地方师范院校大学物理实验教学改革探索与实践——以天水师范学院为例

路飞平，赵玉祥，左银艳，武彩霞，刘兴霞，师应龙

（天水师范学院 电子信息与电气工程学院，甘肃 天水 741001）

大学物理实验是理工科高等院校开设的一门重要基础课，其内容涉及面广，实用性强，体现着丰富的科学思想与方法，其主要教学目的在于激发学生学习物理知识的主动性，将物理理论知识在物理实验中进一步深化，从而巩固学生的物理基础。大学物理实验课程的有效开设，能有效培养学生的科学实验基本素质，让学生初步理解实验科学的思想与原理，养成科学思维和创新意识，掌握实验研究的基本方法，提高分析能力和创新能力。[1-2]本论文拟在分析地方师范院校大学物理教学中存在问题的基础上，探究其成因，提出对应的改进策略。在天水师范学院大学物理实验教学平台上的实践结果表明，该改进策略确实能有效提高地方师范院校大学物理实验的教学质量。

一、地方师范院校大学物理实验教学研究现状

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会制定的《理工科类大学物理实验课程教学基本要求》中明确指出：物理实验课是高等理工科院校对学生进行科学实验基本训练的必修基础课程，是本科生接受系统实验方法和实验技能训练的开端。因此，在理工科专业中，大学物理实验的教学质量是决定理工科专业学生培养质量的关键因素。高等院校在开展大学物理实验教学时面临诸多困难，而地方师范院校因其地域特征，面对的困难又具有一定特殊性。

地方师范院校一般处于经济和文化比较落后的地区，相比“双一流高校”，招收的学生高考成绩相对较低，学生自觉学习的积极性不高，教学理念及教学条件相对落后,大学物理实验教学质量差的状况普遍存在，已经影响到地方师范院校的人才培养质量，引起了相关人员的关注。[3-7]倪燕茹以泉州师范学院为研究对象，分析了传统教学模式存在的问题后指出，在地方师范院校中公共大学物理实验课程教学时数较少，没有开放实验室供学生预习使用，课堂上全面检查学生的课前预习情况很难实现，导致课前预习流于形式，致使大学物理实验教学质量下降。研究人员采用线上线下混合教学模式教学，两个学期的教学实践取得了良好的教学效果。[3]阿地力·吐尔逊等人针对新疆师范大学大学物理实验教学中存在验证性实验多，设计性实验少，实验课时有限，学生兴趣不高等问题，提出采取革新实验内容、实现实验种类多元化、加强实验竞赛等改革措施，改变了大学物理实验教学质量不高的局面。[4]王溢琴等人研究指出，地方高校大学物理实验教学由于受客观条件和教学时间的限制，学生很难正确掌握实验方法和实验步骤，导致出现学生在实验中盲目操作，得到的实验结果与书中给出的结果大相径庭的现象，研究人员借助计算机仿真技术设计了基于B/S结构的仿真实验平台，调动了学生做实验的积极性，帮助学生巩固了所学的物理实验知识，有效提高了大学物理实验的教学质量。[5]刘晓颀等人研究了大学物理实验教学内容与前沿的科学技术关联性不强、不能完全体现最新的研究成果与实验方法，导致学生知识储备不足、不能学以致用等问题，认为利用慕课实现大学物理实验教学中创新能力的培养，可以提高大学物理实验教学质量。[6]张明霞研究了传统的光学实验教学模式存在的问题和实验教学质量不高的原因，在光学实验教学中提出确立科学合理的教学目标、优化光学实验教学内容、完善学生考核评价体系以及创立开放探索性实验教学模式的教学改革模式，有效改善了地方高校光学实验教学的教学质量。[7]可以看出，如何有效开展大学物理实验的教学工作，是高等教育领域研究的一个热点问题。

二、地方师范院校大学物理实验教学存在的问题

地方师范院校一般处于经济和文化水平相对落后的地方，与“双一流高校”相比，存在教学经费投入不足、师资力量相对薄弱、生源质量较差以及学术交流贫乏的问题。只有摸索出切合校情的教学模式，才能提高本科教学质量。大学物理实验教学对实验仪器的先进性、教师教学理念以及学生的动手与创新能力方面都有较高的要求。大学物理实验教学中普遍存在着教学仪器陈旧、教学观念及内容落后、生源质量较差、办学空间不足等问题，[2，6]这些问题在地方师范院校中表现得更为突出，亟需高校大学物理实验教学研究人员关注和解决。

