大學(xué)物理實驗教學(xué)的思考與建議

陳中鈞，俞眉孫

（電子科技大學(xué) 物理電子學(xué)院，四川 成都 610054）

國家關(guān)于全面推進素質(zhì)教育的決定，對高等教育的改革與發(fā)展提出了新的要求：“抓緊建立更新教學(xué)內(nèi)容機制，加強課程的綜合性和實踐性，重視實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力”［1－5］。大學(xué)物理實驗是一門實踐性和應(yīng)用性很強的課程，是理工科學(xué)生進入大學(xué)后受到系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓(xùn)練的開端［6］。通過大學(xué)物理實驗課程的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，不僅能幫助學(xué)生正確理解物理概念和規(guī)律，而且在培養(yǎng)和提高學(xué)生動手能力、觀察能力、創(chuàng)新思維能力、理論聯(lián)系實際能力以及分析問題和解決問題的能力，特別是與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展相適應(yīng)的綜合能力等方面，該課程具有其他理論課程所無法比擬的優(yōu)勢。

1 從實驗教學(xué)方法上下工夫，提高學(xué)生實驗的主動性

1.1 抓住課堂講授的“黃金30分鐘”

傳統(tǒng)教學(xué)方式往往是教師詳細地講解實驗原理、方法、步驟、儀器使用、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理等［7］，甚至有的教師還會在學(xué)生做實驗之前把實驗從頭到尾地演示一遍，這樣學(xué)生操作就是被動地按照教師演示的步驟機械地重復(fù)實驗操作，就能成功地獲得實驗數(shù)據(jù)，完成實驗任務(wù)。部分學(xué)生完全是應(yīng)付了事，實驗做完以后根本不知道自己做了什么，連實驗儀器名稱都是模模糊糊的，回去以后根本不知道如何做數(shù)據(jù)處理，就更談不上提高動手能力和創(chuàng)新能力了。為了改變現(xiàn)存的不良狀況，應(yīng)該抓住課堂講授的“黃金30分鐘”，生動有趣并且有理論深度地講解實驗。

教師應(yīng)該在課前認真?zhèn)湔n，從學(xué)生對知識的渴求需要出發(fā)，做充分的資料查閱，以便自己的課堂講授能吸引住學(xué)生，能讓學(xué)生對此產(chǎn)生興趣。教學(xué)過程始終以學(xué)生為中心，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，最大限度地調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生的實驗技能，訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維方法及綜合運用知識的能力，同時還能有效地提高和培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。比如，大學(xué)物理實驗中會涉及到一些驗證經(jīng)典物理理論的驗證性實驗，這類實驗相對于新技術(shù)和新方法運用類型的實驗內(nèi)容更容易使學(xué)生感到枯燥無味。物理學(xué)本身就是一門實驗科學(xué)，無論是物理概念的產(chǎn)生還是物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)都是建立在嚴格的科學(xué)實驗基礎(chǔ)上的，同時，建立起來的理論正確與否也必須通過實驗來驗證。任何一個物理實驗的出現(xiàn)都存在一定的歷史背景，教師應(yīng)該恰當(dāng)引入物理史事或者該物理實驗的歷史淵源來吸引學(xué)生的注意，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，然后適當(dāng)提出需要解決的問題，巧妙地引入該實驗內(nèi)容的教學(xué)，使學(xué)生能夠認識、體會到物理思想的精髓所在。以“邁克耳孫干涉儀的調(diào)整和使用”實驗為例，如果單純地按照傳統(tǒng)的教材上的內(nèi)容來講，學(xué)生會感覺索然無味，課堂氛圍會比較死板，如果換一種講授思路，引入邁克耳孫干涉儀設(shè)計產(chǎn)生的背景資料，讓學(xué)生知道在什么樣的背景條件下，促使科學(xué)家去設(shè)計完成這樣一個實驗項目，使學(xué)生能夠體驗、理解大師的思路和解決問題的方法，就會使教學(xué)效果峰回路轉(zhuǎn)，既抓住了學(xué)生渴求知識的好奇心理，又激發(fā)了學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，同時又能讓學(xué)生在該實驗的學(xué)習(xí)中懂得許多道理，比如新儀器設(shè)計的思路，如何解決設(shè)計中出現(xiàn)的問題，如何解決實驗結(jié)果與理論相悖的困難等。“學(xué)史使人明鑒”，尋找物理學(xué)歷史名家的重要思維過程，對學(xué)生科學(xué)創(chuàng)新思維及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有著非常重要的作用。

