大眾化教育背景下農業院校大學物理實驗教學改革

摘要：大學物理實驗是培養學生科學思維能力和創新能力的重要課程，但在大眾化教育背景下，傳統的實驗教學存在著許多與新時期教育不相適應的地方，這就要求我們對大學物理實驗課教學進行了一些改革與創新，應注重學生基本技能，培養實驗興趣，將培養與提高學生的科學素質和能力作為課程教學追求的目標。

關鍵詞：大學物理實驗；大眾化教育；教學改革；科學素質

中圖分類號：G424.31 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）04-0131-03

大學物理實驗課是提高大學生創新能力和綜合素質的重要課程[1]，其目的是通過實驗指引學生深入觀察各種物理現象，豐富和活躍學生的物理思想，激發學生的學習興趣、想象力、創造力，引導學生了解實驗在物理概念的產生、形成和發展過程中的作用；學習近代物理中的常用方法、技術、儀器和知識，進一步培養良好的實驗習慣以及嚴謹的科學作風，使學生獲得一定程度的獨立開展科學研究工作的素質和能力。這對培養學生的學習積極性、實驗技能、實事求是、嚴肅認真的科學態度和科學方法及學生的動手能力、創新意識、思維能力、探索精神、分析問題和解決問題的能力等方面有著不可替代的作用。我國的高等教育已進入了大眾化階段，高等教育已由傳授知識為主轉變為提高實踐能力、加強素質培養為主?，F今我國的人才市場需求現狀，一方面是一大批沒有受過應有的工程技術訓練的畢業生難以就業，另一方面是企業又難以找到大量急需的實用型人才[2]。在校學生數量大幅度增加，但在培養過程中卻脫離了實際需求，學用脫節是當今我國高校教育在人才培養上存在的主要缺陷之一，導致學生實踐動手能力差，而社會對有較強實踐能力的應用型人才的需求日益增大。培養應用型人才離不開實踐教學，實驗是實踐教學的重要組成部分，這需要我們切實加強實驗課程的教學，以滿足社會發展對農業類人才的需求。

一、農業院校大學物理實驗的教學現狀

受學校性質的影響，農林院校的大學物理實驗課課時量普遍偏少，與學生的專業知識結合太少。課堂教學一直沿用傳統的封閉方式進行，將系統的物理實驗被孤立地分為幾個模塊，打破了他們間應有的理論聯系，阻礙了學生用整體的眼光系統全面認識地認識物理學知識。由于條件有限，簡單的驗證性項目過多，而能鍛煉學生自主思維能力的綜合性試驗和設計性試驗項目過少，造成學生所學的知識不能很好地融會貫通，從而無法靈活應用知識、突破創新[3]。這很容易讓學生覺得大學物理實驗只是驗證理論課堂上的一些簡單結論而已，嚴重打擊了學生的學習熱情。加之教學方式不合理，通常都是教師在學生實驗前將實驗原理、儀器使用、注意事項、實驗內容和數據處理等全部詳細介紹給學生，并進行完整的實驗示范，然后由學生按照老師的講解及操作演示進行實驗操作和實驗數據的記錄，最后完成實驗報告。很顯然，這種教學方法注重實驗過程這樣一種形式，但卻忽略了實驗方法訓練，唯恐學生不會，老師幾乎把實驗過程中涉及到的一切都已詳細介紹給學生，沒有給學生留下任何自由思考的空間，學生只需模仿重現老師的操作過程，而不需思考即可完成實驗。顯然，這種培養方式起不到培養學生觀察問題、分析問題并解決問題的能力。長此以往，很容易使學生養成惰性，需要學生自己思考解決的地方也依賴于老師來解決。這種教學方式違背了由淺入深、循序漸進的認識規律。其后果是學生只能機械地進行操作、記錄和處理數據，對學生的學習積極性、主動性、創新性都是一種扼殺，達不到開設這門課的真正目的。在當前大眾化教育背景下，如何充分發揮農業院校的特色，培養出經濟社會發展所需的合格應用型人才，迫切需要我們對大學物理實驗的課程體系、內容、方法等進行了全面的改革。

