侯秀芳 陳亮

【摘要】以培養(yǎng)學生實驗能力和實驗創(chuàng)新能力為核心，結合學生的專業(yè)類別，對基于層次化物理實驗教學進行了改革與探索，提出層次化、系列化、多樣化的教學體系，滿足了不同層次、不同專業(yè)學生對實驗能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的需要。

【關鍵詞】物理實驗改革探索系列化層次化多樣化

【基金項目】河南理工大學校教改重點項目“理工科院校物理實驗分類教學體系研究與實踐”。

【中圖分類號】O4-33 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）06-0156-02

大學物理實驗是大學實驗課程中的第一門實踐性課程,開設該課程的目的不僅是讓學生受到嚴格、系統(tǒng)的實驗技能訓練,掌握科學實驗的基本知識、方法和技巧,而且可以鞏固所學理論知識,培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際、分析和解決實際問題的能力,培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W思維能力和創(chuàng)新精神,特別是與科學技術發(fā)展相適應的綜合能力。但是在建立高校物理實驗教學體系時，專業(yè)需求差異、學生認知發(fā)展水平差異以及實驗資源利用率的差異等因素必須考慮在內，用一種統(tǒng)一的模式，對學生進行不加區(qū)別的物理實驗教學是難以實現(xiàn)預期效果的。為此我們結合學生的專業(yè)類別和培養(yǎng)目標，對基于分層次與創(chuàng)新培養(yǎng)的物理實驗教學改革進行探索。

1.大學物理實驗教學體系改革的必要性

目前，國內高校中實驗教學內容體系形式上主要有兩種：一種是分層次實驗體系，如上海交通大學將物理實驗分為基礎訓練物理實驗；基本物理實驗；綜合設計性物理實驗；理科物理實驗；近代物理實驗。另一種是分級實驗體系，如中國科學技術大學的四級實驗教學體系，打破力、熱、電、光、普物與近物的界限，將物理實驗分為一、二、三、四級物理實驗。這兩種實驗教學體系其實質是相同的，都是以實驗的重要性及實驗的難易程度為重點，將實驗分為不同層次。這種分層教學體系并沒有考慮學生的專業(yè)方向和將要達到的不同的培養(yǎng)標準，不同專業(yè)類型的學生接受的物理實驗訓練內容依然相同。

2.基于層次化物理實驗教學的改革探索

2.1層次化

2.1.1教學內容層次化

為了適應新形式的要求，在教學內容上刪除一些陳舊的實驗項目，增加一些反映新技術的實驗項目。同時將實驗項目層次化，將實驗項目分為三個層次。

首先是基礎實驗，此實驗教學階段著重于對學生物理實驗基本知識的培養(yǎng)，基本儀器的使用。通過基本實驗技能培養(yǎng)，學生掌握各種常用儀器的用途、用法并能熟練使用：掌握基本的操作技巧，熟悉基本實驗方法，掌握基本物理量的基本測量方法。其次是綜合實驗，綜合實驗提高了儀器設備的復雜程度，提供了許多內容廣泛、實驗類型齊全、綜合性較強，難度較大的實驗項目，及時將物理學前沿內容、科研成果經(jīng)過濃縮提煉轉化到實驗教學中。許多實驗采用了計算機數(shù)據(jù)處理、數(shù)字示波器、傳感器等現(xiàn)代化的實驗技術。最后是設計實驗，設計性實驗的最大特點是補充了代表當代物理學發(fā)展的實驗內容、實驗方法和手段。因此開出了傳感器系列實驗、相片的攝制及圖片處理系列實驗和微波系列實驗等。設計性實驗與當今科學技術飛速發(fā)展是分不開的，特別是半導體、激光、材料、微電子、計算機等科學和技術的發(fā)展,加快了知識更新的速度，新時代要求將與物理學密切相關的新內容、新技術、新方法及時地傳授給學生。

2.1.2教學過程的層次化

在對實驗項目層次化以后，首先完成必做的基礎、綜合和設計實驗。對于必做的基礎或基本實驗，我們的要求并不放松,在教學方式、方法上也作了改革嘗試：首先，對于一些最基本的實驗采用實驗室開放的方式來進行。然后對本學期所有開設的實驗,分期開放相應的實驗室，為學生提供預習實驗的良好條件。除此之外，還利用課程網(wǎng)站提供預習方式。在保證有良好預習實驗的前提下，我們嘗試著改革了目前的教學方法，在學生進入實驗室后，指導教師首先檢查他們的預習情況，包括提問實驗目的、原理、儀器、步驟等部分內容，其次檢查預習報告，在合格的情況下學生開始進行實驗，指導教師不進行原理、儀器、步驟等內容的詳細講解，只是對該實驗的一些注意事項進行強調，避免出現(xiàn)不必要的錯誤，損壞實驗儀器。課程前段時間，要求學生自主實驗，互相不要交流，有問題由指導教師幫助解決，在課程后半部分時間，允許學生相互交流，交流實驗的體會、過程，討論實驗內容和步驟，完善實驗數(shù)據(jù)。指導教師在指導過程中，一般只進行提示指導，不幫助具體的操作。所有的實驗內容一般均由學生獨立完成。

