近代物理實驗教學改革思路與實踐

祝 婭 馮云光 李宗寶 張 杰 王 應

（ 銅仁學院 物理系，貴州 銅仁 554300 ）

近代物理實驗教學改革思路與實踐

祝 婭 馮云光 李宗寶 張 杰 王 應

（ 銅仁學院 物理系，貴州 銅仁 554300 ）

筆者從教育心理學的角度，對新升本院校近代物理實驗教學的課程設置、實驗要求及教學手段等方面作了研究和探索。通過增設近代物理實驗原理與技術專題講座,利用網絡和開放實驗室等形式，重新構建了物理學專業(yè)培養(yǎng)人才的以基本知識，實驗能力和科學人文素養(yǎng)為結構的近代物理實驗教學模式。

近代物理實驗； 教學模式； 建構主義； 網絡教學； 研究性教學

物理學在人類科學素質培養(yǎng)中具有重要的地位。物理實驗是物理學的基礎，是本科專業(yè)的必修內容。面對科學技術飛速發(fā)展的今天，物理教學顯得比以往更加重要。近代物理實驗在傳統(tǒng)的物理實驗教學體系中是繼普通物理實驗（力、熱、電、光）之后的一門課程，在本科第五學期開設。課程內容、實驗操作以及物理實驗的專業(yè)知識和方法，在實現(xiàn)我院“培養(yǎng)適應社會發(fā)展需要的、基礎扎實、具有實踐能力和創(chuàng)新精神的應用型人才”這一目標上起著十分重要的作用。

我院是2006年新升本的一所省屬本科院校。到目前，在初建的近代物理實驗中能開設的實驗有《塞曼效應》、《光速的測定》、《普郎克常數的測量》、《F-H實驗》、《核磁共振》、《密立根油滴實驗》（全息照相在光學實驗中開）。每個實驗設備只有兩套。從近代物理實驗開設以來，我們沿用了傳統(tǒng)的教學模式，見圖1。

圖1 傳統(tǒng)的教學模式

教學中我們發(fā)現(xiàn)學生學習被動、預習效果不佳，在畢業(yè)論文選題中，學生基本不愿意選擇近代物理實驗內容。究其主要原因是傳統(tǒng)的教學模式制約了學生的學習主動性。在實驗開始之前沒有機會接觸到實驗儀器，授課時受試驗設備數量的限制等情況的影響，教師只能在實驗前把儀器調整好，學生在實驗過程中直接測量和處理數據。于是，學生沒有獨立思考、自主學習的時間，致使學生的理論知識沒得到鞏固，操作能力沒有得到應有的訓練。為此，我們對2005級物理學專業(yè)學生作了問卷調查，見表1。

表1 對銅仁學院2005級物理學專業(yè)學生關于《近代物理實驗》進行問卷調查的統(tǒng)計表

調查的結果說明：學生對近代物理實驗有畏懼感，對實驗儀器陌生及原理和操作的難度使學生對近代物理實驗喪失了興趣。這是由于傳統(tǒng)的實驗教學模式“缺乏信息時代與學習社會的特征；從其自身微觀結構來看，現(xiàn)行的實驗課程體系缺乏靈活性、綜合性與超前性，缺乏研究性內容，沒有個性化的教與學時空”[1]。傳統(tǒng)實驗教學模式是教師單向講授和示范操作，學生按規(guī)矩、按步驟的做實驗。實驗總是處于“驗證”某個理論或設法得到應該得到的結果這樣一個階段。學生的個性不能得到充分的發(fā)展，沒有充分的時間自由思考，更不能把理論課學到的知識主動應用并且缺乏自主研究動機[2]。為此，我們借鑒了其他高校改革的成功經驗和思路，結合我院的實際情況，對近代物理實驗在課程設置、實驗要求及教學手段等方面作了研究和探索，重新構建了物理學專業(yè)培養(yǎng)人才的以基本知識，實驗能力和科學人文素養(yǎng)為結構的近代物理實驗教學模式。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.增設近代物理實驗原理與技術專題講座

