曹興煥

(安徽工業(yè)大學(xué)工商學(xué)院，安徽 馬鞍山 243002)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程是高等院校工科學(xué)生較早接觸的一門(mén)動(dòng)手操作性的課程，是工科學(xué)生對(duì)基本實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)技能系統(tǒng)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。物理是一門(mén)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)，實(shí)驗(yàn)在物理中起著非常重要的作用，80%以上的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)給了實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家。物理實(shí)驗(yàn)在學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和綜合能力的培養(yǎng)中發(fā)揮至關(guān)重要的作用[1]。物理實(shí)驗(yàn)課不僅能培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，提高實(shí)驗(yàn)技能和素養(yǎng)，最重要的是培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

一、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題

(一)教學(xué)內(nèi)容陳舊

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容往往是以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生僅僅是按照書(shū)本內(nèi)容按部就班進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，將實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法以及實(shí)驗(yàn)步驟完整的表示出來(lái)，然后得出書(shū)本上的結(jié)論就可完成任務(wù)，學(xué)生缺乏一定的思考，更談不上學(xué)習(xí)創(chuàng)新。這種實(shí)驗(yàn)方法只能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證和知識(shí)的鞏固，不能充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性，束縛了學(xué)生的思維，制約學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。

(二)教學(xué)方法單調(diào)

很多高校在進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，學(xué)生往往是被動(dòng)接受知識(shí)，實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)器材等均由教師組織準(zhǔn)備好。每次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課時(shí)，教師一般首先花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行原理和操作步驟的講解，學(xué)生只要模仿教師操作而獲得一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)即可。一堂實(shí)驗(yàn)課通常是很多學(xué)生同時(shí)用相同的方法做同一個(gè)實(shí)驗(yàn)，因此得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論也沒(méi)什么差異，這就導(dǎo)致部分學(xué)生僅僅按照別人的操作做，不僅沒(méi)有創(chuàng)新甚至有的學(xué)生對(duì)原理都不怎么理解[2]。物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)該重視學(xué)生的參與性，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中能夠體會(huì)科學(xué)發(fā)展的過(guò)程，能夠啟發(fā)學(xué)生思考。

二、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施

針對(duì)大學(xué)物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中出現(xiàn)的這些問(wèn)題，我校在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了改革，并取得了較好的效果，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性有較大提高，對(duì)實(shí)驗(yàn)課更感興趣，考試成績(jī)也有較大提高。

(一) 教學(xué)方式改進(jìn)

針對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不同，我校將實(shí)驗(yàn)劃分為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)三部分，對(duì)不同類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)運(yùn)用不同的教學(xué)方法。

對(duì)于基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，主要內(nèi)容為基本測(cè)量?jī)x器的使用、基本物理量的測(cè)量及基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)方法和操作的訓(xùn)練。對(duì)于這部分實(shí)驗(yàn)，教師課上會(huì)詳細(xì)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行介紹，使學(xué)生較快較熟練掌握基本實(shí)驗(yàn)技能、基本儀器的使用。

對(duì)于驗(yàn)證性的物理實(shí)驗(yàn)，改變往常的課前教師花費(fèi)大量時(shí)間把實(shí)驗(yàn)原理、儀器操作、實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)等全部詳細(xì)告訴學(xué)生，學(xué)生機(jī)械操作的教學(xué)模式，課前要求學(xué)生自主學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。但是考慮到學(xué)生自主學(xué)習(xí)過(guò)程中目標(biāo)不明確，學(xué)習(xí)存在一些困難，教師精心設(shè)計(jì)了一系列問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)講義上的內(nèi)容，一步步思考解決這些小問(wèn)題，最后初步制定實(shí)驗(yàn)方案。課上教師主要講解實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，引導(dǎo)學(xué)生閱讀儀器的使用說(shuō)明，熟悉儀器的使用。讓學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中教師再對(duì)學(xué)生的方案進(jìn)行指導(dǎo)及提出改進(jìn)建議。例如利用霍爾效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，課前教師給學(xué)生設(shè)置了一系列引導(dǎo)性問(wèn)題：?jiǎn)栴}一：為什么會(huì)在霍爾元件的側(cè)面產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓？通過(guò)這個(gè)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生去了解霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的原因。問(wèn)題二：為什么霍爾元件一般選用半導(dǎo)體不選用導(dǎo)體？問(wèn)題三：為什么霍爾元件做的比較??？通過(guò)上面兩個(gè)問(wèn)題可以引導(dǎo)學(xué)生分析影響霍爾電壓的因素。問(wèn)題四：實(shí)驗(yàn)中霍爾電壓如何測(cè)量，是否是用霍爾元件側(cè)面直接測(cè)量出的電壓？問(wèn)題五：本實(shí)驗(yàn)中有哪些效應(yīng)在霍爾元件側(cè)面也產(chǎn)生電壓？為了消除這些效應(yīng)的影響實(shí)驗(yàn)中應(yīng)如何操作，經(jīng)過(guò)這樣操作可以消除哪些效應(yīng)的電壓，是否有消除不掉的電壓？通過(guò)問(wèn)題四和五引導(dǎo)學(xué)生了解附加效應(yīng)及附加效應(yīng)的電壓如何消除。問(wèn)題六：有哪些方法可以計(jì)算得到磁場(chǎng)的強(qiáng)度？通過(guò)此問(wèn)題讓學(xué)生思考數(shù)據(jù)處理的方法。通過(guò)這一系列問(wèn)題的引導(dǎo)使學(xué)生真正理解實(shí)驗(yàn)原理，思考分析為什么這樣做實(shí)驗(yàn)并預(yù)期實(shí)驗(yàn)得到什么樣的結(jié)果。

