大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的存在問題及改進(jìn)方案

元冰

摘 要：基于對目前高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的課程設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)步驟、評分標(biāo)準(zhǔn)等方面存在問題的調(diào)研與探討，本文有針對性的提出了幾點(diǎn)建議，包括改革課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理，建立開放性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新評分標(biāo)準(zhǔn)等，以幫助提高學(xué)生對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和技術(shù)方法的興趣，從而愿意投入更多的時(shí)間和精力去鉆研學(xué)習(xí)，進(jìn)而更加有效的提高自身實(shí)驗(yàn)?zāi)芰涂茖W(xué)素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；課程設(shè)計(jì)；儀器管理；實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新；開放性實(shí)驗(yàn)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)作為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)課程，既要讓學(xué)生通過實(shí)際操作和數(shù)據(jù)分析學(xué)習(xí)到科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)知識，又要讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)方法的考慮、測量儀器的選擇、實(shí)驗(yàn)誤差的分析中受到訓(xùn)練，為學(xué)生進(jìn)行后續(xù)科學(xué)研究打下基礎(chǔ)[1]。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過程中，一方面可以鞏固學(xué)生已經(jīng)學(xué)到的理論知識；另一方面，可以培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力以及嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和實(shí)事求是的精神[2]。同時(shí)更能夠啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性思維，提高動手能力，激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的興趣。結(jié)合實(shí)際教學(xué)經(jīng)歷和大量調(diào)查研究，作者認(rèn)為在當(dāng)前高校的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)工作中存在以下幾個(gè)方面的問題：

一、課程設(shè)計(jì)陳舊，沒有跟上時(shí)代發(fā)展

當(dāng)前的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程安排都十分基礎(chǔ)，涵蓋了各個(gè)學(xué)科的基本實(shí)驗(yàn)技能，可謂非常經(jīng)典。但是正是因?yàn)檫@些所謂“經(jīng)典”的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，十幾年沒有大的變化，甚至，當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)題目和作者當(dāng)年讀大學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)題目幾乎完全相同。科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，社會也不斷發(fā)展，然而我們的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程卻更新緩慢，這顯然是不合適的。在保證學(xué)生理解相關(guān)知識點(diǎn)的情況下，利用當(dāng)前較為先進(jìn)的測量理念和測量手段，達(dá)到同原課程設(shè)計(jì)相同測量目的是課程發(fā)展的必然趨勢，就好比當(dāng)年計(jì)算機(jī)逐漸取代珠算成為財(cái)會行業(yè)的主流工具一樣。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備維護(hù)不力，學(xué)生實(shí)驗(yàn)誤差過大

學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)很多時(shí)候造成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不理想，長時(shí)間無法得到預(yù)期結(jié)果的原因是實(shí)驗(yàn)設(shè)備本身的“故障”。這使得學(xué)生大量的時(shí)間、精力都花在與實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟惶嚓P(guān)的方向上，甚至為了應(yīng)付實(shí)驗(yàn)過關(guān)，編造虛假數(shù)據(jù)，抄襲他人結(jié)論。這樣的問題由于本科學(xué)生實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)設(shè)備較多，每天各個(gè)班級多批次的操作，一旦學(xué)生操作不當(dāng)，經(jīng)常造成設(shè)備故障、儀表不精準(zhǔn)等問題。而實(shí)驗(yàn)室老師數(shù)量有限，想要及時(shí)維護(hù)往往來不及。另外，實(shí)驗(yàn)室中的很多器材過于陳舊，維修次數(shù)過多，已經(jīng)很難保證實(shí)驗(yàn)測量精度了。在這樣的情況下，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情會被很快消磨殆盡，做實(shí)驗(yàn)也就變成了應(yīng)付差事，走過場了。

