《大学物理实验》课程研究性教学模式与实践探索

杨小红++李海++王念萍

摘要：本文在有限的计划学时内，在人数众多的低年级学生中开展研究性教学实践，具有可操作性较强、受益面较广的特点。该教学模式使大学物理实验课程真正成为培养学生创新能力的课程载体，有效实现创新能力的渗透式培养。

关键词：大学物理实验；创新能力；实践探索

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2018）02-0143-03

一、引言

大学物理实验课程是学生进入大学后接触的第一门比较系统的实验课程，其在培养学生动手能力、分析和解决问题能力方面发挥着重要的作用，有利于培养学生自主实验和独立思考，形成主动性探究科学问题的能力[1]。有鉴与此，我校大学物理实验教研室的老师结合多年实践教学经验，以大学物理实验课程为载体，在有限的计划学时内，探索如何在传统大学物理实验教学中适当引入研究元素，建立自主探究的研究性教学模式，在面向学生人数众多的低年级学生中开展研究性教学活动，培养学生的自主探究能力和科研能力，提高其实验素养，使大学物理实验课程成为培养学生创新能力的课程载体，有效实现创新能力的渗透式培养。

二、我校大学物理实验课程教学现状

我校大学物理实验课程的实验室配备、教学内容、教学方式及学习方式、课程考核方式现状如下。

1.实验室现有设备基本能满足实验内容的要求，课程要求必做的實验能顺利开展。

2.教学内容难度一般，在计划学时内，教和学的任务都不重，大部分实验能提前完成，但所开设的大学物理实验内容验证性偏多，而研究性、探索性不足。

3.在教学方式上，教师大多采用“课堂讲解+详细实验演示”的方式，即便是设计性实验，能够给到学生自主研究探索的时间和空间都非常有限，使得学生独立思考能力、动手能力及创新能力得不到培养。

4.学习方式上，学生课前预习时间普遍较长且预习效果不佳。在实验操作方面，学生虽具备一定的独立实验能力，但对于教学任务以外的实验内容尝试积极性不够。实验数据处理方法及实验报告撰写缺乏新意，创新能力不足。

5.课程考核方式主要以“实验操作+实验报告撰写情况”进行考核。而对实验前的预习、实验操作过程中学生的探索精神及创新能力、实验报告中的创新能力等未得到充分体现。

综上所述，在教学内容难度不大，教学学时相对宽松，而学生又具备一定的独立实验能力的基础上，通过改变教师的教学方式、学生实验教学三环节中的学习方式及课程考核方式，在传统大学物理实验课程中增加新内容、新方法和新手段，开展研究性教学，将创造性培养渗透到实验教学的各个环节尤为必要。

三、《大学物理实验》课程研究性教学模式

1.在教学内容方面，从实验现象观察、拓展应用、理论推导及数值模拟等方面适度增添研究性、探索性元素，改变大学物理实验内容验证性偏多，而研究性、探索性不足的现状。在保证学生基本实验技能得到培养提高的同时，以现有实验为载体，适度对实验项目进行拓展，在教学过程中引导学生设计实验去探索一些可进一步思考的问题。例如，在测量液体粘滞系数实验中学生会提出以下问题，即“小球刚从液面下落即开始计时，对实验测量结果是否有影响？”在用迈克尔逊干涉仪测量光波的波长实验中可增加一研究性问题“如何测量家用保鲜膜的厚度？”这些内容新颖、难度适中的研究性问题既以原有实验为基础，又与实际生活相贴近，无疑能增强学习趣味性，调动学生学习积极性，培养学生解决问题的能力，进一步培养学生理论联系实际的能力和创新能力。教学内容以提出的研究性问题为载体，以课程内容和学生自身的知识为基础，使学生将学习、研究、实践有机结合起来，充分发挥学生的主动探索、主动思考、主动实践的能力。