增設近代物理實驗原理與技術專題講座，以加強理論學習，擴展學生視野，激發(fā)學生興趣。

教育學理論告訴我們：人的認識有其發(fā)展的過程，教學應該遵循學生認識的自然順序。近代物理實驗開設的都是在物理學發(fā)展上具有里程碑作用的著名實驗。與普通物理實驗課程相比，更具新穎性、綜合性、系統(tǒng)性和交叉性。通過這些實驗結果抽象出近代物理概念，并作為近代物理的基本理論之一。其中因密立根油滴實驗、F-H實驗、普朗克常數的測定而獲得諾貝爾獎的物理學家分別有密立根、弗蘭克、赫茲和愛因斯坦[3]。這些實驗從理論、歷史背景到實驗手段都有一定難度，加之現(xiàn)在用計算機輔助數據記錄與處理，學生在進行實驗的同時還必須學會應用計算機處理問題。計算機的引入，提高了實驗效益，但對于剛接觸用計算機輔助實驗的學生來說，數據的采集、實驗曲線的獲取及實驗數據的分析等又多了一個學習內容。

在實驗前增設近代物理實驗原理與技術專題講座，對于已經掌握了基本知識，并形成了一定專業(yè)知識結構的大三學生來說是合適的。通過專題講座把進行實驗的歷史背景、思想方法、研究手段及該實驗在物理學發(fā)展進程中的作用和影響介紹給學生，能達到分解試驗教學難點的目的，使學生對實驗的相關知識及其在物理學發(fā)展中的作用和前景有所了解，以拓展教學時空，突出知識的綜合性和超前性，有利于開闊學生視野和激發(fā)學生對實驗學習的興趣。

2.重新審定實驗教學目標及要求

美國著名教育心理學家布魯納認為“學校教學中，作為結果的知識固然重要，但更重要的是獲得知識的過程，以及學生是否進行充分的思維任務，是否通過自己的探索。”[4]為了讓學生能通過自己的探索學習獲得知識，提高分析問題和解決問題的能力，我們就我校現(xiàn)有的實驗條件，根據教學大綱要求將實驗教學目標和要求分為基本實驗要求和研究性實驗要求兩個層次。

2.1. 基本實驗要求

學生進行了專題講座學習后，對實驗有了一定的了解和認識。在教師的指導下，按實驗講義的基本要求在規(guī)定的課時內完成實驗內容。實驗中，要求學生學會相關儀器的基本調試，要求學生學會數據記錄與處理，培養(yǎng)學生觀察、分析實驗現(xiàn)象的能力。在此基礎上，為了加強學生對實驗的認識，促進基本知識的融會貫通，了解新知識、新方法和新手段，激發(fā)學生對實驗的興趣和積極性，我們要求學生寫出實驗感受或對實驗儀器的認識及實驗方法的評價等小論文。通過這些環(huán)節(jié)，使學生對近代物理實驗的基本原理、基本實驗過程加深理解，提高學生實驗操作方法和數據處理能力。

2.2. 研究性實驗

近代物理研究性實驗是在近代物理實驗基本要求基礎上進行的，以培養(yǎng)學生探索問題，獨立解決問題及預見未知的能力為指導思想，讓學生在實驗基本要求的基礎上，自己去思索問題，發(fā)現(xiàn)問題，從而進行探究性學習。這個過程對學生來說是解決各種問題以便將來進行科學探索時所必需的。研究性實驗部分在大三下學期（第六學期）以選修課的形式開設。在此期間實行實驗室開放，實驗內容可由學生自由選擇，學生是實驗的主導者，教師作為學生實驗的協(xié)助者。在研究性實驗過程中，學生通過提出問題，查閱文獻，積極思考，反復實驗，發(fā)現(xiàn)知識，組織知識并運用知識等環(huán)節(jié)，掌握進行探究的學習方法，鍛煉查閱資料，獲取及處理信息的能力，提高綜合應用知識的能力。這個環(huán)節(jié)可以歸納為圖2。

圖2 研究性實驗過程的教學模式

這個階段以研究性教與學的模式，使學生的綜合能力和創(chuàng)新能力得到提高。

3.利用網絡，強化信息教學

在教學過程中發(fā)揮計算機技術，加強和改進實驗教學，優(yōu)化教學手段和方法，對培養(yǎng)學生綜合能力尤為重要。根據建構主義學習理論中的學習方法[5]，既學習環(huán)境應是情景、協(xié)作、會話和意義建構四大要素。網絡教學可以不受時間、空間的限制，可以通過網絡自由地、有選擇性地學習。教師將教學要求、教學內容以及儀器設備等材料通過照片、動畫等形式存放在Web服務器上，學生通過瀏覽這些頁面來達到學習目的，并且可以通過電子郵件、BBS等方式進行交流，也可以通過網絡的交談方式進行實時交流。另外學生不僅可以在網上同教師交流，還可以通過網絡同其他學生或專家進行探討，教學活動可以全天候進行。每個學生都可以根據自己的實際情況確定學習的時間、內容、進度，可以隨時在網上下載學習內容或向教師請教。可見，網絡教學是基于建構主義學習理論及相應的學習方法的一種教學模式。在這種教學模式中，教學的四個要素的地位發(fā)生了較大的變化，學生成為學習的主體，是知識的主動建構者，而教師只是教學過程的組織者、指導者、幫助者和促進者，教材是學生主動建構意義的對象，而媒體則是一種認知的工具。這種模式與現(xiàn)代社會對人才的培養(yǎng)目標相適應，真正體現(xiàn)了信息化時代的特點。

