曾利霞，華雪俠，梅策香，張 輝

（咸陽師范學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院，陜西 咸陽 712000）

大學(xué)物理實驗是高等學(xué)校理工科專業(yè)學(xué)生提升科學(xué)實驗?zāi)芰退仞B(yǎng)重要的基礎(chǔ)性實踐性課程。[1-4]但目前我國多數(shù)普通高校受教學(xué)條件的限制，沿用了傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法，缺乏創(chuàng)新理念，從而制約了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)及科學(xué)素質(zhì)的養(yǎng)成。從創(chuàng)新人才培養(yǎng)需求來看，大學(xué)物理實驗課程體系與當(dāng)前社會發(fā)展不相適應(yīng)。因此其課程體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法必須由封閉型向開放型轉(zhuǎn)變。

1 目前大學(xué)物理實驗教學(xué)中存在的問題

大學(xué)物理實驗作為理工科學(xué)生進校后的第一門科學(xué)實驗課程，不僅使學(xué)生受到嚴(yán)格、系統(tǒng)的實驗技能訓(xùn)練，從中掌握科學(xué)實驗的基本知識、方法和技巧，更要培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維能力和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、分析和解決問題的能力，特別是與當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展相適應(yīng)的綜合能力，因而實驗教學(xué)應(yīng)該面對科技進步的新趨勢和新挑戰(zhàn)，不斷有所創(chuàng)新，以適應(yīng)人才培養(yǎng)的需要。目前該門課程存在以下問題。

（1）長期以來，大學(xué)物理實驗教學(xué)基本上沿用多年不變的教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容，與當(dāng)今飛速發(fā)展的前沿科學(xué)新理論、新技術(shù)脫節(jié)，傳統(tǒng)教學(xué)模式、方法和手段更是遠(yuǎn)落后于科學(xué)技術(shù)進步的步伐。大學(xué)物理實驗實際上只是處于課堂教學(xué)的從屬地位，其內(nèi)容往往是教科書上已有基本物理規(guī)律的簡單、重復(fù)驗證。20世紀(jì)后期，科學(xué)技術(shù)發(fā)展的巨大成就很少在基礎(chǔ)物理實驗中得到反映。因此，學(xué)生感到基礎(chǔ)物理實驗課枯燥無味，嚴(yán)重地阻礙了學(xué)習(xí)的積極性、主動性、創(chuàng)造性以及現(xiàn)代科學(xué)思維方法的形成。

（2）本科實驗教學(xué)課時為每個實驗2個學(xué)時，在此時間內(nèi)要完成實驗原理、儀器原理、熟悉儀器的操作使用及實驗內(nèi)容，教師只能在教學(xué)過程中將實驗原理、實驗步驟、儀器操作方法等盡量講細(xì)、講清，留給學(xué)生思考的時間極少，因此盲目操作、走過場就是必然現(xiàn)象，成為呆板的模仿型教學(xué)。

（3）實驗是物理學(xué)的基礎(chǔ)，物理學(xué)概念和規(guī)律大多通過不同類型實驗逐步形成并確立。但是，在理論教學(xué)中，概念形成過程中缺乏實驗和前期學(xué)科背景，盡管學(xué)生知道結(jié)論，卻不了解物理學(xué)家實驗設(shè)計目的和方法，及最終形成精確規(guī)律的思考過程。這種只知理論形式，不知其中內(nèi)涵，不利于學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的形成和理論聯(lián)系實際的思考能力。

