大學物理實驗層次化教學體系與實驗室開放的研究與實踐

馬黎君

北京建筑工程學院 北京 100044

大學物理實驗層次化教學體系與實驗室開放的研究與實踐

馬黎君

北京建筑工程學院 北京 100044

論述了大學物理實驗課程建設在學生創新能力培養中的作用，建立了以初級設計性物理實驗為重心的層次化教學體系，分析了實驗室開放的方式方法，討論了基礎物理實驗和設計性物理實驗教學開放的效果。

物理實驗；層次化教學；實驗室開放

Abstract: How to increase the creative ability in physics experimental teaching was discussed this article. A new Physics experimental teaching system was established. The method of laboratory opening was studied.

Key words: physical experiment; teaching for different level; laboratory opening

大學物理實驗是學生進入大學后實際技能訓練的開端,是對學生進行科學實驗、科學思想、基本技能進行訓練的一門必修基礎課程,在規范素質教育、狠抓質量工程、培養工程應用型人才的今天,物理實驗教學起著不可替代的作用。

在傳統教學模式上,工科院校物理實驗教學都是以驗證性實驗為主,所用的教學方式多是教師準備好實驗項目,給出實驗步驟,學生按照教師講解順序依次完成。常規實驗對培養學生三基訓練(基本技能、基本方法、常規儀器)、一般的數據處理方法培訓起著重要的作用。但是隨著現代化科學技術飛速發展,物理學前沿內容不斷發展,測量儀器、測量方法、測量手段層出不窮,對人才培養提出了更高的要求。刻板的教學模式制約了學生的積極主動性,不利于新世紀人才的培養。開放的實驗模式,豐富的綜合設計型實驗項目更有利于學生創新能力培養。我校在大學物理實驗教學中進行了一系列改革探索,取得了一定的成效,筆者分析了我校在教學改革中所采取的措施,并對實驗室開放所取得的成績進行了分析。

1 調整傳統實驗教學模式,建立以初級設計性物理實驗為重心的層次化教學體系

調整原有物理實驗課程結構體系,打破以往力、熱、電、光、近代模塊化的教學模式,將原有實驗項目分類,代之以基礎實驗、綜合實驗、設計性實驗3階段教學,逐層推進,初步建立了以綜合性、初級設計性實驗為重心的教學體系。按照基礎實驗、綜合實驗、設計性實驗編寫不同層次的實驗教學大綱。把設計性實驗納入期末綜合成績,加強設計性實驗在考核中的比重,保證每個學生都能得到初步設計性實驗的訓練。

設計性物理實驗的教學目的,是利用學生已經掌握的基本知識和技能,在沒有教師講解的情況下,完成實驗室給出的題目。設計性實驗教學對學生提出了比較高的要求,要求學生自行查閱相關資料,依據實驗題目要求,自行設計和選擇實驗方案、測量數據、計算結果,建立物理模型,分析實驗結果,給出實驗報告。如何進行設計性實驗的教學設計,研究者結合教學實踐,對這個問題進行了探討。

設計性實驗教學較基礎實驗教學有更廣闊的活動空間和思維空間,具有更大的靈活性。設計性實驗的操作取得比較好的效果,可以激發和滿足不同層次學生的探索與創新欲望,受到學生較高評價。大學物理實驗室于2004～2005學年起進行設計性實驗開設與實驗室開放。在完成基本及綜合實驗訓練的基礎上,給出6個設計性綜合性實驗題目。第一階段：抽取設計型實驗題目,查閱資料。由各班抽取實驗題目,每班2組2個題目。同學獲得題目后,第8～14周自行查閱資料。第二階段：實驗室開放,試做實驗。實驗室于第15和16周開放,自行設計方案,試做實驗,對每班同學開放試做2周時間。第三階段：于15和16兩周操作完成設計性實驗操作、設計性實驗成績評定實驗,交設計性實驗報告,其成績記入期終綜合成績。

2 積極進行教材建設,修訂出版《大學物理實驗(第二版)》教材

2004年,結合實驗室多年實踐教學研究和教學改革經驗,在原有自編教材的基礎上,按照當時教育部《高等工業學校物理實驗課程教學基本要求》,將不確定度概念引入數據處理知識,整理成書,由中國建材工業出版社正式出版。此教材建設項目在2006年評為北京建筑工程學院教學成果一等獎。

實驗科學是開放的科學,實驗手段與科學技術的發展息息相關。近5年來,由于科學技術水平的發展,實驗手段和實驗內容也得以豐富,一些新興實驗項目內容未能錄入,原有教材出現了一定的局限性,為了緊跟實驗科學的發展,教材的修訂成為必然。