1.教学内容陈旧，缺乏创新

大学物理实验分为力学、热学、光学、电磁学及近代物理实验五部分，累计约40多个实验项目。在长期的教学过程中，地方师范院校因教学经费有限，办学空间不足，基础物理实验室实验项目更新速度缓慢，教师在教学过程中往往只是按照既有条件开课，相同的实验项目开设多年，与物理学的快速发展相比，实验内容显得陈旧，跟不上物理学学科的发展步伐。此外由于实验条件的限制，学生只能选择教材中规定的实验项目中，做一些验证型实验，这些因素导致整个实验教学与物理学的发展严重脱节，学生陷入被动式的学习模式中，教学效果受到影响。

2.以教师为中心的教学模式导致教学质量降低

地方师范学院一般位于经济文化落后的地区，交通、信息、文化交流相比一二线城市落后很多，学术资源和和办学经费紧张，受这些条件的限制，普通教师与外界的交流有限，与外界的学术交流很少，不能及时更新教学方法和理念，一般采用的方法为教师课前布置学生预习，课中讲授基本的实验原理和实验注意事项，课后安排实验报告的写作，整个教学过程完全由任课教师规划完成，形成了典型的以教师为中心的教学模式。这种陈旧的教学方法造成教师不能充分掌握学生的课前预习和实验操作情况，且在整个教学过程中，教师和学生的互动较少，学生依赖思维严重，参与实验兴趣不高，不能有效开发学生的创新性思维，抑制了学生对实验的好奇心和主动性，难以激励学生的积极主动性和创造探索精神，不利于学生实践能力、科学素质和教师教学质量的提高。

3.考核方式单一，不能全面掌握学生的学习情况

大学物理实验考核方式的科学与否，关乎大学物理实验教学的教学质量，已引起了研究人员的重视。[2，8]长期以来，实验教学按照课前预习、课中操作和课后的实验报告三者结合的方式划定成绩。由于课堂时间有限，教师很难抽出时间检查学生的课前预习情况，部分同学的预习报告只是罗列教材上的内容，没有真正地提出问题，缺少主动的思考过程，教师往往只能凭借预习报告对学生的实验课前准备打分，对学生预习效果、学生对实验原理和实验事项的掌握程度很难准确掌握。此外，由于课堂实验时间有限，不能保证每个同学都有充足的动手操作机会，导致教师对学生的课堂动手操作能力不能准确掌握，学生实验操作做好做差一个样。如果这种情况长期持续，必然影响学生参与实验的积极性。只有丰富考核模式，体现学生在整个实验过程中的真实情况，激励先进，督促后进，将学生对实验的积极性和主动性激发出来，才能有效提高大学物理实验的教学质量。

4.大班额实验教学，很难有效掌握学生的实验情况

目前，地方师范院校由于转型的需要，专业构成方面已由当初的纯师范专业向综合性方向发展，很多地方师范院校招收的专业中，一半甚至一半以上为理工科专业。大学物理实验作为理工科专业培养方案中的一门专业必修课，大学物理实验室承担了大量的大学物理实验教学工作。通常每个班大约有学生40～50人，甚至个别学校达到60余人，这么多学生同时开展实验，导致的局面就是实验教学资源极度紧张，学生得不到充足的动手机会，教师也不能有效指导每个学生的实验操作，导致大学物理实验教学质量较差。如何解决大班额大学物理实验教学中存在的问题，让学生在有限的时间内有效地进行实验教学，是目前必须解决的问题。

