浅谈“大学物理实验拓展”选修课建设经验

芮云军 杨迎

[摘 要] 在大学物理实验教学中，部分学生表达出希望继续深入实验研究的愿望，为此开设了《大学物理实验拓展》选修课进行教学。该课程的开设对培养学生创新思维和创新实践能力起到了积极的作用，同时教师在指导过程中，也提升了自己的教学水平和解决实际问题的能力。可以说真正实现了师生的“教学相长”，值得借鉴。

[关键词] 大学物理实验;拓展;创新实践;教学相长

[基金项目] 南京工业大学教学改革项目（2019JXGG2011）;江苏省大学生创新训练计划重点（国家级）项目（20181029108X）

[作者简介] 芮云军（1977—），男，江苏丹陽人，博士，副教授，主要从事大学物理实验教学研究;杨 迎（1987—），男，湖北随州人，讲师，博士，主要从事光学工程教学与实验研究。

[中图分类号] G642    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）43-0265-02    [收稿日期] 2020-03-25

物理学是一门以实验为基础的学科，对理工科学生来讲，扎实的实验能力和实践探究能力是创新能力培养的重要方面，而《大学物理实验》课程可以承载培养学生创新能力的功能。但是现行大学物理实验课的内容，特别是经典实验，大都是验证性的。强调动手能力的培养，忽视创新能力的培养。实验课体系按学科分类，忽视各学科间的渗透和交融，已不适应时代发展的需要[1]。

另外，工科学生的物理实验课时明显偏少，学生只能进行一些基础性实验的学习与操作，主要是进行基本理论、基本方法、基本技能的“三基”系统训练。可以说，学生的创新意识刚刚被有所启发，就“戛然而止”，非常不利于学生创新能力的培养。所以我们通过对《大学物理实验拓展》课程的建设，积极进行物理实验教学模式的研究与实践，使学生对物理实验的兴趣延续，更加勇于提出实验过程甚至生活中的物理问题，积极思考，培养创新意识与创新实践能力;同时教师作为指导者，也要不断学习，提高理论和业务水平，解决实际问题，实现师生之间的“教学相长”。

一、大学物理实验课程改革的发展现状

国内的一些高校已经进行了积极的教学改革并且取得了不小的成果。复旦大学的吕景林教授等人以演示实验作为切入点，开创了新的实验教学模式[2]。通过“物理演示实验拓展”“基础物理建模”等课程，搭建学生的创新实践平台，培养了学生发现问题的能力和创新思维的品质。华东师范大学的尹亚玲教授等人采用“问题教学”作为教师教学的主要形式，调动学生提问的兴趣[3]。结合科学论文和课外探究，实现对学生自主学习能力和探究学习能力的最大激发。

对于国外高校，其物理实验教学的目标就是培养学生的创新思维能力，运用科学方法论解决理论及实践中问题的能力[4，5]。俄亥俄州立大学和密西西比州立大学的基础物理实验教材中，开设“课外实验（home work）”“小项目研究性实验（short project）”，例如制作一个无线电发射装置，一个直流电机或可变电压电源。马里兰大学的科学教育中心曾编写过一本有关“自制仪器”的书籍，从简易天平到电流表等75种仪器的自制方法都作了详细的介绍，指导学生自主探索和研究。

二、《大学物理实验拓展》选修课建设

培养学生的学习兴趣和创新能力，除了教师教学方式的转变和教学内容的更新外，还必须提供给学生探索和实践的自由空间，给学生提供创新的舞台。下面谈谈我们的教学经验。

1.搭建实验创新平台

学生的“奇思妙想”能够变成现实，依赖于大学物理实验创新平台的建设。学院物理实验教学中心专门开辟出两间大教室进行拓展实验。在拓展实验室里有各种实验工具，如电表、导线、螺丝刀、钳子、电焊机、老虎钳等。教室里配有黑板，投影仪，可以定期开展小组讨论和创新实验讲解。其次，借助于信息技术，建立虚拟仪器实验平台，对于难以观察的，复杂的实验进行模拟和数值计算，使之成为拓展实验的补充。

