“大學物理實驗”教學模式改革研究

黃　江　詹　強

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“大學物理實驗”教學模式改革研究

黃江詹強

（廣東海洋大學 物理與光電科學系，廣東 湛江 524088）

論文介紹了“大學物理實驗”的課程特點以及教學現狀，深入分析了“大學物理實驗”教學對理工科大學生動手能力培養的重要性。根據新世紀對人才培養的要求和社會的發展現狀，對教學方式和教學模式進行了教學改革，提出了以基礎驗證性實驗為輔，以前沿創新性實驗為主的教學理念。

大學物理實驗；教學改革；驗證性；創新性

“大學物理”[1–4]是所有理工科專業大學生的必修基礎課，“大學物理”的重要性早已深入人心。然而，在大學物理背后，有一門課在默默的作支撐，那就是“大學物理實驗”課程。長期以來，“大學物理實驗”被視為一門輔助課程，一直未得到充分的重視。直到近十多年，“大學物理實驗”的重要性才被逐步的提上日程。隨著社會的發展，人們對科學技術有了新的認識。科學發展到了二十一世紀，很多科學上、理論上的問題都得到了解決，而技術上的發展卻相對滯后。這個問題在我國表現得尤為突出，而這些問題的根源就是在于動手能力跟不上科學發展的需求。從現在大學生就業的情況來看，很多專業技術學校的學生的就業優于一般普通大學生。這也能夠說明目前社會對技術工種的需要很旺盛。專業技術學校的學生雖然理論水平、文化程度遜色于大學生，但對于很多技術崗位而言，經過專業技術訓練的學生很快便能適應生產需要，能夠勝任工作。而普通高校的大學畢業生卻很難做到這一點。如何培養普通高校理科大學生的動手能力是一些迫待眉睫的問題，而充分發揮“大學物理實驗”自身的優越性便是解決這一問題的最佳途徑。目前，教育部已經注意到了大學物理實驗課程的重要性，此課程的建設力度也明顯加大。現在，每年都有全國性的大學物理實驗設計大賽，區域性的大學物理實驗大賽也相當頻繁。諸如飛思卡爾汽車設計大賽、嵌入式設計大賽、挑戰杯等等，都是專門為大學生提供的一些大學物理實驗項目。

然而，雖然“大學物理實驗”的重要性不斷凸顯。由于很多高校大學物理實驗設備相對陳舊，技術落后，設備得不到及時的更新。部分教師也未接收專業的訓練，加上長期未受到重視等方面的原因，一些高校的“大學物理實驗”課程還沒有得到明顯的改善。文章分析了目前的課程現狀，指出了其中的不足之處，并提出了一些改革方案[5–9]。在實際的教學實踐中，起到了良好的教學效果，值得各高等院校予以參考和借鑒。

1　“大學物理實驗”的現狀和存在的主要問題

目前，根據社會發展的需要，結合我校建設的需要，廣東海洋大學提出了培養能動手、能吃苦、能創新的“三能”專業化人才的目標。在動手能力的培養上做了大量的工作，而理學院作為大學生動手能力培養的指導者，更是挑著時代的重擔。根據多年的教學經驗，全面的分析了目前的情況后，我們認為以下方面還有待提高：

第一，教材的內容相對單調，沒有及時更新，很多教材都出版于二、三十年前。現在最新的一些成果無法包括進來，這使得學生跟不上時代的發展。雖然說目前也有不少新的教材出現，但體現近代實驗內容的教材并不多見。無法接觸到前沿的實驗，這極大的限制了學生們的視野，束縛了學生們的思想。如果學生們學習的知識不能與時俱進，在畢業后大學生的優勢便無法充分的體現出來。

第二，實驗器材相對陳舊。物理實驗器材是實施實驗的必要硬件、學生動手能級培養的工具。如果實驗器材不優良，實驗效果也不理想。沒有先進的教學設備，學生就無法接觸到與實際情況相接近的科學進展，那么“大學物理實驗”課程就很難發揮它應有的功能。例如：現在實際操作中，電壓表、電流表、電阻測量儀基本上已經實現了數字化，并且集成度很高，已經可以一體多用。然而，有部分實驗室依舊使用電磁原理的老式儀器，測量上誤差較大，使用起來也不方便，更重要的是這些傳統儀器已經逐步退出市場。由于當今是正處于一個高速發展的時代，很多生產單位的設備更新也很快，如果現在使用的實驗設備不及時的更新，就使得高校培養的學生難以快速的在勝任自己的崗位。