大學(xué)物理實驗20多個基本實驗，是經(jīng)過多年精心挑選留下來的，每個實驗都有其存在的價值，這些實驗大致可以分2類：經(jīng)典類和應(yīng)用類。經(jīng)典類實驗一般在物理發(fā)展史中占有一定的地位或者獲得過諾貝爾獎，譬如密立根油滴實驗、邁克耳孫干涉實驗等。對經(jīng)典類的實驗最重要一點就是要學(xué)生了解其思想內(nèi)涵和設(shè)計思路，而實驗操作處理則是為了加深理解。應(yīng)用類實驗就是物理原理的典型應(yīng)用，或者說具有非常現(xiàn)實應(yīng)用價值的實驗，譬如現(xiàn)在熱門的傳感器應(yīng)用實驗，對應(yīng)的實驗有霍爾效應(yīng)測磁場實驗、壓力傳感器實驗等。對應(yīng)用型實驗則重點講述其應(yīng)用價值，讓學(xué)生充分了解本實驗的內(nèi)容在實際中的意義、特點及掌握其使用方法，在對其原理和操作的掌握和熟悉上下工夫。

總之，根據(jù)實驗課題類型的不同，教師應(yīng)該采用靈活多變的教學(xué)方法，以免使學(xué)生產(chǎn)生精神疲勞。這就需要教師自身積極地學(xué)習(xí)，不斷充實自己，使自己具有豐富的知識面和很強的科學(xué)實踐能力，能將枯燥的知識聯(lián)系實際，形象化、有趣化、實用化。

1.2 巧妙地進行實驗動手引導(dǎo)，步步設(shè)疑

教師在課堂上講授內(nèi)容不要一味求全，面面俱到，可以只講實驗原理、要求和注意事項，以免學(xué)生不會正確使用儀器而導(dǎo)致儀器故障等。為了能真正地培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力，以及分析問題、解決問題的能力，教師應(yīng)該把更多的時間留給學(xué)生，把操作過程的主動權(quán)交還到學(xué)生手里，發(fā)揮學(xué)生的主體能動性［8－9］。就具體教學(xué)而言，就是盡可能使學(xué)生參與到學(xué)習(xí)活動中來，在教師引導(dǎo)下，大膽想象，積極思維，主動探索，在學(xué)習(xí)中發(fā)掘自己內(nèi)在的潛力，不斷提高創(chuàng)造力。教師注意進行啟發(fā)性指導(dǎo)，觀察課堂學(xué)生操作情況。在遵守儀器操作規(guī)則的前提下，鼓勵學(xué)生大膽調(diào)試實驗儀器，邊操作邊思考，在不斷失敗的過程中體會成功的喜悅。這樣做既鍛煉了學(xué)生的挫折承受力，也能使學(xué)生的動手能力得到提高和升華。但是這一過程中如果缺乏理論的指導(dǎo)，僅靠碰運氣瞎蒙，也不能達到培養(yǎng)學(xué)生運用理論知識分析和解決問題的能力。因此對大多數(shù)學(xué)生都遇到的問題，教師就需要提出來，大家共同探討。

