大学物理实验教学改革探索*

●刘文利 刘东红 李蕾

大学物理实验教学改革探索*

●刘文利 刘东红 李蕾

大学物理实验改革是当今培养大学生科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神的必然需求。本文就大学物理实验教学中存在的问题进行了分析，结合教学实践，介绍了在教学内容、教学方法以及考评方法等方面进行的改革性尝试。在大学物理实验教学中，努力为学生构建一个研究性学习的平台。

大学物理实验；教学改革；创新能力培养；研究性学习

一、大学物理实验教学存在的问题

物理学本质上是一门实验科学。物理实验是科学实验的先驱，体现了大多数科学实验的共性。大学物理实验作为一门基础性实验课程，由于具有丰富的实验思想、方法、手段，在培养学生的科学实验能力，分析解决问题的能力以及创新意识和探索精神方面具有其他实践性课程无法替代的作用。该课程不仅应使学生得到基本科学实验技能的训练，更主要的是要培养学生的科学思维和创新意识，提高学生理论联系实际的能力、分析问题能力和创新能力，与科学技术发展相适应的综合能力。[1]面对科学技术发展的趋势和社会对创新型人才的需求，大学物理实验教学要不断改革创新。近几年各高校对大学物理实验进行了不同层次的多方面的改革，取得了可喜的成绩和大量的宝贵经验，但由于教学观念和客观条件等各种原因，现行的大学物理教学内容及教学方式上尚存在一定的问题，制约了大学物理实验教学在培养创新型人才方面应有作用的发挥，不同程度的存在以下几方面问题。

（一）教学体系和教学内容设置有待调整

基础性实验和验证性实验偏多，而与专业特点相关的应用性实验以及具有激发学生创新性思维的综合性实验和研究性实验不足。教学内容和实验设备较为陈旧，与现代实验技术和方法接轨不够，难于激发学生的兴趣和热情。

（二）教学模式和教学方法有待改进

整个教学过程基本以教师为主，学生只是被动地按照实验指导的步骤进行操作，按部就班的完成相关内容，始终处于从属的位置，缺乏独立思考的空间，与教师之间缺乏交流与互动。在很大程度上影响了学生学习主动性、独立性和创造性的发挥，影响了他们科学思维方式的建立和形成，不利于培养学生的科研素质和创新能力。

（三）实验成绩考核有待完善

由于每个实验人数较多（18-20人），两人为一组进行实验，教师无法详细了解每位学生的实验操作情况，基本是根据实验数据和实验报告进行成绩评定，造成了“重结果、轻过程”的现象，不能够全面客观地反映学生的综合实验能力。

二、大学物理实验教学的改革尝试

（一）调整教学体系和教学内容

围绕着培养学生基本科学实验技能和提高学生科学素养的培养目标，为了开出较高质量的大学物理实验课，我们对课程内容进行了重新设置。一方面，根据实验室的现有条件，减少了基础性实验，增加了综合性和研究性实验，尽量使基础性、综合性、研究性三个层次的实验内容和比例趋于合理。[2，3]另一方面，在科学和技术迅速发展的今天，高等教育必须适应社会的发展。我们在基础性实验中也加入了一定的现代测量技术元素，例如激光、光纤、传感器等，增加了基础性实验的技术含量，在研究性实验中引入了现代光学测量技术、自动检测技术以及仿真实验技术的应用，使近代的科学技术在实验中有所体现。数据处理是实验中的重要环节，我们在各个实验中有侧重地运用了不同的数据处理方法，使学生在实验过程中，结合具体实验不断加深理解和掌握误差理论和各种数据处理方法。

（二）教材建设的改进

根据实验室现有实验仪器设备的具体情况和教学大纲，由担任实验课的教师集体编写并出版了大学物理实验教材，新教材的改革思路是在保持现行教材原理叙述严谨、步骤清楚的基础上，在教材的趣味性和实用性方面有所突破。具体做法是，一是对实验发展历程进行趣味性较强的简介，以提高学生阅读教材的兴趣。二是增加实验方法、仪器在实际工程中的应用介绍，努力使学生在学习物理的实验方法和实验技能的同时，得到更多的联系实际应用的启示。此外，针对我们是面向所有工科类专业学生同时开课，实验课学生循环不能同步的特点，将实验理论应用合理地分布在各实验中，使学生结合具体应用，更好地掌握误差理论和数据处理方法。为了使学生在课前对实验仪器和实验现象有直观的了解，教材中所有实验仪器设备基本都配有实物照片，许多实验现象也采用照片或较为逼真的图片进行了描述，对学生提前预习起到了很好的作用。