2.在教学方式上，改变“粉笔+黑板”的以教师讲解为主、学生按步就班的实验教学方式，建立以学生自学为主、教师指导为辅的教学方式。

在预习环节，学生可以通过我们的大学物理实验网络课程平台，获得课程教学PPT，观看课堂教学视频，并进行教学资料及相关文献查阅，以开阔眼界，拓宽学生思路，给学生开“窗口”，从而培养学生的主动探索和思考能力。学生具备高质量的实验预习，才能为研究性教学的顺利开展奠定基础，可以说，高质量的实验预习是顺利开展研究性教学的关键。

在实验教学过程中，引导学生理解每一个实验的基本原理，重点介绍实验的设计思想，使学生理解理论和实验之间的联系[1]。实验操作过程中确立以学生自学为主、教师指导为辅的教学方式。在教学中增添研究性教学内容给实验教学装“接口”，以便与学生后续的学习相衔接，与实际应用相联系。教学采用提问式、启发式等课堂互动教学方式，引导学生就所发现的问题自己规划和决定具体的实验条件、设计实验方案进一步解决问题。每次实验课结束前预留一定时间，让学生讨论实验中出现的问题、遇到的困难，以及随后如何进行数据处理和分析。

实验结束后要善于给学生留“缺口”，让学生自己课后进行补充、推导、数值模拟等创造性地进行数据处理和撰写实验报告。鼓励学生将实验中的所思所感以及研究性问题的探究过程、结论用研究报告的形式撰写，提高实验报告撰写质量。

3.在学生学习方式上使学生成为学习的主体，以研究者的角色完成实验操作三环节。学生的预习要从查文献资料开始，进而制定实验方案和实验步骤，准备一些生活中易得的简单实验器材等，预习内容更加充实，目的明确，大大提高了预习质量。在实验操作过程中，学生不再是按照教师的演示按步就班地模仿，而是能够充分发挥主观能动性，自己发现问题，创设问题情境，利用实验平台进行组装、调试实验系统、观察实验现象直至完成实验。学生自主性选择空间增大，其主动性、积极性得到提高。由于某些问题情景和学生原有认知不符合，由此引发学生的认知冲突，唤起学生的积极思考，激发其内在的驱动力，使其自觉地充当问题的探索者，真正参与到学习活动中，从而使其成为学习的主体，最终达到掌握知识、发展能力、培养思维的目的。在实验报告撰写方面，学生能够以一个研究者的角色把实验过程中研究探索的问题结合语言文字、图表、理论分析、软件数值模拟等方式进行阐释，得出研究结论。endprint

4.在课程考核方式上建立形成性评价机制，加大对学生学习态度、学习能力及学习过程的评价，注重学生创新能力考核。学习的过程是一个能力培养的过程，课程考核方式既要注重学习过程，又要注重学生整个课程的学习效果。教学评价应力求多元化，在课程考核方面，建立形成性评价机制，加大对学生学习过程的评价力度，提高学生学习兴趣和积极性。从形成性评价的角度来看，主要依据学生平时预习质量、实验操作过程中讨论的参与度，研究性问题的提出及探索过程中所表现出的合作精神、创新精神；实验报告撰写质量及在探究研究性问题过程中所表现出的创新能力等方面多元评价学生，加大对学生的学习态度、学习能力及学习过程的评价力度。

