大學物理實驗教學培養學生自主學習能力的探索與實踐

李俊玉

摘 要 大學物理實驗是理工科培養學生多方面能力的一門課程。文章闡述了開設大學物理實驗的意義，分析了我們學校實驗教學中存在的問題。在此基礎上通過建設網絡學習空間、改進教學方法、科學處理數據、完善實驗教材等教學實踐，提高實驗教學水平，探索培養學生學習的自主性和獨立性的新方法。

關鍵詞 微課 翻轉課堂 討論法 硅光電池

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.05.055

Exploration and Practice of College Physics Experiment Teaching in

Cultivating Students' Independent Learning Ability

LI Junyu

（Zhengzhou University of Light Industry， Zhengzhou， He'nan 450002）

Abstract College physics experiment in science and engineering students a course many abilities. Explained the significance of open university physics experiments， analyzed the experimental teaching in our school problems. On this basis， through the construction of a network of learning space， improve teaching methods， scientific data processing， experimental teaching materials to improve teaching practice， to improve the level of experimental teaching， to explore new ways of autonomy and independence of student learning culture.

Key words micro-lesson; flipped classroom; discussion method; silicon photocell

大學物理實驗教學是高等院校理工類專業教學體系的重要組成部分，它不但包含實驗技能和操作技能，也包含實驗過程中發現問題和解決問題的能力、綜合分析能力、創造性思維能力、總結表達能力，還包含實驗者的科學態度、求是精神、堅忍不拔的意志、追求真理的勇氣及愛護實驗儀器、節約實驗材料的良好品德和科學習慣。它在提高學生的科學素質、思維方法和科學研究能力方面起著無可替代的作用。因此，加強物理實驗教學，提高實驗教學效果，在競爭激烈的當今社會，更是占著舉足輕重的地位。研究性學習是一種以問題為載體，以主動探究為特征的學習活動，是學生在教師指導下在學習和社會活動中自主地發現問題、探究問題、獲得結論的過程。①實驗中培養學生的自主學習能力更為他們參與社會激烈的競爭提供了有效的工具。如何讓大學物理實驗教學發揮最大的作用？我們首先對大學物理教學現狀進行了深入的分析，并探索了一系列可行的措施：

1 大學物理實驗的教學現狀及存在的問題

我校屬于地方性工科院校，兩校區辦學，大學物理實驗開設兩個學期，總共設置了近四十大學物理實驗。每個學生每學期安排做九個實驗，每個實驗由三四個老師全權負責整學期的課程。然而在近幾年的大學物理教學實驗教學實踐中，筆者感到存在著一些問題：

在教育理念上，教師普遍重視知識的傳授、理論的指導，輕視對學生自主能力和動手能力的培養。傳統的教學都是教師先詳細地講解實驗原理，然后再告訴學生實驗內容和步驟，有些實驗甚至還要進行一些演示。學生基本上不動腦子，按照老師講解的步驟進行簡單的重復，大大扼殺了學生的積極主動性。

缺乏一個開放的實驗交流平臺。我們要求學生課前寫出預習報告，但是相當一部分學生只是形式上完成了，預習報告盲目抄書，漫無目的，不知道預習什么，有的甚至相互抄襲。究其原因主要是教師指導不到位，學生預習沒有明確的目標，沒有激發學生的積極性。缺乏相互交流的平臺，預習過程中遇到問題無法解決，課后實驗報告不能及時反饋。

在大學物理實驗課程建設上強調實驗設備、場地、環境的建設，不重視實驗教學環節的建設。傳統的教學方式、實驗考核形式單一等因素造成了學生對待實驗的態度馬馬虎虎、敷衍了事。課前不認真預習，課堂上做實驗漫無目的，數據造假。課后實驗報告相互抄襲，教師批改報告時經常出現多個同學測量數據不同，計算結果完全相同的現象。諸如此類的現象，讓物理實驗教學失去了它原有的功能。

2 實驗教學中培養學生自主性的具體措施

我們以《硅光電池的特性研究》②實驗為例，就如何在有限的時間內培養學生自主學習能力和動手能力進行了深入的研究和探索，這一學期的課堂教學實踐總結如下：

《硅光電池的特性研究》實驗步驟簡單，但涉及到的原理對剛上大二的學生來說比較復雜，學生還沒有接觸PN結這一方面的基礎知識，對PN結工作原理和單向導電性的概念很難接受，再加上光電效應的知識大學物理還沒有講到。以前實驗教學中，開始操作之前都會給學生講解PN結的形成工作原理等方面的內容，但是原理與實驗步驟聯系不大，不掌握原理也能完成實驗。所以課前講解對學生沒有吸引力，即使認真聽課的學生能理解的也非常有限。學生被動的按步驟做實驗、盲目的得到實驗數據，實驗效果非常不好。實驗過程中提問問題一問三不知，實驗做完之后預習思考題都回答不上來。課后抄報告現象非常嚴重。究其原因是學生升入大學后對主動學習很不適應，加上對實驗課的不重視，以及實驗考核只看結果，不重過程。造成了學生蒙混過關。為了改變這種現狀，我們進行了深入的教學改革，讓學生自己去研究，利用物理實驗培養學生的自學能力，表現能力，設計實驗步驟的能力和發現問題解決問題的能力。讓學生在明明白白中完成實驗。