在進行指導(dǎo)時，注意對學(xué)生進行物理思想、物理方法的引導(dǎo)，而不是簡單地解決學(xué)生當(dāng)前的困難，要讓學(xué)生知其所以然，引導(dǎo)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，理論聯(lián)系實際，靈活應(yīng)用已有知識和方法［8］。比如，在“牛頓環(huán)測透鏡的曲率半徑”實驗的指導(dǎo)過程中，發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生都不容易調(diào)出清晰的干涉條紋：牛頓環(huán)，雖然個別學(xué)生可以調(diào)出來，但是操作非常盲目，因此在這些問題出現(xiàn)的時候，教師就需要逐步引導(dǎo)學(xué)生進行多方面的思考，各個突破。通過一步一步的設(shè)疑，逐步找到問題所在，讓學(xué)生明明白白地學(xué)會多方位思考問題，潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，加強對實驗課程的興趣。

2 改變傳統(tǒng)的實驗報告書寫形式，鼓勵創(chuàng)新

在大學(xué)物理實驗課的教學(xué)環(huán)節(jié)中，書寫正規(guī)的實驗報告也是實驗教學(xué)過程中的重要一環(huán)。實驗報告要求學(xué)生把所做實驗的相關(guān)資料、心得體會，以及對本實驗過程的方法、手段或者改進意見加工整理，撰寫成匯報性的書面材料。通過實驗報告，教師可以了解學(xué)生掌握知識的狀況和收獲等，當(dāng)然也是進行實驗成績評定的重要依據(jù)之一。實驗報告的寫作訓(xùn)練可以慢慢提高學(xué)生的科技論文寫作水平［9］。

傳統(tǒng)的實驗報告書寫格式相對固定，比如要求學(xué)生依次寫出實驗名稱、實驗?zāi)康摹嶒炘怼嶒瀮x器、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)及處理、誤差分析與討論以及對實驗的建議、體會等［10］。格式化的實驗報告帶來了許多弊端［11－12］，很難體現(xiàn)出學(xué)生實驗的個性，基本上是大同小異的，從中很難看出學(xué)生對待實驗的態(tài)度以及是否下工夫去仔細思考、總結(jié)本次實驗，更難見到有特色、有創(chuàng)新、有一定水平的實驗報告。另外，學(xué)生實驗報告的內(nèi)容基本上從教材中來，照抄或是大量摘抄是相當(dāng)普遍的現(xiàn)象，這也在無形中助長了學(xué)生的依賴性和懶惰性，養(yǎng)成一種應(yīng)付了事、不重視實驗課的不良學(xué)風(fēng)。面對基本雷同的實驗報告，教師很難給出公平合理的成績評定，特別是對抄襲的實驗報告或是摘抄的實驗報告難以區(qū)別真?zhèn)危瑢?dǎo)致部分沒有完成實驗教學(xué)要求的學(xué)生實驗報告容易完成并通過，這也是造成學(xué)生普遍不能積極對待實驗課的原因之一。

可以借鑒國外實驗報告撰寫經(jīng)驗，結(jié)合我們自己的特色，采用形式多樣化的實驗報告形式，既能發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，又能讓教師更好地把握學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)和過程。

2.1 采用科技小論文的形式，培養(yǎng)科研寫作能力

提倡學(xué)生將所做的實驗當(dāng)作自己的一項科研活動，用科學(xué)實驗的觀點，經(jīng)過自己的大量調(diào)研和實驗，按照科技小論文的寫作格式和寫作方法來完成對實驗報告的書寫。這種靈活多變的方式，可以改變傳統(tǒng)單一的寫作模式，使學(xué)生的實驗報告更具個性和特色。要達到這點，就需要學(xué)生借助網(wǎng)絡(luò)或者圖書館等途徑大量查閱相關(guān)實驗的科技文獻和學(xué)術(shù)刊物，而不再僅僅依賴實驗教材，這既鍛煉了學(xué)生查閱文獻獲取有用信息的能力，拓寬了知識面，也培養(yǎng)了他們撰寫科技小論文的能力，有利于增加學(xué)生對物理實驗的興趣、積極性和創(chuàng)造性。同時，這種簡單扼要的科技小論文沒有固定的格式或模式，形式靈活多樣，抄襲易被識破，不僅限制了學(xué)生抄教材，而且使互相抄襲十分困難，因此鍛煉和提高了學(xué)生獨立思考、獨立寫作的能力。

