吳 豐

（華南師范大學 物理與電信工程學院，廣州 510006）

現行大學物理實驗教學的改革與創(chuàng)新

吳 豐

（華南師范大學 物理與電信工程學院，廣州 510006）

從教學內容、教學方式以及考核體系三個層面，指出現行大學物理實驗教學中存在的一些問題，并提出了相應的改革方法.

大學物理實驗教學；存在問題；改革

大學物理實驗課程是高校學生必修的一門基礎課程，是高校理工科教學體系的一個重要組成部分。它是學生接受系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓練的一個開端，其開設意義在于培養(yǎng)學生的觀察能力、實踐能力、理論聯(lián)系實際的能力、分析和解決問題的能力、創(chuàng)新能力，進一步培養(yǎng)學生獨立開展科研工作的素質。作為一門具有特殊意義的課程，大學物理實驗的教學應當與時俱進、不斷創(chuàng)新，以適應新時代對于人才培養(yǎng)的需求［1］。

1 現行大學物理實驗教學的存在問題

1.1 教學內容層面

1.1.1 教材的編寫過于詳細

大多數實驗教材的編寫從實驗目的、實驗原理、儀器裝置、實驗步驟到數據處理都十分詳細，學生僅僅需要按照教材內容，一步步進行機械式的操作，再抄寫教材中的數據表格，填寫實驗數據，便可以完成實驗［2］。學生對教材產生了極大的依賴心理，也降低了學生預習實驗的積極性。教材編寫得十分詳細雖然極大地縮短了實驗所需的時間，但嚴重弱化了學生思考問題的過程，對于學生的觀察能力、思維能力以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是非常不利的，這將與大學物理實驗教學課程開設的目的相背離。

1.1.2 教學內容多為驗證性實驗

教材中的實驗項目多數是驗證性實驗，學生僅僅是根據教材和教師的指導，機械式地完成實驗，抑制了學生探索未知、勇于創(chuàng)新的精神，難以激發(fā)學生的學習興趣。而設計性、綜合性實驗內容較少，這將不利于學生思維能力以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.1.3 教學內容模塊化現象嚴重

大多數教材將實驗項目劃分為力、熱、光、電等模塊，將同一模塊的實驗安排在同一時間段內進行。單純涵蓋一個模塊的實驗知識含量小，忽視了各模塊之間的兼容互補性，且將不利于學生認識到各個知識模塊之間的聯(lián)系以及學生對整個物理知識體系的掌握。

1.2 教學方式層面

1.2.1 “以教師為中心”的教學方式

現行大學物理實驗的教學方式多數“以教師為中心”，即在課程前面的時段，教師向學生介紹實驗目的，講解實驗原理、實驗步驟以及注意事項，然后再由學生進行實驗。在講解過程中，教師一般會將學生常犯的錯誤以及難點都告訴學生，因此學生經常可以較為順利地完成實驗，得到實驗結果［3，4］。但這樣的教學方式忽視了教學活動中學生的主體地位難以調動學生學生的主動性和積極性，使學生極易產生依賴教師的心理，處于被動的學習狀態(tài)，不重視實驗預習甚至完全不進行預習。這將極不利于培養(yǎng)學生的自學能力、實踐能力、分析與解決問題的能力以及創(chuàng)新能力。此外，這種教學方式還使實驗程序化、呆板化，大大降低了物理實驗的趣味性，從而降低了學生的學習興趣。

1.2.2 教學方式較為單一、落后

現行大學物理實驗的教學方式較為單一［5］，基本上只采取現場實物實驗法與講授法，很少采用其他的教學方法，也很少利用多媒體計算機進行實驗展示，網絡實驗室仿真實驗，網絡資源下載等輔助手段。有些對于學生來說非常陌生或者儀器操作難度較大的實驗項目的教學，如示波器的使用、分光計的調節(jié)等，單純通過實物實驗法與講授法是較難保證教學效果的，而且還有可能造成儀器的損壞。

1.3 考核體系層面

1.3.1 考核的形式較少

現行大學物理實驗的考核形式較少，一般為出勤、實驗報告、期末考試三者相結合［6］，忽視了實驗預習的過程一級實驗操作的過程。這將降低學生進行實驗預習的積極性，且不利于培養(yǎng)學生的實踐能力，對學生的評價也不夠全面。

1.3.2 操作考試中所涵蓋的實驗數量較少

在現行大學物理實驗操作考試的考核中，通常情況下僅包括1到2個實驗，這容易造成評價偶然誤差，且不能全面地評價學生。

1.3.3 理論考試題目較為死板，深度較淺

在現行大學物理實驗理論考試中，題目幾乎全部來源于教材，選擇題、填空題所占的比重較大，開放題所占的比重很小，難以對學生分析與解決問題的能力以及創(chuàng)新能力做出較好的評估。