另外，在規(guī)定的實驗項目完成后還有部分實驗項目可供選做，實驗教學方法開放，在實驗進行的過程中，教師只負責提供實驗條件、指導咨詢及課堂紀律檢查等，具體的實驗步驟、數(shù)據(jù)采集及取舍直至做完實驗完成報告，均由學生獨立完成。其目的就是通過開放性實驗的實踐,培養(yǎng)鍛煉學生把已經(jīng)學過的知識綜合、提高，全面靈活地加以運用和發(fā)揮，以此來培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和發(fā)現(xiàn)問題、分析問題的能力。

2.1.3教師隊伍的層次化

為了統(tǒng)籌兼顧各層次的學生都受到良好的實驗訓練，確定的物理實驗項目對學科分布、不同專業(yè)更具有針對性，因此需要教師不僅具有熟練的實驗技能，還要掌握多方面的相關知識，同時增加了他們的工作量和教學精力，為了使指導教師把精力主要放在指導進行研究性課題的學生方面，可采用研究生或高年級本科生協(xié)助指導一般實驗的方法，降低指導教師的工作量。同時,完成研究性課題的學生可由其它教師指導，并給予相應的工作量，減少了實驗課指導教師的工作壓力。這就迫使教師要加強自身修養(yǎng)，努力提高自身工作能力。

2.2.系列化

按同一物理現(xiàn)象(原理)觀測(驗證)的多種方法和同一物理方法多種應用的一組實驗組成實驗系列模塊。有利于培養(yǎng)學生發(fā)散思維、啟發(fā)創(chuàng)新。新體系將實驗教學分為：激光器系列實驗、示波器系列實驗、光纖信息系列實驗、CCD多功能系列實驗、超聲波系列實驗、光學平臺系列實驗、相片攝制及圖片處理系列實驗、微波系列實驗、傳感器系列實驗、物理仿真系列實驗10個系列模塊。不同的系列實驗服務于不同的專業(yè)，以超聲波系列實驗為例，其系列實驗項目有：超聲聲速的測定、多普勒效應測量超聲聲速、超聲駐波中的光衍射與聲光調制、超聲測液位、利用超聲測量厚度、超聲光柵的應用、超聲無損檢測的原理與應用。超聲波系列實驗主要服務于機械類、土木類，這些專業(yè)的學生可以在各自的起點上選擇此系列中的相關實驗項目，從而獲得數(shù)量、層次不同的知識與技能信息。

2.3.多樣化

我們利用學生上實驗課的輪空時間，每學期安排一次集中演示，介紹全息存儲，彩色編碼，超聲測距、光纖通訊、半導體制冷等一系列高新技術實驗，激起了學生對高新技術學習的極大興趣。這樣會縮短教學與科研、理論與實踐的距離，使學生的獨立設計與科研能力得到很好的鍛煉，開闊學生視野，拓展學生知識面，使他們對最新的科學進展及其在工程技術上的應用有一定的了解。

3. 基于層次化物理實驗教學的改革與探索的預期效果

3.1學生的專業(yè)素質明顯增強

基于層次化物理實驗教學體系，是在結合學校的學生的基礎，學科分布及培養(yǎng)目標，進而確定的物理實驗項目，并針對不同的專業(yè)，提出不同的教學要求。如電氣類專業(yè)的學生要求必做傳感器系列實驗，土木類專業(yè)的學生要求必做超聲波系列實驗等等，該體系一定程度上做到了因材施教、因需施教，提高了學生的專業(yè)素質。

3.2學生的實驗能力明顯提高

采用層次化、系列化、多樣化的教學體系,各系列模塊的教學內容既相互獨立，又有機聯(lián)系，在每個功能模塊中又形成層次化結構。通過同一方法解決不同問題和同一問題采用不同方法解決的對比，啟發(fā)學生縱橫聯(lián)想、發(fā)散思維，激發(fā)學生的求知欲、想象力和創(chuàng)造力；提高學生應用所學的物理及其他學科知識，解決實際問題的能力；增強了學生的學習動力，培養(yǎng)了學生的發(fā)散思維能力、歸納概括能力。

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