研究性物理實驗教學的實踐

張增明,孫臘珍,霍劍青,張 權,張憲峰

(中國科學技術大學物理實驗教學中心,安徽合肥230026)

研究性物理實驗教學的實踐

張增明,孫臘珍,霍劍青,張 權,張憲峰

(中國科學技術大學物理實驗教學中心,安徽合肥230026)

物理實驗教學中心采用學生自主設計研究性實驗教學模式,通過構建研究性實驗教學平臺、開放多項研究性實驗題目,使學生的科學態度和工作作風在物理實驗教學中得以培養.通過研究性實驗的教學實踐,激發了學生的學習興趣,培養了創新意識,磨練了意志,提高了綜合素質.

物理實驗;研究性實驗;教學實踐;自主設計

1 引 言

建設一流研究型大學,培養高素質拔尖人才,造就世界一流科學家和科技領軍人才是中國科學技術大學的人才培養目標.為與我校人才培養目標相適應,面對機遇和挑戰,物理實驗教學中心在2005年獲得教育部首批“國家級實驗教學示范中心”的基礎上,積極探索基于創新能力培養的物理實驗研究性教學新模式.在物理實驗教學中通過構建研究性實驗教學平臺,開放多項研究性實驗題目,指導學生自主設計研究性實驗等教學模式,使物理實驗教學成為培養學生的縝密科學態度、嚴謹工作作風、虛心合作精神的最佳平臺之一.激勵學生的自主設計能力、探索精神,培養他們勇于創新的科學作風,逐漸成長為實驗物理拔尖人才.自2005年以來,實驗中心面向全校高年級本科生(大三)開設了研究性實驗課程.在過去的幾年教學實踐中新的教學模式廣受好評.

2 開展多層次的實驗教學,培養學生的創新思維

對一年級本科生,開設了基本技能實驗(一級物理實驗),以營造創新氣氛、培養創新意識、增強探索能力為主要目的開展實驗教學.對于部分學有余力的學生(如物理競賽保送生)進行分類培養,設置免試實驗測試,避免知識重復學習,向獲免試資格的學生開設開放實驗,進一步提高他們的實驗能力.

在大學二年級的物理實驗課程中,開設綜合性、設計性實驗(二級物理實驗)和現代物理實驗技術(三級物理實驗),引導學生對具體問題進行具體分析,重視對實際實驗現象的捕捉,并學會利用這些現象判斷實驗結果,對實驗中出現的問題善于觀察,勇于探索,使學生面對書本知識,不再霧里看花或迷信照搬,將實驗學習的過程成變為學生主動探索知識的過程.

在大學三年級的物理實驗課程中,開設自主設計研究性實驗(四級物理實驗),在實驗教學中,不再是學生做單個實驗,而是建立鼓勵學生自主探究、發展興趣的實驗平臺.讓學生有機會親手設計實驗、獨立完成實驗和分析解釋實驗中觀察到的實驗現象.在這樣一個大平臺基礎上,教師開放或組織若干個圍繞物理實驗的課題,以科研方式指導學生進行實驗,例如:學生可按自己的興趣,從樣品制備開始,運用各種物理測試手段,來測試和分析研討自己制備樣品的特性.

3 構建適合開放、設計、探究、研究性教學模式的實驗教學平臺

自主設計、探究、研究性教學新模式以兩大實驗教學平臺為支撐——校級平臺和院級平臺(圖1～2).

構建的兩大實驗教學平臺橫向覆蓋了物理學的絕大部分研究領域,縱向從物理學基礎實驗深入到各學科的科研前沿.這兩大平臺也是一個有機的整體,它們具有相互依托,相互滲透,資源共享.根據我校修讀研究性實驗的專業特點,研究性實驗教學平臺由凝聚態、光學、核物理3個平臺構成.通過研究型實驗教學平臺建設,在教學實驗中滲入科研前沿的內容和技術手段,讓學生接觸科研的飛速發展,促進學生對科研的興趣,提升他們獻身科研的動力.