二、農業院校大學物理實驗教學的改革

1.改革傳統的全盤講授式的教學方式。傳統大學物理實驗教學以老師的“教”為中心，而不是學生的“做”。老師將一切都全盤教給學生，而沒有顧及到學生的理解吸收與循序漸進的認識規律。學生似懂非懂，整個實驗過程基本上是在模仿老師的操作演示，很難達到培養學生觀察問題、分析問題與解決問題的能力。整個課堂呆板、沉悶，學生缺少主動學習的積極性，教學效果差。這種教學方式忽略了學生認知過程中的主觀能動性，束縛了學生的思想火花，致使學生的實際動手能力和獨立思考能力得不到培養，限制了對學生創新精神和創新能力的培養[4-5]。教師的職責是要教會學生如何學習，促使學生在“學”的過程中發現問題，分析問題并加以解決，使知識轉變成自身的能力，而不是將自己的知識全盤施加給學生，正所謂“授人以魚不如授人以漁”。在教學過程中需要發揮教師引導作用，更要充分體現學生認知主體作用，這需要我們突破傳統教學的束縛，轉變教學觀念，改革傳統的教學方式，采用新穎的、能激發學生學習熱情的新型教學方式。教學方式因人而異，難以一概而論。比如說，根據循序漸進的認識規律，將所涉及到的知識分成幾個模塊，采用分階段式的教學方式，根據實驗的進程，需要用到哪些知識，老師再適時地給予講解，這樣更有助于學生的理解吸收。具體地來說，課程教學與學生的專業相結合，根據生活實際引入教學內容。將實際生活帶入課堂，可充分調動起學生的探疑積極性。在此基礎上，適當分析講解相關知識點，介紹相關物理量的測定，引入實驗課題。針對待測的物理量，對學進行提問：用什么方法來測量？如何側量？有何注意事項？然后學生開始進入有目的的預習。讓學生帶著疑問預習，更能加深其印象，便于理解吸收。預習完后，老師又可通過提問來了解學生的預習效果，對學生還較為欠缺的部分老師再加以解釋，讓學生充分理解。在此過程中結合實際情況進行簡單的非完整的操作示范。此后，進入學生自主實驗階段。第三階段，在學生操作過程中，老師要密切注意學生的具體實驗過程，了解其操作是否規范。遇到學生提問時，不應直接告訴學生該如何操作或直接幫學生調節好實驗儀器，而應引導學生分析，如按不正確的或不規范的方法進行測量時會有什么影響？能否測出所需結果？利用反面教育更能警示學生，深化正面效果[6]，促使學生加深理解。鼓勵學生小組內部多討論，相互促進。最后在檢查實驗結果時，改變以往只滿足于實驗數據的正確與否，更應注重于實驗過程中學生的實際操作和創新思想，幫助學生分析誤差產生的來源，讓學生每次實驗后都有真正的收獲。數據對了，為何對了？錯了，錯在哪？當場給出實驗成績，讓學生體會到成功的喜悅，快樂學習。

2.淘汰“鐵箱”類實驗儀器。隨科技的發展，實驗儀器也越來越集成化，出現很多鐵箱子封起來，實驗儀器只是一個簡單的操作面板。利用這類設備進行實驗教學時，像是使用傻瓜相機一樣，只需要簡單按幾個按鈕即可，雖然減少了繁瑣的實驗操作過程，但學生對于儀器構造、實驗的設計思想、實驗現象如何來、實驗誤差的產生等卻全無所知。高等教育不是為工廠的生產線培養儀器操作工人，而是高素質的現代化科技人才，因此，需要淘汰這種“鐵箱”類的實驗設備。比如說“霍爾傳感器測磁場”這個實驗，學生所做的只需連幾根導線然后搖動尺子，按鍵記錄數據，而對于學生想知道的磁場的激發、霍爾效應的觀察、如何判斷半導體霍爾元件的導電類型等都被鐵箱包裹起來，拒人于門外。這里不是說磁場的測量這個實驗不重要，只是這類儀器在當前環境下不適用于應用型人才的培養，應采用其他更明了的儀器來進行測量。相反，如在用落球法測量液體的粘滯系數實驗中，學生可觀察到整個實驗過程的變化，可以讓學生感覺到自己是在真正參與實驗，實驗結果是自己的勞動成果，而不是像“鐵箱”類儀器自動給出的。而且，這類需要全程動手的實驗儀器更能激發學生的學習積極性，真正地學到了物理實驗方法和知識技能。比如在實驗過程中沒有規范操作，將產生很大的實驗誤差，這迫使學生去仔細觀察、認真思考，促使學生運用理論知識來進行分析。為什么釋放小球時手不能抖動？根據受力分析，因為是跟重力相比較，而重力的受力方向在豎直方向，所以要想正確測出液體的粘滯系數來，小球需要在水平方向上不能有速度，否則會影響粘滯系數的測量，產生誤差。而在確定小球的尺寸時，可使學生對比觀察不同大小的球放入液體后對液體內部的影響，加深了解粘滯系數的概念，真正理解流體力學中斯托克斯公式的適用條件。這樣，才能充分發揮物理實驗課程的優勢所在，促使學生認真參與進來，全方位地提高學生的實驗技能和綜合素質，達到培養學生的動手能力、思維能力和創新能力的目的[3]。教學過程中我們需要充分使用學生多動手的實驗儀器，而不是坐在儀器旁等數據自動出來。經調查，大部分學生并不喜歡利用這類儀器進行的實驗，而更愿意操作需要自己多動手的儀器。再比如拉脫法測量液體的表面張力系數實驗，也需要學生的全程參與，無論是吊環的水平調節，還是液膜的提取都需要學生認真操作，仔細觀察。這類儀器不能給出相應的實驗結果，一切都只能靠自己的操作去獲得。而所獲得實驗數據并不一定就正確，還需要認真分析、甄別。比如，測量過程中電壓表讀數開始一直在增大，但在液膜破裂前卻又逐漸減小。這給學生提出了疑問，電壓值應該取哪一個？最大值？最小值？或是很多實驗教材上所說的液膜斷裂前一瞬間的值？由于老師并沒有指定側哪個電壓值，這就迫使學生緩慢操作，認真觀察液膜形態的變化。由于在吊環從水中拉起過程中受表面張力的影響，液膜沿吊環內外表面逐漸往下滑，形成上窄下寬的形狀。繼續往上拉，將會使液膜最終滑落到吊環端面下，此時液膜表面近視垂直于水平面，電壓達最大值。繼續上拉吊環，液膜中央逐漸變窄，使得電壓值又逐漸縮小。通過認真觀察，學生都能準確地認識到應當取電壓最大值。實驗不是為了測量機組數據，簡單驗證下相應的理論知識，或測一個什么物理量，關鍵是從實驗中去獲取新的知識，去發現問題，去解決問題，從而切實加強自身的綜合素質。這種儀器可讓學生多動手，真正參與進來，體會到科學實驗的過程，切實掌握好相應的知識。

