应用型高校大学物理实验课程教学改革之我见

2018-01-27张昉

天中学刊 2018年6期

张昉

张昉

（郑州科技学院基础部，河南郑州 450064）

高校大学物理实验课程的教学，应以科学态度的树立、实验技能与实验研究基本方法的掌握为首要目标，在此基础上着力于问题分析能力和创新能力的提高。应用型高校大学物理实验课程的教学改革，既要注重通过增设和优化设计性、研究性实验提高学生的问题分析能力和创新能力，也要注重通过改善验证性实验使学生更好地掌握实验技能与实验研究基本方法。

应用型高校；大学物理实验；教学目标；教学效果；验证性实验

物理学是以实验为基础研究物质基本结构和物质运动最一般规律的科学，其基本理论及实验技能在自然科学的各个领域具有广泛的应用。大学物理实验课程是大学生掌握科学实验方法的开端，是他们接受专业技能训练的基础。“物理实验课覆盖面广，具有丰富的实验思想、方法、手段，同时能提供综合性很强的基本实验技能训练，是培养学生科学实验能力、提高科学素质的重要基础。它在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面具有其他实践类课程不可替代的作用。”‍①

传统的大学物理实验项目以验证性实验为主。验证性实验有利于学生掌握常用仪器仪表的使用方法和数据处理方法，加深对物理基本理论的理解，但在激发学生学习兴趣、提高学生创新能力方面，功能明显不足。20世纪90年代前后，国家教委曾两次组织高等学校相关教学指导委员会制定物理基础课程教学基本要求，对指导和规范我国高等学校物理基础课程教学、确保教学质量起到了重要作用。为使大学物理课程教学更好地适应高等学校教育教学改革的需要，充分提高人才培养质量，经过两年多的调研和讨论，教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会物理基础课程教学指导分委员会于2008年3月发布了《理工科类大学物理实验课程教学基本要求》（以下简称《基本要求》），两年后又发布了其2010年版本，形成了大学物理实验课程教学的指导性文件。《基本要求》是各高校制定大学物理实验课程教学计划和教学大纲的依据，也是该课程教师编写教材和开展教学改革的依据。近年来的大学物理实验课程教学改革研究，多数立足于通过强化探究性实验等措施提高大学生的问题分析能力和创新能力，而关于验证性实验改进方面的研究较少，这容易使人对《基本要求》产生片面认识。鉴于此，本文以应用型高校为例，以《基本要求》为指导，从总体教学目标、实验项目与教学内容、学习动力等方面探讨大学物理实验课程的教学改革。

一、总体教学目标

关于大学物理实验课程的总体教学目标，《基本要求》提出：“本课程的具体任务是：1. 培养学生的基本科学实验技能，提高学生的科学实验基本素质，使学生初步掌握实验科学的思想和方法。培养学生的科学思维和创新意识，使学生掌握实验研究的基本方法，提高学生的分析能力和创新能力。2. 提高学生的科学素养，培养学生理论联系实际和实事求是的科学作风，认真严谨的科学态度，积极主动的探索精神，遵守纪律，团结协作，爱护公共财产的优良品德。”[1]2不难看出，第二个任务其实是关于纪律、治学态度等方面的目标要求，而第一个任务包含实验技能和创新能力两大目标要求。尽管《基本要求》并未区分高等学校的层次，只是强调各高校应根据实际情况合理安排，但这一总体教学目标对各类高等学校工科专业和理科非物理专业的本科物理实验教学都是适用的，关键是我们要深刻地理解其精神。

对于大学物理实验课程的总体教学目标，笔者认为：第一，实事求是的科学作风、认真严谨的科学态度等，是大学生通过实验课训练掌握实验技能、提高问题分析能力与创新能力的基本保证，如果在实验过程中教师任凭学生弄虚作假、敷衍了事，那么无论多么优秀的实验方案，其教学目标都无法实现，提高教学效果只能是空谈；第二，学生通过实验掌握实验研究基本方法、提高实验技能的过程，也是其问题分析能力和创新能力同步提高的过程，基础性实验、综合性实验、设计性实验、研究性实验皆有如此功能，只是基础性实验的功能更偏重于实验技能与实验研究基本方法的掌握，设计性、研究性实验的功能更偏重于问题分析能力和创新能力的提高；第三，通过实验提高分析能力与创新能力，离不开实验技能与实验研究基本方法的掌握，对于学生基础相对较差的应用型高校来说，一味地强调前者而弱化后者，往往欲速则不达。因此，应用型高校大学物理实验课程的教学，应以科学态度的树立、实验技能与实验研究基本方法的掌握为首要目标，在此基础上着力于问题分析能力和创新能力的提高。