（三）改进教学模式和教学方法

现代教学理念认为，学生是学习的主体，教师是教学过程的服务者。这就要求在教学过程中，教师要充分激发学生的求知欲，积极调动学生主动性和积极性，更多地引导学生自己动脑、动手去发现问题和解决问题。[4]

围绕着加强学生素质和创新能力的培养目标，我们在调研了国内外高校物理实验课开设情况的基础上，对上课模式进行了调整改革，把每个实验的学生人数由18人减少至12人，把每个实验由3学时改为4学时，将“老师讲，学生照着做，课后提交实验报告”的上课模式改变为“课前预习写讨论提纲，学生自主做，课堂讨论，当堂提交数据处理”的方式。课前就把讨论的问题发给学生，以便于他们查阅资料并通过实验进行准备，整个实验过程基本由他们自主完成，思路由他们去想，困难由他们面对，问题由他们分析和解决，教师仅进行巡视和个别必要的指导。实验完成后，当堂进行数据处理。之后，用近一学时的时间由教师组织学生进行讨论，以两人实验小组为单位，分别对不同问题进行主要发言，问题涉及实验原理、实验方法和操作、数据处理、实验的历史背景以及实验在现代技术中的应用等方面，教师最后进行点评和总结。在整个实验过程中，学生始终是主角，更多地依靠他们自己去发现问题和解决问题，在很大程度上激发了他们对大学物理实验课的兴趣和积极主动的探索精神。通过讨论环节，使他们对实验原理、实验方法，以及一些有重要影响的物理实验的历史背景、发展过程、现实意义和在现代科学技术中的应用有了进一步的掌握和了解。学生积极发言，形成了生生互动和师生互动热烈的局面。对提交的数据处理结果，教师当堂与学生进行交流，及时面对面纠正存在的问题。同时对个别有条件的实验，在实验室摆放了1-2套采用其它原理方法的实验仪器，作为演示和选作内容，以便于学生对实验方法进行比较，开拓他们的眼界。这种学习的过程不是以学生理解、掌握确定性的知识为目的，而是注重培养和发展他们的创新性思维能力，获得科学研究的体验，为他们今后从事科学技术工作奠定基础。在此过程中，使大学物理实验课尽可能体现自主性、合作性、研究性和开放性的学习方式。

每个实验学生人数的减少使教师有时间和精力对学生进行一对一的指导，对学生的实验操作情况有更直接的了解。担任实验课的教师对课堂讨论方式也做了大量有益的尝试，取得了很多宝贵的经验。虽然每个实验增加了一学时，但学生感觉课程内容充实，课堂时间利用率高，收获大。与此同时，这种互动式、开放式教学也对我们教师的知识水平和能力提出了更高的要求。使我们更加深刻地认识到，要做一名合格的教师，不仅要具备扎实的专业基础知识，还应该具有与本专业相关的多学科知识，了解学科前沿的发展动态。具备了宽厚和与时俱进的知识，才能在授课中做到深刻而具有启发性，自如而又游刃有余。因此，教学模式的改变也调动了教师的积极性，促使教师自身通过不断学习提高知识层次、丰富知识面，追踪了解最新科学研究进展，不断增加和更新自己的知识储备，更好地引导和培养学生的科学实验能力、严谨的科学态度、主动的探索精神和积极的创新思维。通过这样的教学过程，也能够使学生感受到科学技术的发展过程是曲折的，一种实验思想和方法也不是一蹴而就的，科学每向前推进一步，都要经历艰苦的工作甚至是漫长的过程。而且，人类对于客观世界的认识还有待于完善，还有大量的问题有待解决和发展。