三、實(shí)驗(yàn)步驟惰性較大，無法提高學(xué)生創(chuàng)新能力

實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往是老師把實(shí)驗(yàn)步驟發(fā)給學(xué)生，強(qiáng)調(diào)按照步驟操作；學(xué)生機(jī)械的按照步驟照做，得到“預(yù)期”的數(shù)據(jù)；老師在數(shù)據(jù)結(jié)論上簽字，實(shí)驗(yàn)結(jié)束[3]。這種模式固然可以提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的成功率，卻無法真正把學(xué)生帶入到實(shí)驗(yàn)思考中來，學(xué)生成了一個(gè)個(gè)實(shí)驗(yàn)臺上的操作工，比賽誰更快完成任務(wù)。學(xué)生沒有任何機(jī)會和欲望去思考為什么實(shí)驗(yàn)要這樣設(shè)計(jì)？為什么實(shí)驗(yàn)步驟要這樣安排？如果不這樣做會帶來什么問題？其實(shí)考慮并解決這些問題對學(xué)生的培養(yǎng)要比所謂的“實(shí)驗(yàn)成功”有意義得多。甚至可以猜測，這種“惰性”培養(yǎng)方式與我們國家盡管人口基數(shù)龐大、卻無法在諾貝爾獎(jiǎng)上取得與我國人口比例相稱的成就不無關(guān)聯(lián)。

四、評分方式不科學(xué)，不能調(diào)動學(xué)生積極性

當(dāng)前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的評分方式也較為單一，通常采用期末筆試的方法，和理論課差不多，這其實(shí)是一種極不科學(xué)的評價(jià)方式[4]。實(shí)驗(yàn)課主要培養(yǎng)的是學(xué)生動手、動腦的能力。如何解決實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的各種問題，必須理論與實(shí)際相結(jié)合，靠背書本是沒用的。而以單一刻板的評價(jià)方式作為指揮棒只能把學(xué)生推向死記硬背的一面，實(shí)驗(yàn)課程的真諦無法得到體現(xiàn)。

針對大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的各種問題，基于多年實(shí)驗(yàn)教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)積累和分析思考，作者認(rèn)為應(yīng)該從如下幾個(gè)方面作出努力以改變現(xiàn)狀：

（一）對課程設(shè)計(jì)進(jìn)行改革，充分利用現(xiàn)有資源[4]

當(dāng)前社會已經(jīng)是信息化社會，網(wǎng)絡(luò)、電腦甚至有處理器功能的手機(jī)已經(jīng)走進(jìn)大眾的生活中，利用這些信息化產(chǎn)品輔助傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)測量工具可以大大提高測量效率并激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣。例如，在測量普朗克常數(shù)的實(shí)驗(yàn)中，完全可以利用數(shù)據(jù)采集卡和電腦，讓學(xué)生通過程序設(shè)計(jì)完成對實(shí)驗(yàn)過程的控制和數(shù)據(jù)處理。雖然現(xiàn)在也有現(xiàn)成的普朗克常數(shù)測試儀，但是全集成化的教具并不利于學(xué)生對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解和動手能力的鍛煉。

（二）注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識

創(chuàng)新是我們社會向前發(fā)展的動力，而本科生是未來推動社會進(jìn)步的主力軍。因此課程實(shí)驗(yàn)的安排應(yīng)該更加注重對學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，在完成對力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)等基礎(chǔ)知識點(diǎn)的理解的同時(shí)，更多使用學(xué)生自己的想法，有創(chuàng)造性的完成實(shí)驗(yàn)?zāi)康模幂^為豐富多樣的實(shí)驗(yàn)手段去論證。鼓勵(lì)學(xué)生用不同的實(shí)驗(yàn)方法實(shí)現(xiàn)相同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模幼⒅貙?shí)驗(yàn)過程，啟發(fā)學(xué)生的一些新想法并通過實(shí)驗(yàn)小組討論的方式加以完善。