5.学生实验技能低下，影响教学质量

地方师范院校的生源分布主要来自地方师范院校周围的县区，一般而言，这些县区经济文化更加落后，基础教育质量与经济发达地区相差较大，因中学物理实验仪器设备缺乏，导致不少中学物理实验很少，甚至基本就没有开过，学生能自己动手做实验的机会少之又少，大部分物理实验教学往往只是教师在讲台上做演示实验，甚至是看老师在黑板上“讲实验”。这些地区的学生在初、高中时对物理实验操作技能没有得到训练，连一些最基本的实验工具如游标卡尺、螺旋测微计、分析天平、电流表、电压表等也不会使用，甚至在一小时内组装简单的串并联电路都会出现问题。学生实验动手能力低下的问题，往往导致在做大学物理实验时自信心不足，害怕动手做实验，实验操作的参与度不高，更有一些同学为了按时完成实验任务，出现抄袭实验数据的现象，造成大学物理实验教学质量下降。

三、地方师范院校大学物理实验教学改革策略

地方师范院校的大学物理实验教学改革，与“双一流”高校大学物理实验教学改革的最大不同之处在于：前者在师资力量、生源质量、硬件设施、信息交流方面均远远落后于后者，且前者的大学物理实验教学中存在的问题有一定的地域特性。因此，要解决地方师范院校大学物理实验教学中存在的问题，须从地方师范院校实际情况出发，充分考虑地方师范院校的地域特色和办学方针，制定出切合实际的改进方案，才能有效解决大学物理实验教学中存在的问题。本论文基于地方师范院校共同存在的一些典型问题，以地方师范院校天水师范学院大学物理实验教学平台为实践基地，通过近三年的教学实践，实践结果表明，本研究提出的教学改进策略，能有效提高地方师范院校的大学物理实验教学质量。

1.通过革新实验教学内容提高教学质量

为了改变教学内容过于陈旧的状况，在实际教学的过程中，本教学团队尝试采用基于教材又不拘泥于教材的教学方法，借助现有的实验条件，多思考，多挖掘，在条件许可的条件下，开展创新型实验，以此提高学生的科学素养和创新能力，培养学生的实验兴趣。比如在做“液体表面张力系数的测定”的实验时，传统的教学方案往往只是测量一下某种液体的表面张力系数，学生做起来感觉索然无味，教学团队在实验中尝试测量不同品种的牛奶的表面张力系数，测量不同浓度下（水为溶剂）牛奶的表面张力系数、测量在空气中暴露不同时间时牛奶的表面张力系数的变化特性、测量牛奶表面张力系数和温度的关系特性，以此来判断和认识不同牛奶的品质。在此过程中教师引导学生查阅相关资料，分析实验结果，理清实验现象的本质，提高了学生做实验的兴趣和实验统筹及动手能力。在做“亥姆霍兹线圈磁场”、“霍尔效应”等实验时，让学生验证手机信号辐射强度对实验结果的影响，并分析原因。很多同学通过这些实验，学到了书本以外的很多知识，培养了他们的科学素养和解决问题的能力。在做惠斯通电桥测电阻实验时，用热敏电阻替代普通的定值电阻，通过控制温度，测量不同类型的热敏电阻的阻值和温度之间的关系，一方面学习了惠斯通电桥测电阻的基本原理的方法，又将该方法进一步拓展到其他方面，开拓了学生的学习思路，也培养了他们对物理实验的兴趣。

此外，教学团队结合自己承担的科研课题开设了创新设计类实验项目。授课教师根据大学物理实验教学大纲及相关科研课题，确定实验内容，然后布置作业，让学生自己查阅资料，设计实验方案，然后在创新设计类实验课上开展讨论。有的实验方案虽然不能在实验上得到完全验证，但讨论了的实验内容在相关科研课题的应用过程，能够激发学生的自主学习能力和思考能力。如本教学团队的实验指导教师选拔了一部分实验能力较强的学生，进入天水师范学院激光研究所实验室，观摩“太阳能驱动的全固态低阈值激光器研究”项目，一部分特别优秀的学生甚至承担了该项目研究资料整理、基础数据测量等研究工作，提高了学生的实验能力，激发了学生参与科学研究的兴趣。正是基于此，在第二届甘肃省大学生物理实验竞赛中，本教学团队培养的学生代表队获得专业组设计类大赛一等奖，总成绩位列甘肃省高校第四名。

