟题目，实验中心提供场地和仪器等形式，给学生提供一个设计平台，使学生的潜能得以开发，个性得以张扬。研究性实验则通过给学生提供实验场地和实验仪器，对一些小课程或重大课题的一部分开展研究，给部分能力较强、学有余力的学生提供科学研究的空间，激发学生的创新意识和潜能，开发学生的智力。开展设计性、研究性实验，是加强学生能力培养和因材施教的另一个重要途径。实验室、实验仪器和设备向学生开放，加上在时间和空间上给学生一定的自由度，学生可以自己完成查阅文献资料、选择实验题目、拟定实验方案、测量实验数据、完成实验报告等工作。这种教学模式的显著特点是学生在实验过程中更能充分发挥他们的主观能动性，使学生置身于一种富有探索和创造性的学习环境中。这种实验教学模式既巩固了学生书本上的知识，又扩大了学生的知识面，更重要的是提高了学生的动手和科研能力。endprint

3.加强实验教学研究工作，建立科学合理的物理实验教学体系。

物理理论课和物理实验课是不可分割的两个组成部分，实验课和理论课的任课教师要合理调配。在一学年内，我们应尽量安排理论课教师担任实验课，或者把两门课的任课教师统一起来，使学生认识老师，老师熟悉学生，有利于教师了解教学进度、学生的物理理论学习情况以及实验操作能力。理论课老师在实验课教学中，要把更多的精力放在实验内容和物理理论的讲解上，使学生明白并掌握物理理论和实验的技术方法，这样才能保证实验课的教学质量。如果理论课教师不上实验课，会出现理论教学与实验教学脱节的现象。

4.加强实验室建设，开展模块分层次教学。

鉴于物理学是一门以实验为基础的学科，物理实验教学是物理教学不可缺少的一部分，是培养高素质物理学基础性人才和应用性人才的重要环节与手段之一，本项目按照新的人才培养模式和教学计划，在充分论证的基础上，调整、优化实验课与理论课的关系，从素质、能力、创新精神培养的要求着手，打破原基础物理实验分普通物理实验和近代物理实验的实验教学体系以及普通物理实验分力热、电磁和光学实验彼此独立三大部分的格局，在保证基础训练的前提下，精选基础实验内容，减少验证性实验，增设提高性、应用性、综合性、设计性实验，将现代科技成果融入基础物理实验教学，优化、整合和重组实验教学体系，形成从低到高、从简单到复杂、从基础到前沿、从接受知识到培养综合能力、创新能力的物理实验“模块分层次”教學模式， 即“基础物理实验、演示仿真实验、近代物理实验”三大模块，“基础实验、综合设计性实验、研究创新实验”三个层次的教学模式。 第一、二层次实验，其授课对象为全校理工科各专业学生；第三层次实验，即研究创新性实验主要是针对电子系部分优秀学生，主要为他们参加全国电子大赛提供训练、指导和帮助。

三、结束语

通过大学物理实验教学改革的尝试，激励了学生的兴趣，提高了学生的学习主动性，通过实验的实际操作，不仅更好地理解了理论知识，而且又培养了分析和解决问题的能力，大学物理实验成为学生喜欢的 课程，近年来，我院多名学生在国家和省级创新型物理实验设计大赛中获奖，大学物理实验教学改革取得明显成效。

参考文献：

[1]《大学物理实验》 陈 聪主编 国防工业出版社.

[2]《大学物理实验》 戴启润主编 郑州大学出版社.

注：

2016河南省教育厅教师教育课程改革研究重点项目《全科教师的培养与初等教育理科教学的改革》 项目号： 2016-JSJYZD-074。endprint