大學物理實驗研究性教學模式探索與實踐

陳 森 吳 平 趙雪丹 邱 宏 黃筱玲

北京科技大學數理學院 北京 100083

2005年教育部頒發的《進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見》提出高等學校要積極推動研究型教學，提高大學生的創新能力[1]。北京科技大學定位為“研究型”大學，學校提出以培育英才、培養具有創新精神和實踐能力的創新人才為目標[2]，大學物理實驗是理工科學生進行科學實驗基本訓練的必修基礎課程，課程中所涉及的實驗知識、實驗技能和實驗方法是后續實踐訓練的基礎，也是學生以后從事各項科學探索和工程實踐的基礎，對學生實踐能力培養和創新意識的形成起著至關重要的作用。在這樣的大背景下，如何在面向數千名學生的大學物理實驗中引入科學研究的思維方式開展研究性教學這一課題就擺在了我們面前。自2003年以來，物理實驗教學團隊從課程內容、教學模式及考核方式等方面入手進行了改革與創新[3-7]，經過幾年的不懈努力，探索出了一套操作性較強、可以在大面積教學上實施、貫穿研究性思想的物理實驗教學新模式。

1 更新教學理念，授人以“魚”，更要授人以“漁”

研究性教學是運用科學研究的方式、思維來組織教學，把科學研究的理念、精神、態度、方法等滲透和運用到教學過程中，激發學生的學習興趣和學習主動性、積極性、創造性，培養學生發現問題、解決問題的能力，提高學生的自學、閱讀、理解、判斷、分析、實踐、創新等能力[8]。在教學過程中，我們及時更新實驗教學理念，將傳授知識與提高學生的實際能力有機融合，引入科學研究的思維方式，并將創新能力培養始終貫穿于整個物理實驗教學的各個環節。

2 實驗內容創新

2.1 注重實驗內容的基礎性、科學性和時代性

對設立的實驗項目逐個進行研究，堅持基本知識、基本技能與研究意識兼顧培養的原則，注重實驗內容的基礎性、科學性和時代性，提出實驗項目的具體研究性實驗內容與要求，經過多年的教學實踐，逐步形成了貫穿研究性教學思想的物理實驗課程項目設置方案、實驗要求、實驗內容以及相應的教學大綱。

2.2 將科研成果轉化為實驗內容，提高綜合性、研究性實驗比例

積極引入和自主開發物理思想鮮明、實驗內容貼近現代生活、實驗手段比較先進、能夠反映現代科學技術發展的綜合性、研究性實驗項目。

2003年起陸續將自主研制開發的“金屬薄膜的制備”“金屬薄膜厚度的測量”“金屬薄膜電阻率的測量”“磁性薄膜的磁電阻測量”“金屬薄膜生長過程動態特性監測”“薄膜應力測量”“薄膜材料電容率測量”等系列實驗引入大學物理實驗教學。這一系列實驗各有重點，內容互有相關。每個實驗既可獨立進行，也可組成一個大的研究性實驗課題。這些自主研發的實驗項目是科研向教學轉化的成果，它們不僅物理現象豐富、內容新穎，對學生有很強的吸引力，還具有很好的實驗內容可拓展性和研究性教學理念可實踐性。

系列實驗的開發與教學設計還促進了教師教學理念的轉變，將研究性教學方式輻射、拓展到整個大學物理實驗課程的教學實踐過程，將灌輸式的講解轉變為提問式、啟發式的課堂互動，引導學生體驗實驗設計者提出問題、解決問題的思考方式，引導學生自己規劃和決定具體的實驗條件、實驗方案，引導學生自主解決實驗中的問題。這種滲透著科學研究元素的教學方式使得大學物理實驗課程的教學實踐變得更加的生動活潑，使得教師能夠及時抓住學生創造性思維的火花，因勢利導，使其得以展開和深入。對于學生，實驗內容和形式的靈活多樣，激發了他們主動實驗的熱情，他們會自己查資料、制定初步計劃，積極與教師討論，從而在一種輕松的氛圍中完成實驗。

3 教材創新，注重強化研究性思想和學生自主實驗的教學理念

與研究性教學相適應，編寫出版了滲透自主性、研究性教學理念的實驗教材《大學物理實驗教程》。教材中每個實驗都提出了學生預習時要搞清楚的基本問題或關鍵問題。每個實驗都設有研究性題目，這些研究性題目是教師根據多年的教學實踐，在考慮了大學一、二年級學生的知識水平、實驗技能和實驗條件基礎上提出的，能夠給予學生更多自由、自主探索的空間。