2.确立以学生为中心的教学模式，提高实验教学质量

以教师为中心的教学模式，严重影响了大学物理实验教学的质量，导致教师不能掌握学生对教学内容的理解和掌握情况，老师讲授的问题和学生关注的问题存在错位现象，无法培养学生在实验中的积极性和主动性，最终的结果就是抑制了学生发现问题和解决问题的能力。因此，建立以学生为中心的教学模式，是提高大学物理教学质量的有效途径。[9]为了解决在大学物理实验中存在的这些问题，本教学团队确立以学生为中心的教学模式，让学生从被动变为主动。比如在全班选择一部分动手能力强，善于发现问题和解决问题的学生作为“副导师”，让他们调查同学们想做什么实验，做实验时有什么困难。然后让这些“副导师”在课余时间进入实验室，指导其他同学对相关实验项目进行操作，开展讨论，解决实验中存在的问题，最后在课堂教学中指导同学进行实验操作，让传统的以教师为中心的教学模式转变为以学生为中心的教学模式，将学生的主动性调动起来。

3.借助现代信息技术改进实验考核方式

在以往的实验考核中，学生的出勤率也是考核的一个标准，传统的大学物理实验教学模式中，仅教师的课前点名往往就需要花费3～5分钟来完成。此外，由于时间有限，不能针对学生的预习情况提问每个同学，难以精准掌握学生课前预习情况。为了改善这种落后的方式，本教学团队借用信息化手段有效地解决了此类问题。比如采用对分易APP教学平台，可在10秒内完成出勤考核。教师通过教学平台提前设置好与实验相关的问题，在课前、课中或课后，通过问卷的方式让学生在规定的时间内回答问题，及时掌握学生对实验内容的掌握情况，以便教师能针对性地改善教学方法。通过教学实践，发现将APP教学平台引入到大学物理实验教学中，提升了教师对学生实验情况了解的精准度。

4.采用分组循环实验提高实验效率

因实验资源有限，在大班额的条件下，让40多名同学同时开展同一个实验，条件是不容许的，为了避免一人动手，多人围观的局面，本教学团队采用分组循环的教学模式，将班级按照实际情况分为多个大组，每个大组又以2～3人为一个小组。比如在做电磁学实验时，将1个班级分为3个大组，第1次做实验时，第1组做制流电路与分压电路实验，第2组做二极管的伏安特性测量实验，第3组做惠斯通电桥测电阻实验。第2次做实验时，第1组做第2组做过的实验，第2组做第3组做过的实验，第3组做第1组做过的实验，以此类推，通过3次循环，可完成规定的实验教学计划，有效化解了实验仪器资源紧张的局面，提高了实验效率。

5.采用分层培养模式提高实验教学质量

针对不同地区生源学生在物理实验基础上存在的差异性，教学团队提出采用分层培养的教学模式。具体就是通过调研学生的学习背景，将具备一定的实验基础和没有实验基础的学生分成两个大组。对于具备一定实验操作基础的同学，采用常规教学模式，同时鼓励他们做一些创新型实验，加强他们的实验技能，培养他们的创新能力，其中实验技能特别优秀的学生甚至参与了实验指导教师的新型激光器研发科研课题。对于那些没有任何实验操作经验的同学，则采用从基础实验开始教学，首先教会他们使用实验室常用仪器，如电流表、电压表、电流源、游标卡尺等，同时做一些对实验技能要求相对低的实验，如长度的测量、物体密度的测定、伏安法测电阻等实验，培养他们的实验动手能力和做好实验的自信心，一般而言，通过半个学期的培养，这些学生的实验技能会得到极大的提高，缩小与第一组同学之间的实验技能差距。

四、结 语

本文以地方师范学院大学物理实验教学现状为研究对象，总结了地方师范院校大学物理实验教学在教学内容、教师教学模式、考核方式、大班额以及生源之间的差异等问题，并对这些问题的成因做了详细分析，提出了相应的改进策略。最后以天水师范学院大学物理实验教学平台为实践基地，进行了为期三年的大学物理实验教学改革实践。实践结果表明，本研究提出的改进策略能有效改善传统教学中存在的问题，能切实提高大学物理实验教学质量，不仅可为提高地方师范院校的大学物理实验教学提供帮助，也可为其他高校提高大学物理实验教学质量提供有意义的参考。