地方师范院校普通物理实验课程与中学物理实验教学衔接的探讨

2021-06-07杨祖念吴显云

大学物理实验 2021年2期

张容，杨祖念，李斌，吴显云

(成都师范学院物理与工程技术学院，四川成都 611130)

在地方院校向应用技术型本科转型和高校创新创业人才培养的背景下，要做到师范生职业化培养的有效性，并能无缝衔接基础教育课程改革和中学教育教学，仅靠高校人才培养方案中的教师教育课程的教学是不够的，还需要专业理论课程、实验课程教学的积极配合。其中实验课程教学对师范生职业素养、职业技能和创新能力的培养及提升，以及对中学物理实验教学的指导起到了非常重要的作用[1]。为此，以《普通物理实验》课程为例进行课程教学研究。其目的是通过该课程的教学实践，摸索实验课程如何在保证课程原有功能的前提下发挥其对教师教育课程的配合与辅助作用，以及促进师范生职业技能形成和提升的具体措施[2]。

1 《普通物理实验》课程教学现状

《普通物理实验》是理工科本科学生进入大学校门后遇到的第一门实验课程，它对于培养大学生树立严肃认真的科学实验作风，掌握实验技能，提高实验能力，加深对理论知识的理解，综合运用知识开拓创新等方面起着重要作用[3]。

但长期以来，为数不少的地方师范院校开设的《普通物理实验》课程，其教学内容、教学形式、教学评价等都趋同于综合性大学，且因为种种原因使其课程的原有功能和作用得不到充分发挥[4]。同时，《普通物理实验》课程也未能体现师范生职业化培养的特点和针对性，大大削弱了该课程对师范生培养的功能和作用。课程教学中实际存在的主要问题如下：

1.1 内容设置

传统的《普通物理实验》课程实验项目虽然涵盖力、热、电、光的相关知识和重要实验，但实验项目通常是以现有实验器材或某本通用的《普通物理实验》教材的条目来确定的，比较忽视与中学教学内容和教学指导的关联、与生活实践和对学生体验指导的结合以及促进学生获得实验和研究方法的体现，也就是说比较忽视针对师范生培养所需的专门的实验项目的筛选，且多为验证性实验，探究性和研究性实验偏少，更没有对中学物理实验教学和实验改进具有高屋建瓴指导作用的体现。

1.2 教学模式

传统的《普通物理实验》课程教学通常是以班级或实验组为单位，以固定的时间、指定的教材和实验内容进行实验教学。教学过程一般围绕教材授课，由教师讲解实验目的、实验原理、实验步骤、仪器设备、注意事项，有时教师还要示范操作过程，学生在此基础上模仿着做实验，并获取符合要求的实验数据，课后完成实验报告。千篇一律的老式教学模式让师范生的实验教学死气沉沉，缺乏新意，也缺乏促进学生进行实验探究、解决实际问题的指导。同时，师范生形成了极强的依赖性和惰性，为实验而实验的情况普遍存在，教师职业化教育也就落不到实处[5]。

1.3 教学评价

传统的《普通物理实验》课程的教学评价是比较单一的，一是教师观察学生实验过程中的认真程度给分，二是根据实验报告的撰写质量给分。这样的评价方式基本没有体现基础教育倡导的“评价方式的多样性”，也没有体现对学生创新思维和能力的评价，更没有引导师范生通过该课程的学习建立与中学物理教学相关联的意识和能力，且师范生未能通过该课程体验、学习到如何对实践性课程进行多样化评价的方式以及对中学物理教学高屋建瓴的指导方法。

2 《普通物理实验》课程教学的具体措施

为了充分发挥《普通物理实验》课程对师范生培养应有的教育功能和作用，根据中学物理教师的专业标准划分相应的能力结构，结合人才培养方案，采用一系列教学和评价的措施，经过近三年的实践，获得了较好的效果。

