在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程中學(xué)生自主選擇部分實(shí)驗(yàn)的改革

【摘要】介紹在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程中，學(xué)生在完成基本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，自主選擇部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的改革經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 選課

【基金項(xiàng)目】2010年浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院教學(xué)改革與研究項(xiàng)目（NITJY-201035）。

【中圖分類(lèi)號(hào)】O41【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2012）10-0093-01

教育部高等學(xué)校非物理類(lèi)專(zhuān)業(yè)物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)頒發(fā)的《非物理類(lèi)理工學(xué)科大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)基本要求》指出：“各學(xué)校應(yīng)積極創(chuàng)造條件開(kāi)放物理實(shí)驗(yàn)室，在教學(xué)時(shí)間、空間和內(nèi)容上給學(xué)生較大的選擇自由。……為學(xué)有余力的學(xué)生開(kāi)設(shè)提高性實(shí)驗(yàn)，提供延伸課內(nèi)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的條件，以盡可能滿足各層次學(xué)生求知的需要，適應(yīng)學(xué)生的個(gè)性發(fā)展。”我校物理實(shí)驗(yàn)課程按照以上要求，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的條件，開(kāi)展了在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程中讓學(xué)生完成最基本的實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上自主選擇部分實(shí)驗(yàn)的改革。

1.自主選擇部分實(shí)驗(yàn)改革的基本內(nèi)容

我校是一所獨(dú)立學(xué)院，物理實(shí)驗(yàn)室于2002年初開(kāi)始籌建，2002年9月投入使用，現(xiàn)已通過(guò)浙江省實(shí)驗(yàn)室合格評(píng)估，共能開(kāi)出30余個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。物理實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)了學(xué)院工科專(zhuān)業(yè)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)，每學(xué)年實(shí)驗(yàn)學(xué)生人數(shù)容量約1400人。每學(xué)期約有500名學(xué)生修讀大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程（甲類(lèi)課程），每周3學(xué)時(shí)。課程由15次實(shí)驗(yàn)，再加上關(guān)于實(shí)驗(yàn)理論和數(shù)據(jù)處理方法的緒論課和考試組成[1]。學(xué)生根據(jù)排定的實(shí)驗(yàn)輪續(xù)表依次完成實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)共分為3輪，每輪實(shí)驗(yàn)時(shí)，同時(shí)開(kāi)出5個(gè)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生分成小班按順序完成5個(gè)實(shí)驗(yàn)后，再進(jìn)行下一輪。另外，還開(kāi)有學(xué)時(shí)較少的乙類(lèi)物理實(shí)驗(yàn)課程，該課程并沒(méi)有參與本次改革。

從2010年開(kāi)始，我校物理實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)始實(shí)施學(xué)生自選部分實(shí)驗(yàn)、引入論文答辯的改革。改革后，安排學(xué)生完成12次基本實(shí)驗(yàn)（分為2輪），然后由學(xué)生自主選擇，用3周（共9學(xué)時(shí)）時(shí)間完成1組選做實(shí)驗(yàn)（1-2個(gè)實(shí)驗(yàn)），形成小論文，并且經(jīng)申請(qǐng)可參加答辯。課程最終成績(jī)由基本實(shí)驗(yàn)（60%）、選做實(shí)驗(yàn)（20%）、考試（20%）構(gòu)成。另外，嘗試實(shí)施分層次教學(xué)，在完成前6個(gè)最基本實(shí)驗(yàn)后，預(yù)選一些優(yōu)秀學(xué)生（每學(xué)期約20名），即安排以團(tuán)隊(duì)（2-3人一組）的形式選做設(shè)計(jì)性、研究性和綜合性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)1組，最終完成小論文，參加答辯。

為達(dá)到以上改革的要求，我們根據(jù)物理實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)時(shí)數(shù)、獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的學(xué)業(yè)水平，精選了12個(gè)基礎(chǔ)性必做實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)分屬力、熱、聲、光、電和近代物理各學(xué)科，并涵蓋基本物理實(shí)驗(yàn)儀器的使用，基本的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法，基本的物理實(shí)驗(yàn)操作技能。

我們將物理實(shí)驗(yàn)室還能開(kāi)出的20余個(gè)實(shí)驗(yàn)合理拆解和分組，編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介，作為學(xué)生的選做實(shí)驗(yàn)。有一些實(shí)驗(yàn)比較復(fù)雜，學(xué)生很難在有限的課時(shí)內(nèi)完成，我們對(duì)其進(jìn)行了適當(dāng)?shù)姆纸狻＠纾~克耳孫干涉儀相關(guān)實(shí)驗(yàn)[2]可以分解成：組裝邁克耳孫干涉儀、測(cè)量氦氖激光波長(zhǎng)、觀察等傾干涉和等厚干涉、測(cè)量鈉光的黃光雙線波長(zhǎng)差和相干長(zhǎng)度、利用白光干涉測(cè)量透明薄片折射率、測(cè)量空氣折射率、法布里-佩羅干涉。有一些實(shí)驗(yàn)比較簡(jiǎn)單，學(xué)生很快就能完成，我們將原理相近的進(jìn)行合組，使得每組大約需要9學(xué)時(shí)左右。例如，電橋相關(guān)實(shí)驗(yàn)有雙臂電橋、非平衡電橋和交流電橋，合為一組；密立根的實(shí)驗(yàn)：油滴實(shí)驗(yàn)、光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)合為一組。