2.1 建立開放的大學物理實驗交流平臺，利用微課加強課前的預習指導

我們在第一次上《大學物理實驗》時要求學生實名加入E-Learning學習空間，方便教師和學生之間的交流。我們對每個實驗都設置了交流空間，上傳了微課視頻。利用短小精湛的微課視頻強調實驗的目的，讓學生對我要干什么一目了然。在微課視頻中設置問題，讓學生帶著問題去預習。《硅光電池的特性研究》問題如下：（1）PN結是怎樣形成的？為什么具有單向導電性？（2）硅光電池的工作原理和負載特性？（3）LED發光二極管的發光原理？（4）書上的預習思考題及學生在自主預習中遇到的問題。（5）對于要求的實驗內容，你準備怎么做？

提示學生可以通過網絡，同學之間的討論對提出的問題思考總結，形成系統的語言準備課堂討論。并在微課視頻中對儀器的各部分進行展示，通過仿真實驗軟件，讓他們在預習中熟悉實驗的各個環節和可能出現的問題，獨立思考通過實驗應掌握什么樣的問題。讓學生根據書本的內容簡單設計實驗步驟。

2.2 學習翻轉課堂的模式，課堂教學采用問題討論法，進一步明確實驗目的和內容

因為課前已經預習過，可讓學生自主上講臺對問題進行講解討論，下面同學提出不同的見解進行補充。積極參與講解和討論的學生實驗成績加分。沒有主動參與討論的老師提問，能夠回答的不加分不扣分，沒看書不能回答的扣相應的分數。因為每一次實驗課的人數都是二十人左右，基本上每一個人都有發言或被提問的機會。這種激勵方法促使每個學生去預習看書，大大激發學生的積極性。設置一個寬松的學習討論范圍，實驗之前留出一定的時間，設置合理的問題情境，讓學生去討論，去探究，通過網絡等各種方式鼓勵他們自己找出解決問題的途徑。

在一學期的課堂討論中，發現學生們的思維非常開闊，能把各種各樣的可能想象出來，比如講到P型半導體和N型半導體的時候學生發揮豐富的想象能力，會把空穴想成一種特殊物質，形象的說電子就喜歡這種物質所以會互相跑向對方。讓學生講解單向導電性，正極和正極相連，負極和負極相連所以沒有電流產生等等。所有這一切反映了學生在看書的同時發現問題，不懂的地方充分發揮了想象力，雖然有時候不能講到點子上，但是學生在自學過程中這種奇思妙想是非常可貴的。學生集思廣益，踴躍發言，說明學生真正的參與到了學習當中，作為老師，也真正的能體會到其中的樂趣。經過討論學生在做實驗的過程中胸有成竹，每個學生都能自己設計自己的實驗步驟，而且在做實驗的過程中會發現很多問題，比如說為什么反偏比正偏時輸出電流大？為什么硅光電池光強一定時負載不同電壓也不同等等？明明白白的做實驗，學生的興趣很高，課堂上相互之間討論的氛圍熱烈。實驗過程中發現的問題，由于原理知識理解得非常透徹，經過思考討論基本都能自己解決。最重要的是實驗真正得到了理解，基本沒有相互抄實驗報告的現象。其實只要能夠獨立完成的學生誰也不想去抄襲。有很多同學反映，這樣的教學方式效果確實不錯。

2.3 用科研的態度來影響學生，指導學生正確的處理數據和分析問題

我們在做科研的時候都要對所選的課題進行深入調研，實驗過程認真負責，保證數據的真實性。所以我們教導學生一定要誠實，保證實驗數據真實，不捏造數據，養成良好的科學態度。實驗數據是學生通過實驗獲得的第一手資料，數據的處理和分析在整個實驗過程中就顯得至關重要，在數據處理中大膽的嘗試各種方法，逐差法，最小二乘法，讓學生體驗origin軟件處理數據直觀性，便捷性。

2.4 完善實驗教材，保證實驗教材與實驗儀器的一致性

大學物理實驗難易差別較大，比較難的實驗操作比較費時，實行起來比較困難，還有一些實驗雖然簡單，但實驗教材和實驗儀器不太配套，學生在沒看到實驗儀器時預習沒有明確目標，書本上看到的實驗內容、操作步驟和實際的實驗步驟有一定的偏差也給學生的自主學習造成了一定的困難。調動學生預習的積極性，讓學生主動的去探究、討論。首先要保證實驗教材的有效性。結合實驗室的儀器完善實驗教材，實驗目的明確，實驗步驟合理。預習思考題要緊密結合實驗的原理與內容，要讓學生通過回答預習思考題基本能把握實驗的目標與內容，保證學有所獲。

3 結論

通過兩學期的教學實驗改革，深深的體會到教學要以學生為主體，真正的調動學生的積極性和主動性的重要性和必要性。通過課前預習，課堂討論、課后數據處理和分析對學生進行一系列的自主學習能力的培養，大大提高了實驗課的教學效率。堅持不懈地對學生進行這方面的訓練，可以大大提高他們的自學能力，不但有利于提高實驗課的教學水平，更能培養學生良好的學習習慣和自己解決問題的信心。大學物理實驗教學都是小組教學，人數少便于管理，可以盡量采用這種教學模式，完成學生由被動學習向主動學習的過渡，提高大學教學質量。

基金項目：項目：鄭州輕工業學院教改重點招標課題：大學物理內容布局與專業知識結構需求關系研究;鄭州輕工業學院第十批教學改革與研究資助項目：科學素養教育課程改革的研究與實踐

注釋

① 龐維國.當前課改強調的三種學習方式及其關系[J].當代教育科學，2003（6）：18.

② 繆興中.大學物理實驗教程[M].北京：科學出版社，2006.