淺談大學物理實驗的開放式教學

[摘要]逐步實施和完善開放式實驗教學是提高大學物理實驗教學的根本保障，本文從教學組織和教學過程等角度對開放式實驗教學進行了探討。

[關鍵詞]大學物理實驗教學 開放式教學 資源優化

作為理、工、農、醫各類院校一門重要基礎課，大學物理實驗對于培養學生獨立操作獲取新知識能力和創新意識，有著重要作用。國外如美國麻省理工學院開設有《實驗導論》，佐治亞理工學院設有《基本物理測量》《誤差分析與數據處理》等課程；加拿大Toronto，York大學等也是從低年級開始設置普通物理實驗。

當前，國內大多數學校已實行了物理實驗分級教學，但作為文、理學科多個專業的公共課，大學物理實驗教學中的許多環節落后于教學的發展，并未能發揮其重要作用。本文擬就開放式實驗教學的管理及實施進行探討。

一、開放式實驗教學

對學生而言，物理實驗不同于一般科學實驗的一個顯著特點，就是以發展學生的知識和能力為主要目標。然而，一方面學生基礎參差不齊，另一方面，學生學習興趣也不盡相同，有必要研究設計合理的實驗教學程序。所謂開放式試驗教學，就是不只是依附于普通物理課程的體系和內容，學生只就具體的實驗進行操作和訓練；而要從設計思想、內容和范圍的選擇上，充分考慮學生基礎、現有條件、實驗過程和結果等多方面因素，合理安排教學，因材施教，實現教師，學生和設備的優化配置。

二、開放式實驗教學的組織

1，開放式實驗教學中的教材

當前我們的許多教材，都是面面俱到，原理敘述詳盡，步驟一步不漏，甚至還給出數據處理的表格、公式等，學生成了操作員。而實際上，在以后的科研工作中，絕不會有人給你詳細的實驗步驟和數據處理方法，一切要靠自己解決。在教材的編排上，對基礎性實驗，可以借鑒美國、加拿大等國的做法，只列出參考文獻、提出要求，作一些簡單的原理介紹和實驗裝置或儀器的簡單描述，多數問題讓學生自己考慮、設計和解決。當前國內很多學校的實驗教材都沒有列出所引用的參考文獻，這不利于學生自主學習。

其次，教材還應包括仿真模擬實驗，將計算機引入物理實驗教材，自主開發或引進仿真實驗軟件，讓學生獲得多角度的認識。對那些實驗現象不利于直接觀測的實驗，對那些因設備昂貴無法配備的實驗，仿真實驗不失為一種好的教學補充。

2，規范化課題實驗和微型實驗

大學物理實驗大綱總體上包括力、熱、電磁學和光學與近代物理實驗，一般而言，各個學校根據自身特點對試驗進行的分級教學中，側重點并不盡相同。規范化的課題實驗，這里包括基礎性實驗、提高性實驗和綜合設計性實驗，以傳統的、經典的實驗為主線，包括物理學發展史上著名實驗、近代物理重要實驗，幫助學生歸納總結物理實驗的思想方法，培養學生整體能力。同時，圍繞規范化的課題實驗，設計一些非規范化的微型實驗。微型實驗可以是圍繞一個概念或一個現象，只要完成簡單的實驗記錄就可以達到實驗目的。這些微型實驗并不一定是在普通物理課程中出現過，但教師可以自行設計。如法拉第電磁感應定律的實驗中，可以設計成根據載流導線在磁場中的運動來推斷黑箱中電學元件的種類和接法，由此引發一系列微型試驗和討論，引導學生深刻理解法拉第電磁感應定律的物理含義。再如研究不均勻介質中光線的折射情況實驗中，可以設計成將激光以較大入射角射入均勻有食糖的水中，在未攪拌的情況下，由于糖溶液的濃度隨深度而增加，越往底部濃度越大，激光會連續彎曲偏向容器底部，光線經地步反射又彎曲射出糖溶液。這樣的微型實驗可以是老師提供思路引導學生設計，也可以由學生自主思考，對于提高學生對于物理實驗課程的興趣和理解物理知識大有裨益。

3，開放式實驗教學中的教師

開展開放式教學，對物理實驗教師提出了更高的要求。開放式實驗教學要求教師具有精深的專業知識，嚴謹的科學態度，豐富的前沿科學信息和熟練的實踐經驗。具有精深的專業知識，才能深入理解物理實驗中潛在的閃光點，發現并設計出高質量的微型實驗。教師對學生具有言傳身教的作用，教師應堅持用嚴謹科學的態度去對待學生實驗中出現的或提出的問題及想法，影響學生培養良好的習慣，這也是實驗的意義所在。而給學生提供前沿的科學信息，激發學生圍繞科技前沿進行創造性思考，這也是提高物理實驗教學質量的一個重要內容?？萍记把夭⒉豢偸沁b不可及，而且當代物理學的發展與實驗技術的進步密不可分。1998年華裔諾貝爾獎獲得者崔琦，其實驗工作的基本原理就是采用一種非冷凍方法使做高速無規則熱運動的原子減速下來以進行研究，這些知識無論是文、理科學生都是可以接受并進行思考的。

4，融科研與實驗為一體

有條件的學校，可以將科研與實驗結合，將學習成績優秀、有精力有興趣進行科研實驗的學生組織起來，在教師指導下，設計，實施實驗方案，并進行數據處理及論文撰寫。這樣做，既可以充分發揮優越的實驗研究條件，還能夠培養學生科研能力。

三、開放式實驗教學的考核方式

(1)筆試和操作考試相結合。筆試除數據處理、誤差分析和實驗基本知識外，作為開放式實驗教學的評估，還可以增加部分設計性題目來體現微型實驗的成果。操作考試，可以根據排定時間，由學生抽簽選做實驗，操作考試內容應圍繞規范化課題實驗進行，體現實驗教學的重點和基本要求，但實驗中可以安排如儀器選擇、故障排除等環節以考查學生的動手及應變能力。

(2)充分利用網絡資源，將考試與網上測評結合起來。實驗考試的一個困難是學生多，教師少，時間集中，可以嘗試將考試內容與網絡結合的辦法，如將筆試安排在同一時間，借助網絡進行考試，可以極大提高效率。對于操作考核，也可以考慮仿真實驗的考查作為補充。