我們制訂了網(wǎng)上選課規(guī)則，依托學(xué)校教務(wù)處的選課系統(tǒng)，建立選課網(wǎng)頁(yè)，規(guī)范選課程序。期末，分時(shí)段安排學(xué)生答辯，每組實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目挑選1組優(yōu)秀學(xué)生上講臺(tái)講解實(shí)驗(yàn)，所有同學(xué)均參與聽(tīng)講和提問(wèn)環(huán)節(jié)。

我們還挑選了一些實(shí)驗(yàn)作為小課題實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)通常需要2-3位同學(xué)進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，花上9周（27學(xué)時(shí)）時(shí)間完成。這些實(shí)驗(yàn)中，有一些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容綜合性較強(qiáng)、對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)要求較多的實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)的原理，在非物理類(lèi)大學(xué)物理課程中并不涉及，學(xué)生需要在課內(nèi)課外研讀相關(guān)的資料，例如偏振光、塞曼效應(yīng)等實(shí)驗(yàn)。有一些不適合在面上開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生之間要互相影響，例如全息照相實(shí)驗(yàn)，只能在不同時(shí)段，安排少量學(xué)生參加實(shí)驗(yàn)。有一些探索性實(shí)驗(yàn)，其確切實(shí)驗(yàn)結(jié)果未知，只能安排少數(shù)同學(xué)參與，例如照相法制作菲涅耳波帶片、探究小球在平面上的碰撞等實(shí)驗(yàn)。

2.自主選擇部分實(shí)驗(yàn)改革的作用和意義

這樣的改革，在抓住基本實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，給學(xué)生一定的選擇權(quán)，實(shí)施分層次教學(xué)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，實(shí)踐多樣化的考核方式，包括考試、小論文、答辯等形式，可以更好地培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的能力和創(chuàng)新能力。安排用多次課時(shí)完成一組實(shí)驗(yàn)，2-3人一組進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，學(xué)生能充分理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，教學(xué)效果更好。而且，這也充分利用物理實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件，提高了實(shí)驗(yàn)儀器的利用率。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程是理工科大學(xué)生的必修課程，通常是本科生實(shí)踐教學(xué)的開(kāi)端和基礎(chǔ)。在這門(mén)基礎(chǔ)性的實(shí)踐課程中，學(xué)生經(jīng)歷從選題、實(shí)驗(yàn)、總結(jié)報(bào)告、答辯交流的全過(guò)程，為后續(xù)課程打下了一定的基礎(chǔ)。

特別是其中的答辯環(huán)節(jié)。學(xué)生通過(guò)答辯互相交流，發(fā)現(xiàn)原來(lái)各自實(shí)驗(yàn)中有些相關(guān)的內(nèi)容，例如，法布里佩羅干涉、塞曼效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、偏振光實(shí)驗(yàn)都涉及到多光束干涉的現(xiàn)象和原理，邁克耳孫干涉實(shí)驗(yàn)和全息照相都涉及光路的設(shè)計(jì)和調(diào)整等等，可以加深對(duì)這些內(nèi)容的理解。

物理實(shí)驗(yàn)室除需要開(kāi)設(shè)基本實(shí)驗(yàn)之外，還需要開(kāi)設(shè)一些綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和一些近代物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。其儀器價(jià)格昂貴，實(shí)驗(yàn)室僅能少量購(gòu)置。例如，我校虛擬儀器ELVIS實(shí)驗(yàn)僅配置2套。安排學(xué)生完成不同的實(shí)驗(yàn)然后通過(guò)答辯相互交流，可以拓展學(xué)生的知識(shí)面，滿足課程需求。學(xué)生分散到各個(gè)實(shí)驗(yàn)，也可以減少對(duì)該類(lèi)儀器套數(shù)的需求，提高儀器利用率。

3.結(jié)束語(yǔ)

我們?cè)诖髮W(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程中，讓學(xué)生在保證完成基本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，自主選擇部分實(shí)驗(yàn)，并且在課程中引入了答辯環(huán)節(jié)，提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的興趣，開(kāi)拓了學(xué)生的視野，為后續(xù)課程打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)室的儀器利用率也得到了提高。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳守川，杜金潮，沈劍峰.新編大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程[M].浙江杭州： 浙江大學(xué)出版社，2009：134-141， 221-223.

[2] 蔣衛(wèi)建，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程中開(kāi)設(shè)邁克爾孫干涉儀綜合實(shí)驗(yàn)的探索與實(shí)踐.中國(guó)科技博覽[J]，2010，32，488.