對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教師僅對(duì)學(xué)生布置實(shí)驗(yàn)要求，由學(xué)生課下完成實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)室自主選配實(shí)驗(yàn)儀器，實(shí)驗(yàn)后獨(dú)立完成結(jié)果的分析和對(duì)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的進(jìn)一步研究建議。同時(shí)為了解決學(xué)生預(yù)習(xí)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)器材不熟悉的情況，延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放時(shí)間，方便學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前到實(shí)驗(yàn)室熟悉實(shí)驗(yàn)儀器。

這樣通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)一步步的訓(xùn)練有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。

(二)教學(xué)手段現(xiàn)代化

為了提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量和效率，將先進(jìn)的教學(xué)手段引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中。我校在實(shí)驗(yàn)室中都安裝了多媒體，購(gòu)置了教學(xué)軟件，教師對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)都制作了相應(yīng)的課件，通過(guò)多媒體的展示使學(xué)生更形象直觀看到實(shí)驗(yàn)儀器和儀器的操作過(guò)程。另一方面將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，在學(xué)校教學(xué)網(wǎng)站上公布了物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)大綱，實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)儀器的圖片和操作步驟。

(三)教學(xué)內(nèi)容改革

近幾年為了使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容能緊跟社會(huì)發(fā)展，我校投入資金購(gòu)入了一些新實(shí)驗(yàn)儀器，比如太陽(yáng)能電池實(shí)驗(yàn)、風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)、液晶電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)等，這些實(shí)驗(yàn)?zāi)苁箤W(xué)生了解科技發(fā)展情況，又能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

另外針對(duì)非物理專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，在教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)他們的物理基礎(chǔ)參差不齊，若對(duì)所有學(xué)生實(shí)行相同的教學(xué)要求，就會(huì)造成基礎(chǔ)較弱的學(xué)生在一定時(shí)間內(nèi)不能完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，而另一些學(xué)生則會(huì)覺(jué)得實(shí)驗(yàn)過(guò)于簡(jiǎn)單。因此，我們對(duì)部分實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分層次教學(xué)，對(duì)于一些內(nèi)容較多的實(shí)驗(yàn)將其分為兩部分，一部分選做，一部分必做。對(duì)于基礎(chǔ)較差的學(xué)生只要完成必須做的部分即可達(dá)到本實(shí)驗(yàn)的基本要求，而針對(duì)那些對(duì)實(shí)驗(yàn)感興趣的學(xué)生，在基本要求的基礎(chǔ)上增加選做內(nèi)容。這樣可以對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行延伸和拓展，使學(xué)有余力的同學(xué)能夠更深入了解實(shí)驗(yàn)原理。如在做光的等厚干涉測(cè)量中，由于時(shí)間限制很多同學(xué)課上不能按時(shí)完成牛頓環(huán)和劈尖兩部分內(nèi)容，我們將牛頓環(huán)作為必做內(nèi)容，劈尖干涉作為選做內(nèi)容；學(xué)習(xí)程度好的同學(xué)在完成牛頓環(huán)的測(cè)量后，可以做劈尖干涉，對(duì)此部分內(nèi)容不做強(qiáng)制要求，學(xué)生可以只做觀察不記錄數(shù)據(jù)。