二、实验项目与教学内容

《基本要求》“分层次教学基本要求”指出，各高校可根据实际情况设置实验项目，其原则是：基础性实验占60%左右，重在基本物理量的测量、基本实验仪器的使用、数据处理等基本的实验技能与方法；综合性实验占30%左右，重在巩固基础性实验阶段取得的成果，提高综合运用能力；设计性实验和研究性实验共占10%左右，重在培养提高独立实验能力和运用所学知识解决实际问题的能力[1]5。显然，这里的“分层次教学”，是指按由简单到复杂的原则实施分阶段教学，而不是按学生的基础和兴趣实施分班教学。大学物理实验课程教学项目的设置，应打破按力、热、电、光、近代物理顺序展开的传统模式，“遵循由浅入深、循序渐进的教学原则，按时间的先后分三个层次（即基础性实验、提高性实验和综合设计性实验）组织教学内容”，其中“综合设计性实验的设计要考虑学生的实际水平”[2]94。当然，为了满足不同基础学生的需要，切实有效地提高学生的问题分析能力和创新能力，在综合性实验阶段和设计研究性实验阶段，教师可提供不同难度的实验项目让学生选择。

根据实验的目的和背景，大学物理实验可分为两大类：一类是验证性实验，是指在对研究对象和结论有一定了解的基础上所进行的实验，学生只要按给定的方案执行，就可顺利地完成实验；另一类是探究性实验，是指为研究某一物理规律而进行的实验，实验方案由学生独立设计或在教师指导下设计。设计性实验和研究性实验都属于探究性实验，只是前者的难度较小，且教师会提出具体要求。基础性、综合性、设计性、研究性四类实验的难度是由低到高递增的，因此基础性实验和综合性实验都应该是验证性实验，也就是说《基本要求》并没有否定验证性实验。与探究性实验相比，验证性实验更能让学生将注意力集中于实验设备的性能与使用方法、数据处理方法等方面，从而快速掌握基本实验技能。“实验内容要以理论教学为依托，实验理论为基础，形成一种由易入难、由低到高、循序渐近的课程新体系，同时要突出现代实验的特点。”[3]102长期以来我国中学物理课“重知识传授、轻能力培养”“重理论、轻实践”的教学模式，导致很多学生进入大学时自主学习能力和实验技能低下，这决定了作为理工科基础课程的大学物理实验只能从基本的验证性实验入手。

大学物理实验课程的教学内容主要包括：测量误差与不确定度的基本概念，测量结果的评估方法；列表法、逐差法、最小二乘法等常用实验数据处理方法；时间、长度、质量、电压、电流、电阻、磁感应强度、光强度等物理量的测量；平衡法、比较法、转换法、放大法、模拟法、补偿法等常用物理实验方法；交直流电源、低频信号发生器、交直流仪表、电桥、通用示波器、分光仪、光谱仪等常用实验设备的性能与使用方法；零位校准、光路调整、视差消除等实验操作技术。在课时有限、学生实验基础较差的前提下，要在有限的实验项目中融入如此丰富的教学内容，验证性实验是理想的选择。

三、学习动力

以自主学习为主是实验课教学的最大特点，因此，有效提高大学物理实验课程的教学效果，关键是增强学生的学习动力。学生的学习动力有两个来源：一个是由动机和兴趣决定的内部动力，另一个是受学习任务、教师要求等影响的外部动力。

学习兴趣对学生的学习具有显著影响，但在现实中，不少学生“缺乏实验兴趣，对待实验的态度是马马虎虎”[4]103。为了提高大学物理实验课程的教学效果，我们应“改革实验教学内容和教学方法，使其具有知识性、时代性，同时又不乏趣味性，以增强大学物理实验课对学生的吸引力……还可以采取如图片展览、科技讲座、全校性科技竞赛等形式展示物理的趣味性和丰富的内涵，调动学生对物理的兴趣”[5]144。

学习动机对学习和科学研究的影响是巨大的。例如：鲁迅先是为悬壶济世而学习医学，后为唤醒民众的觉悟而“弃医从文”，最终成为著名的无产阶级文学家、思想家、革命家；钱伟长为了科技救国而“弃文从物”，最终成为著名的科学家、教育家。这些事例也说明人的学习动机会受社会大环境的影响而改变。当今世界，学生的学习动机深受互联网的影响，导致不少学生沉迷于网络，玩物丧志。因此，教师在教学中要加强世界观、人生观教育，力促学生树立远大的理想，坚定实现远大理想的决心。

激发学生的学习兴趣，教育学生树立远大的理想，对于增强学生的学习动力十分必要，但这不能保证对所有学生都能产生明显的效果。为了从整体上提高大学物理实验课程的教学效果，教师还必须对学生提出严格要求，督促自觉性不强的学生提高实验技能。换句话讲，教师应将“要我学”与“我要学”紧密结合起来。“要我学”不但可以督促自觉性不强的学生，有效解决部分学生对实验敷衍了事的问题，还能改善学风，为“我要学”的学生创设更加良好的学习环境。为了保证“要我学”的效果，我们必须优化学生成绩考评方案，加强实验的过程管理。在实验教学中，教师必须对预习、操作、数据处理等实验环节提出严格要求，并加强督促检查，使学生只有在完成上一实验环节的任务后才能进入下一实验环节。