2.2 減少實驗報告撰寫數(shù)量，分層次對待不同實驗

大學(xué)物理實驗課程一般在大學(xué)二年級開出。進入大學(xué)二年級，學(xué)生有大量其他課程，時間也比較緊張。為了提高實驗報告質(zhì)量，可以根據(jù)不同實驗的要求和重點，區(qū)別對待，沒有必要千篇一律都要寫正規(guī)實驗報告，并適當(dāng)減少正規(guī)報告的數(shù)量。比如，有的實驗只需要在實驗后完成一個簡單的報告，甚至可以讓學(xué)生直接在課堂上當(dāng)場完成。學(xué)生做完實驗后把實驗報告交給教師并接受簡單提問，教師根據(jù)情況給出適當(dāng)?shù)某煽冊u價。有的實驗可以要求學(xué)生在完成實驗1～2周后交上一份詳細實驗報告，按照科技小論文的要求來寫。每個學(xué)生可以根據(jù)自己的實際情況選擇合適的實驗課題，一個學(xué)期至少保證完成2篇。

區(qū)別對待，給學(xué)生靈活性，讓他們自己選擇感興趣的實驗課題，主動去查閱資料、拓展知識，寫成詳細的實驗報告。這種靈活的方式既可以為學(xué)生節(jié)約很多寶貴時間，也可以更好地發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，使學(xué)生在創(chuàng)新和獨立思考能力方面得到充分鍛煉，學(xué)生對自己感興趣的內(nèi)容也會有更大的收獲，同時也無形中提高了學(xué)生對大學(xué)物理實驗學(xué)習(xí)的興趣。

3 結(jié)束語

大學(xué)物理實驗課程教學(xué)改革和學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是一項艱巨長期的任務(wù)，我們需要不斷更新教學(xué)內(nèi)容、改進教學(xué)方法，以學(xué)生為主體，把學(xué)習(xí)的主動權(quán)交給學(xué)生，同時客觀、公正地進行教學(xué)評價，才能使大學(xué)物理實驗課程成為培養(yǎng)學(xué)生思維能力和創(chuàng)新能力的一個較好的平臺。

（

）

［1］李青山，楊慶祥，張士良，等.高分子專業(yè)實驗教學(xué)改革與思維創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究［J］.高分子通報，2008（12）：80－84.

［2］雅菁，劉志鋒，辛穎，等.材料類專業(yè)實驗中心建設(shè)與實驗教學(xué)改革的探索與實踐［J］.實驗室科學(xué)，2009（1）：27－30.

［3］潘清林，黃繼武，徐國富，等.材料科學(xué)與工程實驗教學(xué)中心的改革與實踐［J］.實驗室研究與探索，2009，28（1）：11－14，38.

［4］廖其龍，盧忠遠，易勇.材料科學(xué)與工程專業(yè)實驗教學(xué)改革探索［J］.實驗科學(xué)與技術(shù)，2008，6（4）：321－323.

［5］周新貴，白書欣.改進高校材料專業(yè)實驗教學(xué)的思考與建議［J］.實驗科學(xué)與技術(shù)，2011，28（6）：234－235.

［6］姚列明.結(jié)構(gòu)化大學(xué)物理實驗［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

［7］陳語林，童鍵，劉衛(wèi)國，等.改革實驗教學(xué)方法培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力［J］.實驗室研究與探索，2003，22（4）：34－35.

［8］康麗華.大學(xué)物理實驗教學(xué)探討［J］.高教研究，2004（3）：30－32.

［9］黃家順.大學(xué)物理實驗課教學(xué)改革初探［J］.大學(xué)物理實驗，2005，18（3）：103－105.

［10］邵明輝，黃繼陽，陳小藝，等.大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)反思［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2011（1）：161.

［11］溫建平.地方高校大學(xué)物理實驗報告新模式探討［J］.物理通報，2011（5）：55－56.

［12］歷愛皊.物理實驗教學(xué)改革的探索與實踐［J］.大學(xué)物理實驗，2004（4）：87－89.