思路是将基础教育改革的新理念、新思想融入《普通物理实验》课程的教学中，让学生在完成学历教育的同时，熟悉中学物理课程教学的理念和方法，培养相应的实验技能和实验教学技能，为学生毕业后尽快成长为合格的中学物理教师打下良好的基础。以下是在该课程实践研究中的一些具体措施。

2.1 优选课程的实验项目

为了提高《普通物理实验》课程对应用型师范生培养的有效性，发挥其应有的教育教学功能，在保留课程原有高度和深度的前提下，首先对其课程内容的体系按照“关联性、实用性、指导性”的原则进行优选：

首先，尽可能多地选择与中学物理教学内容和教学指导相关联的实验项目，比如：验证动量守恒定律、用单摆测定重力加速度、电表的改装与校准、示波器的使用、双棱镜干涉等。

其次，尽可能多地选择与生活实践结合，且有对学生体验指导相关联的实验项目，比如：长度测量、声速的测定、液体的表面张力系数的测定、薄透镜焦距的测定等。

第三，尽可能多地选择能指导学生获得多种实验方法和研究方法的实验项目，比如：电流表内阻的测定、等厚干涉及其应用、用电位差计测量电池电动势和内阻、磁感应强度的测定等。

将高中物理必做实验项目和“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材《普通物理实验》所列实验项目进行比对，以“关联性、实用性”的原则优选了以下实验项目作为师范生《普通物理实验》课程的重要内容，并明确其“指导性”，详见表1所示。

表1 高中物理实验与普通物理实验教学目标对比

续表

2.2 采用恰当的教学方式

根据不同的实验项目和实验内容，采用不同的教学方式，促进学生主动参与实验探究，形成研究、反思、质疑、创新、学以致用等意识和能力，才能达到较好的实验教学效果。在教学实践中摸索出如下具有针对性的教学方式：

2.2.1 基础性实验的教学方式

《普通物理实验》中的基础性实验往往与中学物理实验关联，有些实验的名称都完全相同。比如：验证动量守恒定律、用单摆测定重力加速度等。对于这类实验的教学目标不能仅仅停留在与中学物理实验研究的内容和方法相同的层次上，而应该确定更高层次目标来促进学生深入探究，提出新的问题，获得全面而科学的实验方法，进而解决问题，并反思中学和大学两个层次的同一个实验本质核心有何异同，从而指导师范生高屋建瓴地进行中学物理实验教学设计和实施。高目标的达成需要采用恰当的教学方式来支撑。

教学方式设计：让学生通过回顾或者实验操作，重温在中学时期做此实验的过程和要求；教师顺势提出一两个问题，启发学生提出更多新的问题；通过小组讨论，提出探究这些问题的具体方案；然后准备实验器材(可以对器材进行改进完善)合作完成探究任务；对实验数据、现象、原因等做出实事求是的分析；进行反思，并与中学相应实验过程和结果进行对比，获得具有指导性的中学物理教学素材或实验器材改进设计思路等。

2.2.2 探究性实验的教学方式

《普通物理实验》中的探究性实验，是促进学生提出问题、猜想假设、设计实验、进行实验、数据收集整理、问题分析研究、对实验的评估等能力形成和提升的主要载体。就《普通物理实验》而言，探究性实验在大学的“猜想假设”与在中学的“猜想假设”是有一定区别的。中学一般是从现象出发，在不知物理原理的情况下进行猜想假设，从而探究出物理规律，而大学通常是已经熟知了物理原理再来进行实验探究，提出猜想与假设。显而易见，中学和大学实验，尤其是实验名称相同或基本相同的实验，所探究的内容和解决的问题应该是不相同的。因此，对与中学教学相关的实验进行探究时，探究的侧重点应放在如何减小实验系统误差上，可包括实验的方法、误差的分析、实验仪器的改进等，而不是简单的“验证性探究”。

教学方式设计：从减小实验系统误差出发，探究多种方法进行同一实验，得出哪种方法更能减小系统误差。引导学生对每个仪器产生的系统误差认真分析，合理估算，研究改进的方法，提高实验的精确度。