四、《大学物理实验》课程研究性教学实践

下面我们以两个具体的实践教学案例阐释具体的实践教学过程。

第一个研究性问题是在“用迈克尔逊干涉仪测光波波长”实验中开展的。教师在实验网络平台发布了研究性课题“如何用运用迈克尔逊干涉仪测量薄膜的厚度”。学生在预习阶段就需要查找相当多的资料，在此基础上拟好实验方案，给出详细的实验原理、实验步骤并准备好相关的待测物品，学生准备了白光手电筒（白光光源）、千分尺、TO-220无孔透明云母片、手机贴膜、冰箱用PE保鲜膜等实验器材。在实际操作过程中，学生首先完成用迈克尔逊干涉仪测量光波的波长，学会实际操作和运用迈克尔逊干涉仪，掌握等倾干涉条纹调节方法和技巧之后，再适当调整实验装置，利用白光等厚干涉进行薄膜厚度的测量研究[2]。并与用千分尺直接测量的薄膜厚度进行对比，分析两种仪器测量的优缺点。整个实验过程中，学生会将实验现象拍照，数据处理和实验报告的撰写能较好地分析运用迈克尔逊干涉仪进行薄膜厚度测量的优势。学生报告结果发现“PE保鲜膜和手机屏幕贴膜的厚度要大于直接测量的值，这是因为使用千分尺测量时会对薄膜两侧直接接触的区域进行挤压，造成所测值小于正常情况下的薄膜厚度。而且因为PE保鲜膜较手机屏幕贴膜柔韧性强，易拉伸，所以受挤压后更易发生形变，使最终测量结果误差更大”。并由此得出用邁克尔逊干涉仪可准确求出薄膜厚度很小且折射率已知的薄膜的厚度，具有数据处理步骤简单、准确度高的优点[3]。该实验的理论探索和仪器准备及数据处理在课外完成，装置搭建和数据测量则在课内完成。

第二个研究性问题是在“落球法测液体粘滞系数”实验中开展的。本实验中小球下落的最初阶段作加速运动，只有在重力、浮力及粘滞阻力三力平衡后才做匀速运动，而在实验过程中很难观察到小球是否已经做匀速运动，为了保险起见，指导老师会提醒学生要预留一段距离才开始计时，那这段距离到底有多长？是否必要呢？学生在实验过程中发现此问题，老师则引导学生进一步思考，并设计实验对该条件的必要性进行探索。由学生自主地进行各种研究活动，包括形成问题、提出假设、提出模型、进行实验、观察、测量，对观察结果或实验数据进行分析解释、评价和交流等，教师只做组织引导。整个实验过程就是学生在教师有目的、有组织的指导下的发现过程。部分同学课后还查找相关资料进行理论推导[4]，还有部分同学利用Matlab软件描绘出小球下落速度——时间曲线以及位移——时间曲线[5]。同学们各自发挥自己的优势，所撰写的实验报告形式多样，内容丰富，图文并茂，理论分析、数据模拟与实验数据结论相辅相成，严谨而又充实。

五、结语

实践表明，在有限的计划学时内，我们的研究性教学模式在人数众多的低年级学生中开展可操作性较强，受益面较广。随后的调查问卷反馈表明学生查找资料以及整合资料的能力得以提升；实验过程中主动性、积极性提高；观察能力、发现问题、提出问题及解决问题的能力增强，也更加会多元地进行数据处理，分析讨论问题，撰写科研型论文的能力得到加强，《大学物理实验》课程研究性教学模式与实践教学改革成效显著，使大学物理实验课程真正成为培养学生创新能力的课程载体，有效实现创新能力的渗透式培养。

参考文献：

[1]梁文耀，陈武喝.基于创新能力培养的自主性实验教学改革探讨[J].实验室研究与探索，2012，31（8）：289-291.

[2]漆建军，马文华，肖华.基于线阵CCD的迈克尔逊干涉仪测量金属丝的弹性模量[J].实验室研究与探索，2010，29（1）：19-23.

[3]杨修文，石义杰，路素彦.迈克尔逊干涉仪测量薄膜的折射率与厚度[J].郧阳师范高等专科学校校报，2008，28（3）：26-27.

[4]曹春梅，甄钊.落球法测液体粘滞系数实验的理论分析[J].物理与工程，2013，23（2）：39-41.

[5]杨浩，朱基珍，禤汉元.落球法测液体粘滞系数小球运动过程MATLAB描绘[J].广西工学院学报，2011，22（1）：70-73.endprint