胡 光，張 俊，唐亞陸

（淮陰工學(xué)院數(shù)理學(xué)院，江蘇 淮安 223003）

大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)與改革探討
——基于拉伸法測量楊氏模量實驗

胡 光，張 俊，唐亞陸

（淮陰工學(xué)院數(shù)理學(xué)院，江蘇 淮安 223003）

大學(xué)物理實驗課程是高等院校理工農(nóng)醫(yī)等專業(yè)必修的基礎(chǔ)實驗課程。目前在大學(xué)物理實驗課程教學(xué)中存在的問題較為典型，直接影響該課程的建設(shè)和發(fā)展。文章以拉伸法測量楊氏模量實驗為例，提出明確目標(biāo)、簡化程序、提高效率，切實做好大學(xué)物理實驗課程教學(xué)工作的具體方法，并對高等院校如何做好大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)工作提出建議。

大學(xué)物理；實驗；課程教學(xué)；拉伸法

費曼總結(jié)學(xué)習(xí)物理的五個理由，其中第一個就是學(xué)會怎樣動手測量、計算與應(yīng)用，即要求學(xué)習(xí)物理的人員接受物理實驗課程訓(xùn)練。大學(xué)物理實驗課程作為一門獨立設(shè)置的基礎(chǔ)必修課程，一般是大學(xué)生進(jìn)入高等學(xué)校后學(xué)習(xí)的第一門實驗課程。該課程的學(xué)習(xí)不僅是讓學(xué)生接受較為嚴(yán)格的實驗技能訓(xùn)練，更為重要的是培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣，為今后的科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。

1 大學(xué)物理實驗教學(xué)存在的典型問題

隨著高等教育事業(yè)的飛速發(fā)展，高校錄取學(xué)生比例及人數(shù)有了大幅提高，加之社會各界對高等院校的期求和評價機(jī)制發(fā)生巨大變化，這些都將直接影響大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)工作。目前，在高等院校中大學(xué)物理實驗課程教學(xué)存在的典型問題有：

1.1 大學(xué)物理實驗課程的基礎(chǔ)地位有被動搖的趨勢

大學(xué)物理實驗課程在許多高校都處于從屬地位，尤其是功利思想進(jìn)入高等院校中后，大學(xué)物理實驗課程既不是理論課程，又不是專業(yè)課程，更不是考研課程。許多高校領(lǐng)導(dǎo)普遍對大學(xué)物理實驗課程教學(xué)不夠重視，大學(xué)物理實驗課時被大幅度減少；大學(xué)物理實驗設(shè)施投入僅僅能夠維持最基本的教學(xué)；大學(xué)物理實驗課程被邊緣化，其基礎(chǔ)地位有被動搖的趨勢。

1.2 大學(xué)物理實驗課程要求較高，過程繁瑣

（1）大學(xué)物理實驗課程培養(yǎng)目標(biāo)定位較高。多數(shù)文獻(xiàn)認(rèn)為大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)目的有：①讓學(xué)生接受較為嚴(yán)格的實驗技能訓(xùn)練，掌握進(jìn)行科學(xué)實驗的基本知識、方法和技巧；②培養(yǎng)學(xué)生敏銳的觀察力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S能力，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、分析問題和解決問題的能力；③培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣，為今后的科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。把大學(xué)物理實驗課程說得非常重要，似乎不學(xué)習(xí)大學(xué)物理實驗課程以后就不能夠從事科學(xué)研究了。

（2）同時大學(xué)物理實驗課程教學(xué)過程比較繁瑣。對于每個實驗，學(xué)生必須完成實驗環(huán)節(jié)的全部流程。學(xué)生實驗前要預(yù)習(xí)實驗，基本上弄清楚整個實驗的大概流程才能夠到實驗室做實驗。要了解實驗?zāi)康?、實驗儀器的使用，掌握實驗原理、實驗過程，熟悉數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)處理過程，還要寫出實驗報告，做好實驗思考題，面面俱到的結(jié)果是面面不到，常常導(dǎo)致學(xué)生做完實驗后什么都不知道。

1.3 青年教師不愿從事大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)工作

目前在高校中許多青年教師不太喜歡從事大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)工作，造成這種現(xiàn)象的主要原因有：①畢業(yè)生選擇到高校去做大學(xué)物理實驗教師，不是出于喜歡大學(xué)物理實驗這門課程或喜歡教師這個職業(yè)的，而是由于目前社會的就業(yè)壓力；②目前許多高校對教師的評價體系不利于大學(xué)物理實驗課程的教師，高校教師的收入待遇、職稱職務(wù)晉升等主要與科研工作（項目、論文、成果）掛鉤，大學(xué)物理實驗課程教師工作量大，課時經(jīng)常被打折扣，教師待遇和地位較低。在大學(xué)物理實驗教學(xué)崗位的高學(xué)歷高職稱的老師一般都會轉(zhuǎn)崗到理論教學(xué)崗位或科研崗位。即使是留在大學(xué)物理實驗教學(xué)崗位的青年教師主要精力也放在提升學(xué)歷和職稱上，不能夠安心教學(xué)、研究教學(xué)。