3.充分利用演示實驗。演示實驗是指為配合教學內容由教師演示的實驗，它是課堂教學內容的有益補充與詮釋，能幫助學生建立相應的物理圖像。它能化抽象為具體，化枯燥為生動[7]，直觀地表達物理學的思想和方法，把一些難以直接觀察、經歷或體驗的物理過程形象生動地展示在學生面前，使學生透過現象體會理論，從形象理解抽象，加深理解和掌握物理概念和規律，同時可領略物理學的思想，培養科學態度和科學方法[8]。在具體的實驗課程教學過程中可充分借助于演示實驗的直觀性、易操作性來進行輔助教學，有時一個簡單的現象勝過千言萬語，更能促進學生的理解。比如在液體粘滯系數的測定實驗中，可在課堂上利用氣體的內摩擦演示儀來進行演示實驗，讓學生直觀地觀察流體的內摩擦現象，充分理解流體黏性的作用。在具體教學過程中，要重視演示實驗，適當添加一些相關的演示項目，使教學內容更加豐富，使學生的眼界更加開闊。再比如，在靜電場的描繪實驗中，引入“怒發沖冠”演示實驗，不但將抽象的靜電現象形象生動地展現出來，激發了學生的學習興趣，加深了對靜電概念的理解，而且還讓學生體會到物理實驗的樂趣。

人才培養的思路必須要適應社會的發展，在大學物理實驗教學過程中，我們必須根據具體的教育背景，由原來的封閉型教學方法由向開放型教學方法轉變。摒棄以往教師主導一切的落后教學方式，通過采取階段式的教學方式，與學生的專業需求結合起來，牢牢吸引學生的學習熱情，極大地激發學生的學習潛能，提高課堂教學效率。讓學生充分參與進來，而不是被動地機械重復教師的演示，切實加強其自身能力的鍛煉，激發學生的創新意識，切實培養學生嚴謹的科學思維能力和創新精神，培養學生理論聯系實際、分析和解決實際問題的能力，特別是與科學技術的發展相適應的綜合能力，適應我國經濟社會對應用型人才的要求。

參考文獻：

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[3]趙麗華，王悅悅，戴朝卿.“平臺+模塊”大學物理實驗課程體系的探討[J].中國林業教育，2010，28（4）：72-74.

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[6]李振華.反面教育初探[J].黨史文苑，2010，（16）：77-78.

[7]肖文波，何興道，鄧懿媛，等.大學物理實驗教學與創新能力培養的討論[J].大學物理實驗，2010，23（1）：83-85.

[8]張玲玲.大學物理實驗教學的改革與實踐探索[J].吉林省教育學院學報（學科版），2010，26（5）：135-136.

基金項目：湖南農業大學2010年度教改項目（A2010035）

作者簡介：龍臥云（1977-），男，湖南隆回人，講師，在職博士，主要從事大學物理教研工作。