4.重新編寫實驗講義

我校近代物理實驗室的實驗設備大多是在 2006年前后添置的，實驗設備與原有的教材所采用的設備基本上不一樣。為此，我們根據高等院校物理實驗教學要求，結合近代物理實驗課程及現(xiàn)有的實驗設備，參考了原有的教材，在實施教學改革的基礎上編寫了近代物理實驗講義。講義強調加強基本技能的培養(yǎng)和實驗方法的訓練，突出了物理實驗課程的三個主要教學環(huán)節(jié)：實驗預習，實驗原理及操作，實驗總結（實驗報告）。我們在此基礎上，增加了學習導航和小課題兩部分內容[6]，以適應新時期我校近代物理實驗教學對學生的學習、實踐、創(chuàng)新相互促進的教育觀念。

5.改革的成效與不足

實施新教學模式后，我們對 2006級學生進行了問卷調查，見表 2。從學生的反應可以看出，近代物理實驗教學的改革已經取得了初步成效，在實現(xiàn)“培養(yǎng)適應社會發(fā)展需要，基礎扎實，具有實踐能力和創(chuàng)新精神的應用型人才”的目標上起到了積極的作用。

表2 對銅仁學院2006級物理學專業(yè)學生關于《近代物理實驗》進行問卷調查的統(tǒng)計表

近代物理實驗教學改革中我們堅持了遵循學生認知發(fā)展的規(guī)律，重新構建了物理學專業(yè)培養(yǎng)人才的以基本知識、實驗能力和科學人文素養(yǎng)為結構的近代物理實驗教學模式。通過增設近代物理實驗原理與技術專題講座，利用網絡和開放實驗室等形式，突出了近代物理實驗教學中信息時代和學習社會的特征。并以基本實驗學習為主，研究性實驗學習為輔的原則，不僅培養(yǎng)了學生掌握知識的能力，調動了學生實驗的積極性，同時也培養(yǎng)了學生的科研能力。結合專題講座的學習，保證了實驗的深度和廣度，開闊了知識視野，提高了學生的綜合能力。

以上是我們近三年來在近代物理實驗教學改革中所做的一些工作。和其他院校比起來，我們才剛剛起步。近代物理實驗方面，學生各種能力尤其是綜合素質的培養(yǎng)是多方面的，我們要做的工作還很多。

[1]樂永康.德國大學物理實驗教學情況介紹[J].物理實驗，2001，21（3）：42.

[2]宿沛然.近代物理實驗網絡課件的制作[J].物理，2004，33（12）：929.

[3]譚樹杰等.物理學上的重大實驗[M].北京：科學出版社，1987. 201.

[4]尹俊華.教育技術導論[M].北京：高等教育出版社，2004. 12.

[5]尹俊華，教育技術導論[M].北京：高等教育出版社，2004. 98.

[6]錢峰.大學物理實驗[M].北京：高等教育出版社，2007. 241.

The Ponderation and Practice of the Refrmation in Modern Physical Experiment

ZHU Ya, FENG Yun-guang, LI Zong-bao, ZHANG Jie, WANG Ying
( Physics Department, Tongren University, Tongren, Guizhou 554300, China )

For the improvement of the modern physics experiment, the authors have done something in the requirements and teaching methods from the perspective of educational psychology. It has been re-established about the demand of personnel training,capacity of manipilation and quality of science of modern physics experiment mode by some methods, which are adding cathedras about the principle of modern physics and technology, use of networks and opening laboratory the public.

experiment of modern physics; mode of education; constructivism; network teaching; research-oriented teaching

（責任編輯 毛志）

O41

A

1673-9639 (2010) 01-0092-04

2010-01-02

銅仁學院教改基金項目。

祝 婭（1954-），女，江西 人，銅仁學院物理與電子科學系教授，主要研究方向：近代物理教學研究，準周期結構非線性輸運問題研究。