4 教學模式創新，探索出一套操作性較強、可以在大面積教學上實施、貫穿研究型思想的教學組織與管理模式

實驗內容、實驗器材、實驗時間的可變化性是開展研究性實驗教學的有力保證。但是在大面積教學中，教學內容和實驗儀器的可變性因受到客觀條件的限制而不便做出大幅度改變；基礎必修課程的特性也決定了研究性實驗教學的開展應限制在計劃學時內。基于這樣的特點，采取以具有普遍適用性的教學內容為主，以個性化研究性題目為輔，多層次開展研究性教學。

為了滿足對研究性物理實驗有濃厚興趣的工科學生進一步學習的要求，我們將近代物理實驗Ⅰ中實驗項目作為公共選修課向工科學生開放，為其提供了解現代科學技術與測試手段的基本原理、提高實驗技能的機會。

全面實施開放式教學、網絡選課、實驗項目實行套餐制，不同專業學生根據學科特點、興趣選擇不同的實驗項目組合開展相關實驗，保證教學資源充分利用的同時也滿足了個性化實驗教學的需要。

多種培養方式并舉，構建突破課堂邊界的大學習系統，把課內與課外有機地結合起來，促進綜合實驗素質養成、研究性、創新性思維能力培養的立體滲透。鼓勵教師指導本科生創新項目，吸引學生走進實驗室進行相應的科學研究，接受科研訓練。鼓勵學生利用物理實驗競賽，大學生課外學術實踐競賽等平臺，運用已學到的理論知識和實驗技能走出實驗室去解決相關的實際問題，提高學生的實踐能力及綜合素質。

打造與研究性教學相適應的教學環境，營造濃厚的研究性學習氛圍。建立網絡課程平臺，學生可進行教學資料與文獻查閱、實驗預習、網上答疑、電子課件下載、課堂教學錄像觀看等多種活動，學生也可以隨時到實驗室與指導教師面對面交流和討論，使物理實驗教學在時間上和空間上得到延伸。

5 成績評價手段創新：建立了適合研究性教學方式的全過程、立體化物理實驗課程考核辦法

改革過去“單一試卷+實驗報告”的考核方式，建立適合研究性教學方式的“全過程-立體化”考核辦法。注重對整個學習過程中學生學習情況的評定，實驗報告批改注重數據處理、討論分析，增加該部分分數比重，期末考試采取多樣形式，如口頭報告、筆試+口頭報告、筆試+實驗操作、新實驗考核等。強調能力，主要考核學生發現問題、解決問題的能力、科研思維的能力；強調創新，考查學生在實驗過程中的發散性思維；強調新思路、新觀點、新方法。

6 研究性教學的效果

經過多年的研究性教學實踐，在教學中取得明顯效果，學生的學科知識水平、對實驗的積極性、自主學習能力、科學研究的意識顯著提高，每年受益學生約3 000多人。在連續幾年的北京市物理實驗競賽中成績顯著，獲獎等級、人數逐步提高，取得2009年二等獎1項，2010年一等獎1項、二等獎1項、三等獎3項，2011年一等獎2項、三等獎2項的好成績，學生在國內學術期刊參與發表教學研究論文4篇。

7 結束語

研究性教學是培養學生創新能力的重要途徑，經過多年的實踐表明，面向人數眾多的低年級學生開展研究性大學物理實驗教學，方法可行，教學理念先進，受益面大，學生的學科知識水平、實驗積極性、自主學習能力、科學研究的意識顯著提高，能有效地提高教學質量，對于培養創新和創造性人才有著重要的意義。

[1]劉冰,陳厚,倪文莉.以科學本質為基礎的研究型教學新思路[J].高等理科教育,2011,97(3):74-78.

[2]錢大益,孫建林,劉云,王德仁.材料實驗教學示范中心建設的啟示[J].實驗技術與管理,2009,26(5):114-117.

[3]丁紅勝,董軍軍,吳平.綜合性設計性實驗的教學思路探討[J].大學物理,2007,26(5):44-47.

[4]吳平,邱宏,黃筱玲,田躍,趙雪丹,潘禮慶,王鳳平,羅勝.金屬薄膜制備及物性測量系列實驗[J].大學物理,2006,25(5):39-41.

[5]黃筱玲,田躍,邱宏.將濺射鍍膜及薄膜生長動態監測技術引入普通物理實驗[J].物理實驗,2005,25(5):28-30.

[6]邱宏,吳平,王鳳平,潘禮慶,黃筱玲,田躍.把“四探針測量金屬薄膜電阻率”引入普通物理實驗[J].大學物理,2004,23(5):59-61.

[7]吳平,邱宏,孫旭貴,趙晶.將科學研究的思維方式引進普通物理實驗教學[J].實驗技術與管理,2003,20(1):73-75.

[8]余遠富,王慶仁.高校研究性教學評價體系的構建[J].高等工程教育研究,2011(5):111-115.