（三）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理

實(shí)驗(yàn)設(shè)備是完成實(shí)驗(yàn)必不可少的工具，必須加強(qiáng)管理[5]。首先，應(yīng)該建立完善的使用記錄，隨時(shí)跟蹤儀器的狀況。如開發(fā)手機(jī)app軟件，專門描述和傳遞每臺設(shè)備的工作狀態(tài)，由學(xué)生上傳儀器狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)室維護(hù)老師隨時(shí)通過手機(jī)獲得第一手情況并迅速完成維修并更新儀器狀態(tài)，以便之后安排的實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。其次，安排專門的實(shí)驗(yàn)室儀器操作培訓(xùn)。由于學(xué)生大多是新手，基本的實(shí)驗(yàn)操作技能較差，很多的儀器破壞都有一定的共性。由實(shí)驗(yàn)室老師總結(jié)出現(xiàn)儀器設(shè)備的故障的原因并做成課件向全體學(xué)生宣講，可以有效降低儀器的故障率，大大減少維修老師的工作量。最后，可以培養(yǎng)學(xué)生參加實(shí)驗(yàn)室老師組織的維修小組。一方面可以幫助老師完成較多的儀器維修，迅速保證后續(xù)實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行；另一方面也可以鍛煉學(xué)生的動手動腦能力，更加深刻地理解實(shí)驗(yàn)儀器的構(gòu)造。

（四）設(shè)計(jì)開放性實(shí)驗(yàn)課題，由學(xué)生構(gòu)建實(shí)驗(yàn)步驟

建立少量的開放性實(shí)驗(yàn)課題，老師只提出實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮头较颍蓪W(xué)生們自己完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)材料和儀器，這樣的實(shí)驗(yàn)難度較高，但是實(shí)驗(yàn)過程較為自由，學(xué)生有更多的時(shí)間去調(diào)研、思考和討論。學(xué)生可以通過組隊(duì)的方式共同完成一個(gè)個(gè)不同的題目，在團(tuán)隊(duì)內(nèi)各自分工，共同協(xié)作，完善實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)論，最后通過宣講的方式展示自己的成果。這種較為開放的實(shí)驗(yàn)方式一方面有助于老師完成本課程的改革探索，另一方面也大大調(diào)動學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性；由被動的按照步驟操作，轉(zhuǎn)為主動地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，完成角色轉(zhuǎn)換，同時(shí)也充分培養(yǎng)和鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作的精神和能力。

（五）創(chuàng)新評分標(biāo)準(zhǔn)

規(guī)范、公平的成績評定辦法是學(xué)生認(rèn)真上課的重要因素。相較于以前注重期末筆試考核的方式，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)該更加注重平時(shí)的成績，甚至平時(shí)成績應(yīng)該占到總評成績的80%。不過對于平時(shí)成績的包含項(xiàng)分配應(yīng)該更加科學(xué)，可以按照實(shí)驗(yàn)次數(shù)分配平時(shí)成績，在每次實(shí)驗(yàn)過程中按照是否理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⑹欠衲軌蜃匀鐭o誤的操作儀器、是否能夠達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)論、實(shí)驗(yàn)中是否有自己的創(chuàng)意、在團(tuán)隊(duì)中是否是主要角色等因素給予評分。本著提高學(xué)生綜合能力的目的進(jìn)行評分可以促使學(xué)生做出更多有創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)。

總之，當(dāng)下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還存在著相當(dāng)多的問題，如硬件設(shè)施較為落后，師資短缺等都不是短時(shí)間內(nèi)可以解決的，但是我們有信心發(fā)揮主觀能動性，進(jìn)一步改革課程，為了學(xué)生的學(xué)有所思、學(xué)有所得、培養(yǎng)創(chuàng)新能力和全面提高素質(zhì)而努力。

參考文獻(xiàn)：

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[4]許濟(jì)金，鄭林，邱祖強(qiáng).大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究與實(shí)踐[J].福建師范大學(xué)福清分校學(xué)報(bào)，2009，（96）：10-12.

[5]曹春香.管好用好儀器，服務(wù)教學(xué)科研[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），2015，（32）：131-132.

（作者單位：蘇州大學(xué)物理與光電·能源學(xué)部）