2 課程改革的實踐方法

現(xiàn)行大學(xué)物理實驗教學(xué)模式不能滿足面向21世紀(jì)科技發(fā)展和人才科學(xué)素質(zhì)的需求。因此，建立一種適合當(dāng)代科技發(fā)展，有利于培養(yǎng)厚基礎(chǔ)、創(chuàng)新性人才的教學(xué)新體系勢在必行，為此許多學(xué)者進行了相關(guān)研究，提出了一些可行方案。[5-11]文獻(xiàn)[5]中提出了多功能實驗教學(xué)平臺和“進階”式教學(xué)體系方案，以滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，激發(fā)學(xué)習(xí)積極性。文獻(xiàn)[6]提出了在大學(xué)物理實驗教學(xué)中引入虛擬實驗技術(shù)方案，深化實驗教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力和綜合素質(zhì)的效果。文獻(xiàn)[7]提出大學(xué)物理實驗開放式教學(xué)模式，學(xué)生可以選擇實驗內(nèi)容，培養(yǎng)自主探究學(xué)習(xí)能力。文獻(xiàn)[8]以仿真物理實驗為物理實驗的教學(xué)手段，創(chuàng)建模擬實驗操作環(huán)境，使學(xué)生更好地掌握物理實驗。但多數(shù)方案尚未經(jīng)過實踐，個別方案只在小范圍、個別實驗項目中進行了實踐。[6-9]

基于以上原因，我們提出了有利于創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的大學(xué)物理實驗教學(xué)新模式，經(jīng)過在咸陽師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院電子類專業(yè)的實踐，發(fā)現(xiàn)該教學(xué)模式能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，在掌握基本實驗?zāi)芰Φ耐瑫r提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力，教學(xué)效果較好。教學(xué)模式涉及課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及課程考核方法等方面。

2.1 以培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新為目標(biāo)，建立物理實驗課程新體系

基礎(chǔ)物理實驗課程新體系分為：基本儀器操作實驗、基礎(chǔ)類實驗、創(chuàng)新性實驗三部分，形成從低到高、從基礎(chǔ)到前沿、從知識接受到綜合能力培養(yǎng)的逐級提高。這樣，基礎(chǔ)物理實驗課不再是課堂教學(xué)內(nèi)容的簡單重復(fù)和驗證，也不再是把力、電、光、近代物理等獨立學(xué)科的實驗簡單地串聯(lián)起來構(gòu)成實驗系列?；緝x器操作實驗，主要內(nèi)容為基本物理量的測量、基本實驗儀器的使用、基本實驗技能的訓(xùn)練和基本測量方法與誤差分析等，為普及性實驗?；A(chǔ)類實驗，逐步加大綜合性實驗和設(shè)計性實驗內(nèi)容的比例及難度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。創(chuàng)新性實驗一，要求學(xué)生在教師指導(dǎo)下，自己設(shè)計方案來完成實驗，從而達(dá)到學(xué)生綜合思維和創(chuàng)造能力訓(xùn)練。學(xué)生通過設(shè)計實驗，體驗成功與失敗經(jīng)驗和教訓(xùn)，獲得素質(zhì)的提升。創(chuàng)新性實驗二，選擇大學(xué)物理競賽題目，圍繞基礎(chǔ)物理實驗，以研究方式進行實驗，使學(xué)生的研究能力、創(chuàng)新思維、應(yīng)用能力得到訓(xùn)練。具體實驗項目設(shè)置如表1所示。

2.2 注重大學(xué)物理實驗內(nèi)容的時代性與先進性

大學(xué)物理實驗必須與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)接軌，才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與熱情，才能使現(xiàn)代科技成果滲透到傳統(tǒng)的經(jīng)典理論之中。我們將大學(xué)物理競賽題目作為創(chuàng)新性實驗二的備選課題，實現(xiàn)了將計算機技術(shù)、光纖技術(shù)、光聲譜技術(shù)、磁共振技術(shù)、核物理技術(shù)、軟X射線顯微技術(shù)、光譜技術(shù)、真空技術(shù)、傳感器技術(shù)等現(xiàn)代科研成果用于學(xué)生物理實驗之中。選擇這些內(nèi)容的目的是為了從物理實驗的設(shè)計思想、物理實驗方法、儀器的設(shè)計原理、結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用等方面拓寬學(xué)生的知識面，使綜合實驗?zāi)芰Φ玫教嵘?chuàng)新實驗可以利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段（微課和慕課等）對實驗教學(xué)內(nèi)容進行課前預(yù)習(xí)和課后總結(jié)，使實驗教學(xué)與理論課堂教學(xué)一樣，在時間和空間上得到延伸。在創(chuàng)新實驗實施中，實驗室可以為學(xué)生提供必備的實驗設(shè)備和器材，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生根據(jù)自己的興趣和時間，自主選擇實驗內(nèi)容、提出設(shè)計方案并完成，達(dá)到不同層次自主實驗的目標(biāo)。