1.3.4 過于重視實驗結果，輕視實驗過程

有的教師在對學生的實驗報告以及操作考試試卷進行評分的過程中，過分看重實驗結果與標準答案的吻合程度，而輕視了實驗的過程。實驗結果與標準答案的很好吻合，是需要一定的實驗條件的，并非只要學生合理操作便能做到。僅根據實驗結果給出成績是片面的、不合理的。而實驗過程是物理實驗的核心部分，對學生分析與解決問題的能力、實踐能力以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有很重要的意義。

2 現行大學物理實驗教學改革初探

2.1 教學內容改革

2.1.1 教材編寫簡單化、省略化

教材在敘述實驗原理、實驗步驟以及數據記錄和處理的內容時，可以有意將部分內容簡化或者刪除，提出相應的問題引導學生進行思考，或者可以附上相關參考文獻、書籍或者網址讓學生通過查閱資料獲取與實驗相關的信息。這樣不僅能提高學生進行實驗預習的積極性，而且有利于培養(yǎng)學生分析與解決問題的能力。

2.1.2 建立四層次實驗教學內容體系

教材中實驗項目的分類不再死板地劃分為力、熱、光、電等模塊［7-9］，而是以實驗項目的綜合難度為分類標準，將實驗項目分為四個層次:基礎性實驗、驗證性實驗、綜合性實驗以及設計性實驗。遵循教學原則中的有序性原則，首先開設基礎性實驗，再分別開設驗證性、綜合性以及設計性實驗，難度逐步提升，將有利于學生掌握系統(tǒng)的科學知識。

1）基礎性實驗。即一些常用基本儀器的使用實驗，如游標卡尺測量物體長度，螺旋測微計測量細小物體厚度，電子天平的正確實驗，電流表、電壓表、微安表的正確使用等簡單實驗。由于基礎性實驗比較簡單，沒有太多的教學難點，因此教學周數不需太長，一般可以控制在幾個教學周之內。（要結合高校實驗室的實際情況）開設這類實驗的目的是為了使學生在實驗課程的開始階段對這些基本儀器有初步的了解，懂得如何進行正確操作，為后續(xù)實驗課程的開展做一定的知識儲備。開設基礎性實驗，不僅對于在中學階段幾乎沒有進行過物理實驗的學生，動手能力有一定的提高，而且還能從一定程度上減少后續(xù)課程中實驗設備的損壞。

2）驗證性實驗。即對基本物理規(guī)律進行驗證的實驗，如不良導體熱導率的測定，薄透鏡焦距的測量等實驗。開設這類實驗的目的是加深對基本物理規(guī)律的理解，讓學生學習和掌握基本物理量的測量方法，儀器的基本調節(jié)與使用，逐步提高學生分析和處理實驗數據的能力，實驗報告書寫的規(guī)范性。

3）綜合性實驗。即結合了多方面的理論知識的實驗，如聲速測定，傳感器實驗等實驗。這類實驗的開設有利于開闊學生的眼界，活躍學生的物理思想以及提高學生綜合應用多種實驗技術、實驗方法的能力。

4）設計性實驗。即學生小組自己設定一個小課題并通過實驗來完成課題，其中教師僅擔任實驗思路的指導工作以及實驗設備的管理工作。這一類型的實驗能有效地訓練學生對所學知識的綜合思考運用，培養(yǎng)學生的自主實踐能力以及創(chuàng)新意識。

2.1.3 適當增添新的實驗和綜合性實驗

適當增添符合當代科技發(fā)展水平的實驗項目，讓學生體會到科技是在不斷前進的，并且開闊了學生的眼界，獲取更新的物理知識。

適當削減驗證性實驗，增添綜合性較強的實驗，更有利于學生掌握整個物理知識體系以及實驗能力的培養(yǎng)。

2.1.4 適當增加“多法測一量”的實驗項目

即運用多種實驗方法，測量同一物理量的實驗項目。如用伸長法與簡諧振動法測量彈簧的勁度系數等實驗。通過這類實驗，學生可以認識到測量物理量方法的多樣性，并通過實驗操作的繁簡，實驗數據處理過程的繁簡以及實驗結果的精確度等的對比，可以體會到各種不同方法的優(yōu)缺點。這將有利于開闊學生的視野以及培養(yǎng)學生的思維發(fā)散能力。

2.2 教學方式改革

2.2.1 采用“啟發(fā)式”的教學方式

遵循啟發(fā)創(chuàng)造的教學原則，將有利于調動學生學習的積極性和自覺性，激發(fā)他們的創(chuàng)造性思維，從而使學生在融會貫通地掌握知識的同時，充分發(fā)展自己的創(chuàng)造性能力與創(chuàng)造性人格。

教師在實驗教學中不應當處于中心地位，而應當處于引導地位。在教學過程中，教師應當引導學生充分理解實驗原理，引導學生按科學的實驗方法進行實驗，引導學生解決在實驗過程中所遇到的問題。