圖1 校級物理實驗教學平臺

圖2 院級物理實驗教學平臺

4 研究性實驗的教學實踐

過去幾年的教學實踐表明,傳統的實驗教學模式對學生基本實驗能力培養做出了很大的貢獻,但在拔尖人才培養方面乏善可陳.近年來,我們探索與實踐的研究性實驗教學新模式正好彌補了這方面的不足.我們的自主設計、研究性教學模式在各方面得到了不少的積極的反饋.從教學過程看:學生對創新研究性實驗有著濃厚的興趣,學生投入很大的精力對自己的課題進行研究.從競賽結果看:學生選題廣泛,研究深入,既有在實驗過程中發現問題,解決問題,也有當前科研前沿熱點.從學生反饋看:學生十分歡迎這種實驗教學模式,不僅培養了他們的創新思維,而且在實驗過程中培養了他們的多種能力.很多學生在完成實驗之后,都向我們反映實驗收獲良多;同時實驗室建設也在學生們的設計實驗中獲得很多新的思路,形成很好的新實驗項目,真正體現了師生互動、教學相長,也對實驗教學的教師提出了更高的要求.

5 研究性實驗問卷調查

為進一步了解學生對研究性實驗課程的意見,在研究性實驗結束后,對2007級全體參與研究性實驗的學生600人進行了實驗前、實驗中、實驗后各環節共25個問題的問卷調查,問卷見附錄.圖3～9是部分調查結果分析圖.

圖3 問卷調查題1的調查結果

圖4 問卷調查題3的調查結果

圖5 問卷調查題9的調查結果

圖6 問卷調查題10的調查結果

圖7 問卷調查題20的調查結果

圖8 問卷調查題21的調查結果

圖9 問卷調查題22的調查結果

圖3的調查結果表明,95%的學生認為實驗開課前的緒論課對他們提出課題、設計方案很有幫助.從圖4中可以發現,僅5%的學生的課題由教師提供,絕大多數學生自己提出研究課題.圖5和圖6的調查結果表明,學生在完成自己的研究性實驗課題中,廣泛使用各種儀器設備,且有60%以上的學生完成研究課題或多或少地自己動手制作了一些簡易設備.

圖7～9表明實驗完成后學生從課題中的收獲.80%的同學對自己的實驗結果比較滿意,在實驗中允許失敗,但要從失敗中總結經驗、教訓,避免同一錯誤重復出現.70%的學生認為自己的實驗有創新,每個學生在實驗中得了多種能力的提升.

6 結束語

開展5屆研究論文競賽,獲獎論文近150個課題,學生提出課題800個,僅5%的重復性.由于學生提出的課題廣泛,對教師的要求也提高了.教師通過幾年的研究性實驗的教學工作,主動儲備課題,在學生工作的基礎上進一步深入,引導學生進行研究.目前通過研究性實驗的開展,學生發表論文20多篇[1-8],教師的知識結構進一步提高[9-15],實現了教學相長,師生雙贏.教師消化吸收學生的研究成果,對實驗進行改進,以便更有利于學生的研究性實驗的拓展.

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[責任編輯:尹冬梅]

Teaching practice in exploring physical experiment

ZHANG Zeng-ming,SUN La-zhen,HUO Jian-qing,ZHANG Quan,ZHANG Xian-feng
(Teaching Centre of Physical Experiments,University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China)

The teaching model of independent-design of research experiments was emp loyed in the teaching centre of physical experiments in the University of Science and Technology of China.The scientific spirit and the research diathesis of students w ere trained by constructing the research experiment platform and opening the p rojects for research experiments.The exp loring experiments p ractically excited the learning interest of college students,trained their innovative consciousness,inspirited their study volition and enhanced their ability of comp rehensive development.

physical experiments;exp lo ring physical experiment;teaching p ractice;independent design

G642.423

B

1005-4642(2011)02-0020-05

“2010年兩岸三地高等學校物理教育學術研討會”論文

2010-08-02

張增明(1966-),男,安徽舒城人,中國科學技術大學物理實驗教學中心副教授,博士,主要從事物理實驗教學與管理,研究方向為表面物理和高壓物理.