根据我们对学生做的问卷调查结果，教学模式的改变收到了很好的反响，得到了学生的普遍肯定和欢迎。认为这种上课模式使他们在掌握实验研究的基本方法的同时，提高了分析能力和创新能力，培养了科学思维和创新意识。学生的正面反馈又极大地鼓舞了教师进行进一步教学改革探索的积极性，形成了一种良性循环。

为了进一步深化教学改革，我们又购置了部分仪器设备，建立起了演示实验室，以开阔学生眼界，增长见识。着手进行了多项实验改造工作，在现有的部分综合性实验中引入研究性实验的内容，提高大学物理实验的层次，这类实验的开发是以科研实践为主题，让学生尽早了解科研的方法和过程，接触更多书本以外的知识，了解现代物理的发展趋势和核心技术的应用，锻炼他们的独立科研能力。通过由基础到综合和研究性实验的层次化教学过程，进一步吸引学生的学习兴趣，提高学生的科学素质和研究能力，激发学生的创新精神，努力将大学物理实验课建设成学生研究性学习的重要平台。[5]

（四）建立科学合理的大学实验考核评价细则

近几年，大学物理实验虽然是独立设课，但基本是通过实验操作和实验报告两部分综合成绩来进行考核，其中以实验报告为主。这种考核显然是不全面的，比较容易过关，很容易导致学生对实验课的重视程度不够，马虎应付，这对于工科类学生的实验能力和创新能力的较高培养要求是不相适应的。为此，我们根据考核内容在培养学生能力和素质中所起的作用，合理设置权重，制定了切实可行、科学合理的实验考核细则。学生每一个实验的成绩由实验操作、数据处理和讨论三部分成绩构成，每一部分所占权重根据各实验的难易程度和侧重面来确定，学生预习的情况可以通过三个环节得到充分反映。每个实验成绩都在最后成绩中占有一定比例。代替每次提交实验报告，我们选择少部分实验提交实验报告，以锻炼学生撰写实验报告的能力。此外还要求学生每学期撰写一篇实验论文，让低年级的学生了解论文撰写的基本格式和过程，也计入最后成绩。考核方式的调整，使学生感受到一定压力，但同时也提高了他们的兴趣，调动了他们的积极性和主动性。对每个实验都能认真预习，积极思考，尽量掌握实验的精髓，学有所得。

面对科学技术日新月异的发展和社会对创新型人才的迫切需求，国家大力提倡和实施素质教育，大学物理实验课应该在该过程中起到更为重要的作用，应力争把大学实验课建设成为一门适应时代发展培养高素质人才的基础学科，大学物理实验的教学内容应更多地反映科学研究过程，跟踪科技发展动态，教学手段应改变传统的单一教学模式，逐步向自主性、研究性和探索性的学习模式过渡，因此大学物理实验的教学改革是一项长期而艰巨的任务。我们对于大学物理实验的改革虽然取得了初步的成效，得到了学生的肯定，但还需在各方面的大力支持下，广大教师在教学实践中做大量的工作去不断完善，才能使大学物理实验教学在创新性人才的培养中发挥其应有的作用。

[1]高等学校物理基础课程教学指导分委员会.理工科类大学物理实验课程教学基本要求（2010年版）[M].北京：高等教育出版社，2010: 15-18.

[2]安文.普通物理实验课中开展综合设计性实验教学研究[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2007，（5）.

[3]周殿清.普通物理实验中综合性、设计性实验的开设[J].物理实验，2005，（1）.

[4]魏江，汪昭，李嘉亮.大学物理实验改革研究[J].常熟理工学院学报（教育科学），2013，（6）.

[5]黄云霞，徐淑武.大学物理实验改革中研究性学习模式的应用[J].黑河学刊，2012，（11）.

（责任编辑：何言）

刘文利/山东大学物理学院教授，博士，研究方向为凝聚态物理刘东红/山东大学物理学院副教授，大学学历，研究方向为原子分子物理李蕾/山东大学物理学院副教授，硕士，研究方向为凝聚态物理

山东省教育科学“十二五”规划重点课题“注重素质和创新能力培养的大学物理教学改革探索”（项目编号2011GZ090）；山东省高等学校教学改革立项课题“大学物理实验改革与创新型人才培养”（立项编号2012108）。