另外，将学生历年来在省、市各类物理实验、光电设计竞赛中的案例，编写成册，供学生查阅。同时，这些竞赛作品也陈列在教室里，成为看得见、摸得着的“奇思妙想”的导火线，引领学生不断开拓创新。比如，同学通过往届竞赛作品，“迈克尔逊干涉仪测量透明物体折射率”之后，设计出了能够使物体的光程差发生连续变化，高精度测量的旋转平台，撰写了科技论文且申请了专利[6]。可见，创新实验平台的建立，极大地激发了学生的创作热情和实践能力。学生的创新实验方案正是在这里得到了有效实施。

2.教师创新团队建设

需要指出的是，“激发学生的创新意识，培养创新能力”在很大程度上需要指导教师的因材施教，与教师自身创新能力的提升。清华大学物理系在培养国家乃至全世界一流物理学人才和各行各业栋梁方面，进行了长期的研究和实践[7]。提出了“广揽名师、营造环境，因材施教、自由发展，体验探究、发掘兴趣”的人才培养模式。

我院在《大学物理实验拓展》选修课的教学上，将一线骨干教师组建教师团队。成员中大部分从事大学物理理论教学和实验教学已经接近20年，经验丰富。很多教师还同时承担自然科学的研究项目，对于激发学生兴趣，探索未知世界有着自己独到的见解;对文献的收集，调研，项目的完成，进度的规划和相关论文的撰写，也有着丰富的经验。重要的是，教师团队采用“共同备课，定期研讨”的形式，不断开发新实验，推陈出新。

例如在静态法测量金属丝杨氏模量的实验改造中，有老师设计出利用光电池输出电流的大小来计算金属丝的伸长量。因为光电流与光照强度成线性关系，金属丝的伸长，导致与之相连的挡板发生移动，从而光照强度线性变化。将经典物理实验与光电技术联系起来，将先进科技成果应用到教学实验中，扩大了学生和教师的知识面。

3.学生创新团队的建设

《大学物理实验拓展》选修课中，科技作品的完成者是学生，所以调动学生的学习兴趣，组建学生创新团队非常关键。我们首先以“专业混搭”进行学生组合，这利于实验内容的创新，更有利于思维创新。不同专业学生，对器件的应用有不同的理解，采用的方法也不同，所以在相互交流過程中，容易激发创新思维，提高学生的实践能力。

例如，在分光计测量三棱镜顶角的实验中，很多同学对“三个绿十字像”产生了好奇。物理专业的学生考虑画出光路图解释上述原因，而机械工程专业的学生则利用“三个绿十字像”的相对位置测量，“定量”计算出三棱镜三个角的具体度数[8]。所以不同专业学生的组合有利于取长补短，思维创新，使合作更高效。另外，以“新老结合”的形式，在每个课题小组中，安排一名高年级同学，让其参与实验研究。

三、总结

建设一门新课程，不但需要教师课前做好充分准备，也需要学生的积极参与。我们从这几年开设《大学物理实验拓展》选修课的实践表明，实验创新平台、教师团队、学生团队的建设同等重要，而在科技制作的过程中，培养学生创新思维和创新实践能力，同时要求教师做好表率，提升教学水平和科研能力。实现师生“教学相长”。

参考文献

[1]李春艳，王众臣.大学物理实验课教学改革探索[J].大学物理实验，2001（11）：76-77.

[2]吕景林，乐永康，冀敏，等.创新驱动，开启新形势下以学生为主体的物理演示实验教学新模式[J].物理实验，2018（32）：43-46.

[3]尹亚玲，王博文，柴志方，等.混合教学模式在大学物理实验课程教学中的应用[J].物理实验，2017（31）：41-47.

[4]熊泽本，马世红.美国基础物理实验教科书（讲义）的特点分析[J].大学物理，2017（36）：53-61.

[5]杨宝山，王志军.欧美国家基础物理实验教学特色及其给我们的启示[J].物理通报，1998（10）：12-14.

[6]蒋呼潇，陈博文，芮云军.一种测量液体折射率的角度旋转装置[P].中国：201921862588.6.

[7]王亚愚.清华物理系本科人才培养理念与实践[J].物理与工程，2018（28）：3-4.

[8]芮云军，徐骏，夏友为，等.一种快速测定三棱镜顶角的方法[J].时代教育，2011（12）：1-3.