第三，講解“大學物理實驗”課程的教師專業性不強。目前大部分高等院校的實驗課程都是物理系的任課教師附帶講授，而真正管理實驗室的教師又沒有充分的利用起來。這樣就形成了一種不嚴格的實驗氛圍，甚至有種認為實驗課是最簡單的課程的共識，隨便找幾位教師來帶一下課就可以完成任務。優秀教師團隊的缺失造成了實驗實施過程中無法走到學科最前沿的不利局面。

第四，學生沒有專門的實驗室。現在任何一所高校的辦學條件都普遍較好，辦公、教學等條件都很好。而屬于學生們專用的實驗室卻鮮有設置。學生獨立實驗室的設置對于學生自主設計實驗相當的重要，而目前較多的高等院校還沒有得到充分的重視。

2　“大學物理實驗”教學改革的內容和方法

近年來，在學校的大力支持和全系教師的積極努力下，我們在“大學物理實驗”教學上大膽改革，做了大量工作，從根本上解決了以上的矛盾。教學成果突出，學生的動手能力和設計水平明顯提高，并多次在全國的物理實驗大賽中獲得優異成績。在我們的共同努力下，將我們的大學物理實驗中心建成了省級物理實驗示范中心。下面詳細的談談我們工作的主要內容和成功經驗：

2.1教材和課程內容改革

教材改革是我們工作的第一步。因為教材是學生學習的指南針，學生受教材的影響很大。我們也利用了學校對實驗教材沒有硬性規定的優勢，大力發展特色教材，在教材中融入了很多現代實驗。融入現代、近代物理實驗的目的在于啟發學生的思路，擴大學生的思考范圍。近十年來，我們先后自己出版了兩本實驗教材，同時還有系里自行印刷的教材。在具體實施過程中，我們采取“三步走”的模式：第一，必須完成學校規定的驗證性實驗。這個是教委的要求，也是最基本的要求。我們會在較短的時間內完成此實驗工作。第二，我們將大量的時間花在探索性、創新性實驗上。這些時間是我們從基本的驗證性實驗中抽出來的。例如，我們的實驗教材中列出了二十多個開放性實驗，諸如：光壓的測量和驗證、地球電性的有效判斷、如何有效的捕捉閃電等等。這些實驗都是公認的有難度的實驗，全球范圍內的物理工作者都在努力探索。之所以列出這些有極大挑戰性的實驗，首先能夠讓學生們知道哪些問題尚未得到解決，其次可以極大的鼓勵學生積極探索，突破各個問題。第三，我們會在這些學生中選取有意愿參與設計新實驗的學生共同探索新問題。并不是所有的學生都愿意參與進來，但肯定的是有部分學生對設計性實驗非常感興趣。新教材實施后，學生反映良好，贊譽不絕。我們的實驗成果也不斷擴大。

2.2及時更新實驗設備

“大學物理實驗”是一門實驗課，意在培養學生的動手能力和設計能力。而實驗設備的性能對于做出好的實驗來說是一個極其重要的條件，可以說僅此于設計靈感。如果實驗設備過去陳舊，很多敏感性實驗根本無法進行，甚至連實驗現象都捕捉不到。當然，先進的實驗設備需要有強大的經費支持。這方面，我們參與實驗設計的全體教師都投身其中，多方面籌集經費，有針對性的購置急需的實驗設備。我們的主要渠道有：向國家申請經費、相關企業提供合作經費、學校提供經費支持、還有教師自籌經費等。在我們全體教師的積極努力下，由于我們實驗室的實驗成果不斷增多，影響力也明顯提高，得到了外界的充分肯定。我們于是將大學物理實驗室建成了省級實驗示范中心，得到了上級的高度重視。國家投入的力度也不斷加大，近三年國家累計撥款二百六十多萬元，我們的實驗設備也得到及時的補充和更新。另外，企業合作也是一個很好的渠道。我們先后與廣州、深圳的十多家企業合作，向這些的企業外派我們的學生，學生可以利用他們的先進實驗設備進行實驗，效果非常之好。例如，我們與湛江市的一所研究所簽訂合同，研究所向我校學生開放他們的專業實驗室，供我們的學生做實驗。同時我們每年向他們轉入部分專利技術，承擔他們公司的技術顧問。