1.4 多數(shù)大學(xué)生對大學(xué)物理實驗課程不感興趣

高等院校選修大學(xué)物理實驗課程的專業(yè)有理工農(nóng)醫(yī)等專業(yè)，部分文科背景的專業(yè)學(xué)生也選修大學(xué)物理實驗課程。由于大學(xué)物理實驗課程一般都安排在一二年級，學(xué)生此時學(xué)習(xí)的其他課程較多，學(xué)習(xí)任務(wù)繁重。而大學(xué)物理實驗課程在同一個學(xué)期安排實驗項目又比較多，加上大學(xué)物理實驗課程要求較高，過程繁瑣，學(xué)生顧不過來，忙于應(yīng)付；同時一些青年教師在教學(xué)中，由于沒有實際教學(xué)經(jīng)驗，采用填鴨式、滿屏灌方式教學(xué)，上課和學(xué)生缺乏溝通和交互，教學(xué)水平和課堂效果不太好；另外多數(shù)學(xué)校的大學(xué)物理實驗教學(xué)內(nèi)容不貼實際，與后續(xù)課程聯(lián)系不緊密，學(xué)生學(xué)習(xí)沒有挑戰(zhàn)性，感覺枯燥無味。長此下去，多數(shù)大學(xué)生對大學(xué)物理實驗課程就失去了興趣，選修大學(xué)物理實驗課程僅僅是為了獲得學(xué)分而已。

2 做好大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)工作的措施

針對上述提到的大學(xué)物理實驗課程教學(xué)存在的典型問題，提出明確目標(biāo)、簡化程序、提高效率、切實做好大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)工作，具體做法是：

2.1 依據(jù)相關(guān)要求修訂人才培養(yǎng)計劃

依據(jù)教育部《理工科類大學(xué)物理實驗課程教學(xué)基本要求》（2010版年）建議，修訂理工等專業(yè)人才培養(yǎng)計劃。為滿足不同層次人才培養(yǎng)的需要，構(gòu)建面向全校各專業(yè)由低到高、從基礎(chǔ)到前沿的分層次教學(xué)方式；開設(shè)一定數(shù)量的基礎(chǔ)性實驗、綜合性實驗、設(shè)計性或研究性實驗；保證大學(xué)物理實驗學(xué)時不少于54學(xué)時；實驗分組為1人1臺儀器，達(dá)到了《理工科類大學(xué)物理實驗課程教學(xué)基本要求》的建議和要求；確保大學(xué)物理實驗課程的基礎(chǔ)地位不動搖。

2.2 創(chuàng)建大學(xué)物理實驗精品課程

制定新的大學(xué)物理實驗課程教學(xué)目標(biāo)和課程體系內(nèi)容，利用現(xiàn)代教育技術(shù)開設(shè)大學(xué)物理仿真實驗和物理演示實驗；與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，加快大學(xué)物理課程信息化建設(shè)，建立網(wǎng)上實驗考核系統(tǒng)實現(xiàn)大學(xué)物理實驗課程網(wǎng)絡(luò)化考核。

2.3 合理分配教師資源

讓物理中心所有高學(xué)歷高職稱的教師參與大學(xué)物理實驗教學(xué)。實驗課程比理論課程對教師的要求更高，實驗教師不僅要熟悉物理理論知識，還要熟悉實驗儀器原理操作，更要懂得如何與學(xué)生溝通交流。實驗過程中也能夠體現(xiàn)出人性化和個性化教學(xué)方式，保證了在教學(xué)過程中以學(xué)生為中心，不斷提升大學(xué)物理實驗課程教學(xué)水平。

2.4 全面開設(shè)大學(xué)物理實驗選修課程

面向全校學(xué)生，尤其是文科類專業(yè)學(xué)生，開設(shè)大學(xué)物理實驗選修課程。采用開放式實驗教學(xué)模式，讓學(xué)生自己根據(jù)教學(xué)要求，在網(wǎng)上預(yù)約實驗，自主地選擇實驗項目、實驗時間；建立大學(xué)物理實驗興趣小組，培養(yǎng)學(xué)生對大學(xué)物理實驗課程的興趣和動手創(chuàng)新能力。

3 拉伸法測量楊氏模量實驗的教學(xué)分析

拉伸法測金屬絲楊氏彈性模量實驗是大學(xué)物理實驗課程中比較經(jīng)典的實驗之一。從實驗?zāi)康纳峡淳陀腥c，①要掌握用光杠桿法測微小長度變化量的原理；②學(xué)會用拉伸法測金屬絲楊氏彈性模量；③學(xué)會用逐差法處理數(shù)據(jù)；與此相應(yīng)的是，拉伸法測金屬絲楊氏彈性模量實驗難點也是三個，分別是光杠桿原理、調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡并在望遠(yuǎn)鏡中找出標(biāo)尺圖形，逐差法處理數(shù)據(jù)。