(四) 實(shí)驗(yàn)考核與測(cè)評(píng)方法

物理實(shí)驗(yàn)課程最終測(cè)評(píng)方法大多由平時(shí)成績(jī)和考核成績(jī)組成。平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)定往往根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告給定，容易忽視對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的評(píng)價(jià)，部分學(xué)生通過(guò)抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告或者隨意篡改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也可以獲得較高成績(jī)，致使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中不重視操作。因此，我們將平時(shí)成績(jī)又分為操作成績(jī)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)，教師當(dāng)堂對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作情況進(jìn)行評(píng)定并給出相應(yīng)的成績(jī)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程管理，以避免學(xué)生不重視實(shí)驗(yàn)操作，提高學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)課的積極性和主動(dòng)性。在最后的考核中，我們采取操作和筆試相結(jié)合的形式，使學(xué)生既要懂原理又要會(huì)操作。

三、存在的不足及改進(jìn)設(shè)想

(一)排課時(shí)間不夠理想

在美國(guó)的絕大多數(shù)世界一流大學(xué)中，物理實(shí)驗(yàn)不是單獨(dú)開(kāi)課而是屬于大學(xué)物理課程的一部分，實(shí)驗(yàn)課與理論課結(jié)合非常緊密[3-4]。但是在我國(guó)大部分學(xué)校實(shí)驗(yàn)課是作為單獨(dú)的一門(mén)課程，對(duì)于非物理專(zhuān)業(yè)的學(xué)生集中在一到兩個(gè)學(xué)期完成。由于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)儀器、教師人數(shù)等條件限制，為了滿(mǎn)足大量學(xué)生短期內(nèi)的學(xué)習(xí)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)排課時(shí)難以很好地配合理論課的教學(xué)進(jìn)度。學(xué)生可能理論課已經(jīng)學(xué)習(xí)完很久才做相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)或者還沒(méi)學(xué)這部分理論就要做相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。

目前我們的實(shí)驗(yàn)儀器套數(shù)，絕大多數(shù)做到了一個(gè)實(shí)驗(yàn)30多套，一個(gè)學(xué)生一套，能夠滿(mǎn)足教學(xué)要求。但是目前承擔(dān)實(shí)驗(yàn)課程的教師較少，教師目前的課時(shí)量都很大，沒(méi)有太多時(shí)間開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室供學(xué)生自由選擇實(shí)驗(yàn)進(jìn)行自主的操作。未來(lái)需要在教師數(shù)量上做進(jìn)一步的補(bǔ)充，安排更多的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)。同時(shí)準(zhǔn)備開(kāi)通網(wǎng)上模擬實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生可以在網(wǎng)上進(jìn)行模擬，提前了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，抓住實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)難點(diǎn)，并能更直觀的熟悉儀器，能夠模擬儀器的操作，課上可以有重點(diǎn)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

(二)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用不足

現(xiàn)代社會(huì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用非常普及，據(jù)調(diào)查美國(guó)大學(xué)有1/3的實(shí)驗(yàn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、控制實(shí)驗(yàn)過(guò)程，作圖、計(jì)算等幾乎100%用到計(jì)算機(jī)[5]，大大提高了學(xué)生計(jì)算機(jī)的使用能力。在我國(guó)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中普遍存在計(jì)算機(jī)使用較少的問(wèn)題。為提高學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)的能力，目前我們?cè)谝恍?shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理中，讓學(xué)生用Excel表格來(lái)處理數(shù)據(jù)和作圖。比如在單擺實(shí)驗(yàn)中用Excel表格的計(jì)算功能來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，讓學(xué)生在Excel表格中輸入公式計(jì)算數(shù)據(jù)；在利用霍爾效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中讓學(xué)生用Excel表格計(jì)算數(shù)據(jù)并作圖。但是相比國(guó)外大學(xué)，我們?nèi)匀淮嬖谟?jì)算機(jī)使用較少及使用程度較低的問(wèn)題，未來(lái)還需將物理實(shí)驗(yàn)更多地與計(jì)算機(jī)相結(jié)合。

四、結(jié)語(yǔ)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程作為一門(mén)重要的公共基礎(chǔ)課，對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)起著非常重要的作用。如何提高學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，提高教學(xué)質(zhì)量將是一項(xiàng)長(zhǎng)期的系統(tǒng)工程，需要學(xué)校、教師等共同協(xié)作。我們將不斷地研究、探索，以期將“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”建設(shè)成為精品課程。