表1 課程改革后大學(xué)物理（電磁學(xué)、光學(xué)部分）實驗內(nèi)容

2.3 開放實驗室，滿足學(xué)生的探索需求

開放實驗室，不僅體現(xiàn)在時間開放，而且在內(nèi)容上也開放，是個性化教學(xué)模式，滿足學(xué)生求知、探索和創(chuàng)新的欲望，側(cè)重創(chuàng)新精神與能力提升。在開放服務(wù)實驗室中，教師負(fù)責(zé)指導(dǎo)和審核，學(xué)生利用實驗室提供的設(shè)備，自主選題、設(shè)計方案，與教師討論和總結(jié)實驗成敗的原因，形成創(chuàng)新點，較為優(yōu)秀的實驗結(jié)果最終以論文形式公開發(fā)表。

此外，課程考核方式采取過程評價，基礎(chǔ)類實驗（實驗操作、出勤、實驗報告等）占總成績的50%，創(chuàng)新類實驗一（設(shè)計報告）占總成績的40%，創(chuàng)新性實驗二占總成績10%，區(qū)別以往的考核方式（平時成績50%，操作成績50%），加大了創(chuàng)新能力的考核比重。

經(jīng)過實踐發(fā)現(xiàn)：（1）通過先訓(xùn)練學(xué)生對基本實驗儀器的操作和實驗方法的講解，可以更有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的形成，例如在講電學(xué)部分實驗之前先讓學(xué)生學(xué)會使用電源、電流表、電壓表、滑動變阻器、萬用表、示波器等一系列電學(xué)基本儀器，這樣學(xué)生在以后的基礎(chǔ)實驗和創(chuàng)新實驗中很快就能掌握實驗操作的要點，尤其是探究實驗，沒有教師的講解，學(xué)生也能很好地獨立完成實驗。（2）通過開放實驗室，設(shè)置創(chuàng)新實驗訓(xùn)練內(nèi)容，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，我們開設(shè)創(chuàng)新實驗一的時間為一周，而創(chuàng)新實驗二的時間從開課起就布置給學(xué)生，通過資料查閱、實驗方案設(shè)計并實施，學(xué)生的興趣濃、熱情高，尤其是參與到大學(xué)物理競賽的同學(xué)，不管是在查閱資料、動手設(shè)計、數(shù)據(jù)處理等方面的能力都大為提高，同時也增加了學(xué)生對物理的學(xué)習(xí)興趣。（3）過程評價更能體現(xiàn)和細(xì)化學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

3 總結(jié)

對大學(xué)物理實驗進行了課程改革，涉及課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及課程考核方法等。實驗內(nèi)容主要包括基本儀器操作實驗、基礎(chǔ)類實驗、創(chuàng)新性實驗三部分，其中前兩部分主要是關(guān)于基本物理量的測量以及常用測量儀器的原理及應(yīng)用、基本實驗方法的訓(xùn)練；創(chuàng)新性實驗增加了學(xué)生自主查閱資料、自己完成實驗方案設(shè)計，在教師指導(dǎo)下完成整個實驗環(huán)節(jié)。通過這一改革方案的實踐，發(fā)現(xiàn)學(xué)生能正確使用操作儀器并設(shè)計合理的實驗方法，應(yīng)用理論知識解決實驗中出現(xiàn)的問題；創(chuàng)新性項目的設(shè)置，拓寬了學(xué)生的知識面，有助于綜合實驗?zāi)芰︷B(yǎng)成；開放實驗室為學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了保障；過程評價方式更能體現(xiàn)和細(xì)化學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，準(zhǔn)確評價學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。因此，在今后的大學(xué)物理實驗教學(xué)過程中，我們還將對課程改革的方案進行摸索、實踐，力爭真正促進我校創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，提高大學(xué)物理實驗的教學(xué)質(zhì)量。