在教學(xué)過程中緊緊圍繞望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)，要求讓學(xué)生嚴(yán)格按照實驗教材中的操作步驟完成實驗。實驗步驟不能改變，不能丟漏，只有做好了上一步以后，才能夠再做下一步，以此來培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)格遵守實驗操作規(guī)程；實驗中老師負(fù)責(zé)答疑解惑，禁止老師演示實驗過程，要求學(xué)生能夠在規(guī)定時間里調(diào)節(jié)好實驗儀器，測量出合格數(shù)據(jù)即可。

事實上本實驗中光杠桿原理和逐差法處理數(shù)據(jù)，屬于實驗理論，光杠桿原理在實驗中描述如何將楊氏彈性模量的理論公式

轉(zhuǎn)化為楊氏彈性模量的測量公式

而逐差法處理數(shù)據(jù)是將數(shù)據(jù)分成兩組，取相應(yīng)的差值，每個數(shù)據(jù)在平均值內(nèi)都起了作用，平均值為

這樣可以保持多次測量的優(yōu)越性。光杠桿原理和逐差法處理數(shù)據(jù)對應(yīng)的公式學(xué)生在實驗中很難記住。在課程中，教師要求學(xué)生知道光杠桿原理就是將微小尺寸放大測量的一種方法，而逐差法處理數(shù)據(jù)就是具有保持多次測量數(shù)據(jù)的優(yōu)點，對照課本能夠在實驗過程中應(yīng)用即可。

在實驗中發(fā)現(xiàn)對于許多同學(xué)來說，實驗最難的部分就是調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡找讀數(shù)。不少同學(xué)甚至在整個實驗過程中都調(diào)試不出望遠(yuǎn)鏡中標(biāo)尺。如果學(xué)生嚴(yán)格按照教程說明：①讓光杠桿的平面鏡大致與平臺垂直，使望遠(yuǎn)鏡筒與反射鏡處于等高水平；②粗調(diào)。調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡、標(biāo)尺和光杠桿鏡面的相對位置，直至在望遠(yuǎn)鏡外，沿其管軸看到小鏡內(nèi)出現(xiàn)標(biāo)尺的象；③細(xì)調(diào)。調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡目鏡，使十字叉絲清晰，然后調(diào)節(jié)目鏡和物鏡之間的距離，使通過望遠(yuǎn)鏡清楚地看到經(jīng)小鏡反射的標(biāo)尺象，再消除視差，實驗很快就會完成的，學(xué)生也會從完成實驗操作中獲得喜悅。

部分學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)完不成本實驗，主要就是沒有嚴(yán)格按照操作規(guī)程操作，上一步?jīng)]有完成就去做下一步，或者上下步驟顛倒；教師在實驗教學(xué)中要反復(fù)向?qū)W生強(qiáng)調(diào)，不嚴(yán)格按照操作規(guī)程操作的話，實驗現(xiàn)象要么做不出來，或者即使做出來了，實驗測量出來的數(shù)據(jù)結(jié)果也是不符合要求的。

4 結(jié)束語

對于高等院校來說，必須重視基礎(chǔ)實驗課程教學(xué)，尤其是要重視大學(xué)生入學(xué)后首先遇到的大學(xué)物理實驗課程教學(xué)。學(xué)校要明確教師的首要任務(wù)應(yīng)該是搞好教學(xué)，正確對待教學(xué)與科研之間關(guān)系。引導(dǎo)教師尤其是青年教師研究新形勢下教學(xué)規(guī)律，安心教學(xué)，學(xué)校在職稱評定、職務(wù)晉升和授予榮譽(yù)等方面優(yōu)先考慮教學(xué)效果好的老師。在教學(xué)改革中，確立以學(xué)生學(xué)習(xí)為主、教師指導(dǎo)為輔的大學(xué)物理實驗教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，改進(jìn)大學(xué)物理實驗課程教學(xué)考核方式等，提高大學(xué)物理實驗課程教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

[1]肖立娟.大學(xué)物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀與教學(xué)改革的探究[J].大學(xué)物理實驗,2015,(6):114-116.

[2]朱小芹,薛建忠,唐煌.創(chuàng)新大學(xué)物理實驗教學(xué)的實踐與研究[J].江蘇理工學(xué)院學(xué)報,2015,(4):101-103.

[3]崔連敏.淺談大學(xué)物理實驗教學(xué)存在的問題和方法[J].大學(xué)物理實驗,2015,(12):124-126.

[4]曹顯瑩,曲陽.基于慕課模式的大學(xué)物理實驗教學(xué)改革與創(chuàng)新[J].物理實驗,2016,(5):25-28.

[5]高祖慶,葉宏光.構(gòu)建大學(xué)物理學(xué)基礎(chǔ)性地位的質(zhì)量保障體系[J].曲靖師范學(xué)院學(xué)報,2008,(11):95-98.

G420

A

1006-6012（2016）12-0225-02

胡光（1966-），男，江蘇泗陽人，碩士，副教授，研究方向：應(yīng)用物理學(xué)。