比如：测电池的电动势和内阻实验，在中学用伏安法进行测量，采用一种近似，从理论上讲其数值总小于电池的电动势。中学及大学物理教科书中都有断路时端电压等于电动势的论断，但是伏安法无论如何是无法在断路的情况下进行测量的，即使再灵敏的数字电压表也无法测量断路的电池的端电压。而大学一般用的电势差计进行测量，虽然准确度已提高，但是它应用补偿原理，电路也不是断开的。通过引导学生探究用冲击电流计法进行测量，它是通过测定端电压是断路时的电压，所以与教材上的断路时的端电压等于电动势完全一致。

又如，用气垫导轨验证牛顿第二定律，中学因还没有学习刚体力学，而对小滑轮的折合质量予以忽略，从而会引起较大的系统误差。因此，应该引导学生通过减小滑轮的直径或改变材质，降低小滑轮转动惯量，减小系统误差。

通过探究性实验的学习，让师范生们了解学科前辈艰辛的科学探究经历、奇妙的科学探究思想和经典的科学探究结果，并在今后的中学教学中进行渗透。这无疑是将那些呆板的书本知识以人性化的面目呈现给中学生最好的方式之一。

2.2.3 综合设计性实验的教学方式

《普通物理实验》中的综合设计性实验，让学生根据实验仪器来设计实验并进行实验。教学中突出物理思想，注意培养学生的实验设计能力和创新性拓展，这也是师范生应具备的一种职业能力。就目前而言，中学有一部分实验难以按教材提供的方案进行或者根本就欠缺相应的实验方案和实验器材，以至于教学内容枯燥和抽象，因此需要任课教师根据教学需要设计相应的实验，自制相应的实验器材，将物理现象和知识直观地展示给学生。因此注重对师范生实验设计能力的培养就显得尤为重要了。

教学方式设计：分别在力、热、声、光、电实验课程结束前，由教师给出几个综合设计性实验题目(也可由学生自行拟定题目)，利用实验课程使用过的器材或者实验室提供的器材，甚至由学生自制的器材，然后自主选择实验方法，或者设计实验方案，最后完成实验。

比如，“电表改装与校准实验”，让学生自行设计测量微安表头内阻的几种方法(数字万用表法、替代法、半偏法、电位差计法以及电桥法)，并阐述各种方法的优缺点。同时要求学生自行设计将微安表头改装成多个量程电流表和电压表，甚至自制万用表，以加强学生电路设计能力和创新意识。

2.3 设计合理的评价指标

基础教育改革对学生学习评价提出了明确的要求，中学物理学习在评价方面强调定量和定性相结合、形成性评价和过程性评价相结合，提倡考核方法多样化，同时强调对学生探究能力的考核。为了让师范生提前接受这种评价思想，体验和学习多样性的评价方式，并检验他们将《普通物理实验》课程与中学物理教学相关联的意识和能力，设计了《普通物理实验》课程的评价指标，详见表2所示。

表2 《普通物理实验》课程的评价指标

2.4 拓展《普通物理实验》课程的实践性内容

地方师范院校的培养目标是面向地方基础教育和中职教育，成为能够在基础普通教育和中职教育一线从事教学工作的高素质应用型人才，而基础教育《物理课程标准》提倡教师根据当地条件进行课程资源的开发。为此，增设了校级课程《中学物理创新实验设计与教具制作》作为《普通物理实验》课程的实践性拓展内容，希望该课程促进师范生形成将大学所学知识用于指导中学教学的意识和能力，让学生从《普通物理实验》课程中学到的物理实验设计理论、设计思想和设计方法运用于中学物理实验仪器的改进和对低成本教具的研制；同时，全面熟悉各种实验工具及材料的选择和使用；具备结合实际开发课程资源的意识和能力；培养学生的创新意识和能力，为学生走上工作岗位进行中学物理教学打下良好的基础。学生在课程学习所形成的实验设计、制作的实验器材、撰写的实验报告等不仅可作为考核的依据，还可作为毕业论文(设计)方向和基础。