教師應當鼓勵學生提出問題，激發(fā)學生的求知欲望，并耐心引導學生解決問題。學生在提出問題、解決問題的過程中，思維得到了極大地發(fā)展。

2.2.2 采用多元化的教學方式［10］

除了實物實驗法以及講授法之外，在教學中還可以加入提問法，討論法等教學方式。針對大多數學生課前預習情況較差的現狀，教師可以采用提問法，在實驗開始之前對學生進行抽查提問，甚至可以讓學生上臺講解他對這個實驗的理解，活躍課堂氣氛，提高學生預習實驗的積極性。對于一些教學難點，教師可以向學生提出問題，并讓學生進行思考與討論，由學生回答后再進行必要的講解。學生的實驗報告，對教師而言是非常好的教學反饋信息。教師可以在每次實驗課的開頭向同學陳述上次實驗報告的批改情況，并指出其中存在的突出問題，進行點評和指導。

2.2.3 現代化技術輔助教學［11-12］

教師可以針對每個實驗制作教學PPT或者在網絡上下載有助于理解該實驗的資料等，輔助課堂的教學或者讓學生在課后進行下載學習。

在有些對于學生來說非常陌生或者儀器操作難度較大的實驗項目的教學中，如示波器的使用、分光計的調節(jié)等，教師在學生開始做正式實驗之前可以利用多媒體計算機播放實驗演示視頻片段，或者讓學生先在網絡實驗室進行仿真實驗，或者讓學生利用網絡資源下載有關資料，以提高教學效果。但需要注意的是，實驗室仿真實驗并不能取代實物實驗，學生的動手能力需要在真實的實物操作中得到提高。

鼓勵學生在處理數據以及繪圖時使用計算機軟件（如Matlab，Excel等）。運用這些軟件，可以在短時間內分析和處理大量數據，可以解決手工作圖所不能解決的非線性問題，而且繪制的圖線更加準確。

2.3 考核體系改革

2.3.1 擯棄“以實驗結果為標準”的評分原則

在實驗報告和期末理論考試的評價中，不再以實驗結果為標準，而是以學生發(fā)現問題、思考并解決問題為標準。

2.3.2 采用多形式結合的考核體系

在實驗考核體系中，除了傳統(tǒng)的出勤、預習報告和期末操作與理論外，還可以根據實際情況適當增加下列一個或幾個考核形式。

1）預習情況。通過課前提問，對學生的預習情況進行判定，并進行給分，占總成績的一定比例。

2）期末口試。在期末考試中，除了操作考試和理論考試，還可以增加期末口試，即學生面對某個實驗儀器，在限定的時間（較為充裕）內向教師講述儀器基本構造，操作方法，以及可以測量哪些物理量等，在講述中允許手動操作儀器。在理論考試中，學生僅僅面對著試卷，對試卷中提到的某個實驗儀器并沒有直觀感受，而且不能手動去操作儀器。而采用口試，可以很好地解決這個問題。

3）學生講課。在臨近期末考試時，教師可以給每一位學生分配一個實驗項目進行講解，讓他們有一定的時間準備，在考試前一周完成教學課件并向全班同學進行講解。為了做好講解，學生必須完整掌握好某個實驗項目，這將有利于提高學生分析與解決問題的能力，而且經過講解，等于給全體學生做了考前的復習工作。然后教師根據學生的講解情況給分。

2.3.3 操作考試中采取“多實驗，小環(huán)節(jié)”方法

操作考試涉及較多的實驗項目，每個實驗項目做比較核心的小環(huán)節(jié)。這樣將有利于比較全面地評價學生的實踐能力，減小評價偶然誤差。而且考試涉及的實驗項目多，學生也將予以一定重視，會比較全面地進行復習。

2.3.4 適當延長理論考試時間，提高深度

適當延長理論考試的時間，減小試題中選擇題、填空題的比例，增大開放題的比例，提高題目的深度。開放題可以涉及到新實驗的設計，實驗原理的完整表述，在某個實驗中遇到遇到某個問題時應當如何處理等。

3 結語

大學物理實驗教學改革是一項長期的系統(tǒng)工程，需要在觀念意識、實驗設備、教學內容、教學方式、考核體系等層面進行不斷探索，才能得到進步的源動力，最終形成有效、合理、科學的教學體系，而且應當結合各高校的實際情況，進行正確合理的改革。

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The Reform and Innovation of UniversityPhysics Experiment Teaching

WU Feng
（The School of Physics and Telecommunication Engineering，South China Mormal University，Guangzhou 510006，China）

This paper points out some problems existing in the university physics experiment teaching in terms of content，method and evaluation system，and puts forward some corresponding reform methods.

university physics experiment teaching；problems；reform

G642.0

A

1009-0312（2014）01-0116-05

2013-09-28

吳豐（1992—），男，廣東汕頭人，主要從事MATLAB在物理學中的應用研究。