2.3支持青年教師境內外培訓

參加境內外中、短期培訓是提高教師水平，與同行交流、學習的一個良好平臺。當今是一個科學技術高速發展的時代，信息擴散得很快，技術更新也很快。眾多新的技術很快就得到了普及，并被使用者們接受。電腦、手機等電子產品便是一個典型的例子。工科類高等院校及時了解最前沿科學技術的發展對于培養創新型人才至關重要，而在實驗中展示新的進展便是學生成長的第一站。因此，教師要及時的獲取新的信息，了解最新科學技術發展，參加培訓和會議便是極好的途徑之一。就國內而言，現在國內每年都有很多的短期培訓和會議，只要關注這些信息肯定有很多交流學習的機會。而且一般情況下都會提前一至兩個月發通知和邀請函，這樣就有充足的時間為培訓做準備。更可喜的是，差不多每個省份每年都會承辦幾次此類培訓和會議。對于那些較忙的教師來說，在不耽誤正常工作的情況下又能得到及時的充電，無疑是一件省心省力的好事。我們學院特別注重教師的繼續學習，特別是青年教師。除了頻繁的請外校知名學者來我校講學外，差不多每學期都會組織青年教師作短期培訓，效果良好。

2.4設置學生獨立的實驗室

學院為了培養創新型人才的需要，對院里的學生做了多方面調查，來了解影響學生創新思維培養因素。最終得到的結論是，動手能力的培養是最有力的手段。針對這一情況，學院向學校申請了幾間教室，根據學生的需要，改裝成專業的實驗室，專門為學生服務。配備了大量是實驗器材，并給予了獨立的科研經費加以支持。學生可以自由的在這幾間實驗室做實驗、設計產品、參與討論等，而不受任何約束。由于沒有過多的約束，加上實驗條件也極好，在很大程度上激發了學生自主動手設計產品、開發新產品的激情和潛能。學生也可以很快將課堂知識運用到實踐中來，提高了學生的綜合能力。實驗室成立三年多來，學生產出的成果比以前十年的累積成果還多，而且質量有明顯提升，多次獲得國家級物理實驗大賽的獎項，學生自己獲得發明專利、設計專利的現象已經屢見不鮮。

2.5創新型實驗的開設

創新性實驗課程的開設是大學生實驗課程中的一個重要組成部分，也是近年來本院學生取得諸多重要成果的關鍵舉措之一。在走訪了很多作實驗的學生之后，教師們得到一個重要的結論，由于目前開設的實驗都是驗證性的實驗，有很清晰的操作過程，甚至連實驗報告的處理都可以很容易的找得到。這些驗證性的實驗絕大部分都在理論課程中學過，實驗的結論也都在意料之中。因此，在未作實驗之前，學生們已經對數據的大致范圍有一定的預計，這樣就無法充分的提起學生們作實驗的興趣。所謂創新型實驗是目前研究的一些熱點實驗，還沒有明確的結論，也沒有具體的操作過程，一切都得學生們自己安排。面對這樣的實驗，學生就得主動思考，充分運用自己學過的知識，團隊密切合作，才可能有所突破。自從創新型實驗開設之后，學生自主動手能力，團隊合作精神得到了有效的提高，效果良好。

總　結

“大學物理實驗”是一門重要的基礎課，對學生動手能力的培養，團隊意識的形成，自主思考習慣的建立有著重要影響。實驗課是對平時學習的理論知識的一次驗證和討論，諸多新的發現、新的方法都是在不斷的實驗，不斷的探索中獲取的，此課程的學習直接影響著學生各方面的成長。面對新世紀專業人才培養的需求及90后大學生的特點，該課程需要做出相應的調整和改革。對于新形勢下的各種問題，我們結合教學經驗，在本院及全校相關專業中推行教學改革，做了大量的相關工作，得到了普遍的好評，也取得了較好的教學效果。這些教學改革的經驗是我們全體教職員工共同努力的結果，我們也希望能通過這些改革措施，使得更多的高校參與其中，將“大學物理實驗”課程推向一個更高的水平，為祖國的教學事業做自己應有的貢獻。

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（責任編校：宮彥軍）

2016－01－02

廣東海洋大學物理實驗示范中心資助項目

黃江（1984－），男，湖北孝感，講師，理學博士，研究方向為信息科學和數學物理方法教學。

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1673-2219（2016）05-0031-03