教育部高等學校物理學與天文學教學指導委員會2008年出臺了《非物理類理工學科大學物理實驗課程教學基本要求(2008年版)》。在教材修訂過程中我們引入了代表實驗科學發展方向的實驗項目,對部分原有項目進行了拓展。在空間和內容上給學生較多的選擇自由,滿足各層次學生求知的需要,適應學生的個性發展,得到比較好的教學效果。

3 優化教學系統,改革教學方法

加強多媒體教學,改革以往黑板加演示的單調教學模式,開發多媒體課件,積極開展網絡教學,創造立體、多元化的教學模式。

按階段編寫了分層次物理實驗教學課件。按照基礎實驗、綜合實驗、設計性實驗編寫電子教案,為全面推行多媒體教學創造了條件,改善課程講授模式,創建了多媒體實驗室。

積極開展網絡課堂,整合教學資源。個別教師還開設了物理實驗教學博客,教學網絡課堂的應用增加了同學與教師的交流渠道,提高了教學質量。在教學方法與手段上,通過確立“以學生為主體,以教師為主導”的雙主體實驗教學模式,在教與學兩方面形成了良好的互動,促進了教學水平的提高。

研究促進學生學習的教學評價策略,編寫了促進學生物理實驗學習的《物理實驗課程教學質量評價指標》,教師指導參考,在2007、2008、2009級本科生教學中使用,取得較好效果。

4 進行實驗室開放,鼓勵學生進入實驗室,探索創新能力培養模式

實驗室基礎實驗上課期間全面開放,在不影響正常課程秩序的情況下,學生預習或進一步實驗需與實驗課教師預約,由實驗課教師做出安排,學生按約定時間進行實驗。在完成基本及綜合實驗訓練的基礎上,給出設計性綜合性實驗題目,實驗室全天開放,自行設計方案,試做實驗,對每班同學開放2周時間。實驗2周后操作完成,交設計性實驗報告于任課教師,其成績記入期終綜合成績。

自2004～2005學年開始一直實施至今,基礎實驗開放效果不佳,由于我校個別學生自控能力差,實驗室開放成了個別學生隨意不參加正常課程實驗的保護繩,認為教師總會給他機會補做,這與最初開放的初衷相去甚遠。設計性物理實驗所采用的啟發式和開放型的教學方式,學生從查閱文獻、資料、擬定實驗方案直到完成實驗報告,盡量獨立完成。學生可以任意選擇設計性實驗題目,還可以根據自己的興趣,提出一些題目,在條件允許的情況下,自行完成。教師只作啟發式引導,不包辦代替。設計性實驗大大激發了學生對學習的興趣,從而促進學生的深入研究和探索精神。

固定實驗室長期開放,支持教師同學參加各類競賽,取得較好成績。開設專門實驗室,進行長期開放。鼓勵教師開設競賽選修課,組織教師帶隊指導學生參加了3屆北京市大學物理實驗競賽,使學有余力的同學有更多的鍛煉機會,取得了良好的效果。2008年,積極組織并參加了北京市首次大學物理實驗競賽,3名指導教師組織4支隊伍12名學生參賽,其中2支隊伍6名學生分獲二等獎和三等獎。2009年4名教師指導4支隊伍參賽,4支隊伍12名同學分獲二等獎和三等獎。2010年6名教師指導6支隊伍參賽,6支隊伍18名同學分獲二等獎和三等獎,并獲北京市最佳組織獎。

5 結束語

在進行物理教學時,利用分層次、分階段、以設計性實驗為核心的教學平臺,采取物理開放實驗這一形式,深入進行科學精神和創新能力的培養,努力讓學生充分認知自身的長處和亮點,取得了很好的效果。如何培養學生對科學精神要素和內涵的感悟,敢于懷疑,在激烈的競爭中學會學習、創造,更好地完成時代賦予的歷史使命,讓中華民族立于時代的前沿,將是物理實踐教學工作者長期面臨的課題。

[1] 王大珩,于光遠.論科學精神[M].北京：中央文獻編譯出版社,2001

[2] 尹新,劉子建.實驗室開放的探索與實踐[J].實驗技術與管理,2006,23(8)：101～103

[3] 陳懷俠,蔡火操.設計性實驗教學的實踐教學與思考[J].實驗技術與管理,2006,23(11)：105～107

[4] 曾倫武,趙瑞.用研究型教學理念指導工科物理實驗教學[J].實驗室研究與探索2007,26(2)：81～83

[5] 張新華,劉建新.開放實驗室 促進人才培養[J].實驗室研究與探索,2006,25(12)：1589～1592

Reform of Physics experimental teaching system and practice of laboratory opening

Ma Lijun
Beijing university of civil engineering and architecture, Beijing, 100044, China

2011-04-15 稿件編號：1104076

馬黎君，碩士，副教授。

北京建筑工程學院實踐教學研究基金重點項目。