新形態(tài)下大學物理實驗教材建設的探索

甘路　別業(yè)廣　閔銳

[摘 要]物理實驗課程讓學生在基本原理、實驗技能和科學計算上得到初步而系統(tǒng)的訓練，這種了解和訓練，既為學生學習后續(xù)課程奠定了廣泛而堅實的基礎，也培養(yǎng)了學生的綜合素質(zhì)，為其今后參加科學研究、技術應用提供了廣闊的空間。大學物理實驗教材改革是一項艱巨而長期的任務，它直接影響實驗教學的質(zhì)量和大學物理教育體系的建設。高校物理實驗課程教材改革，應符合現(xiàn)代課程教學的要求，體現(xiàn)知識更新和技術進步。

[關鍵詞]高校；物理實驗；實驗教材

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）06-0017-02

物理實驗，是以掌握物理要素及其相互間的規(guī)律為目的的，是人為復制和調(diào)控物質(zhì)運動的狀態(tài)與過程的一種科學實踐活動。其目的在于認識物質(zhì)的結構，探索物理變化的特征和規(guī)律，揭示各種物理因素之間的聯(lián)系和物理現(xiàn)象的本質(zhì)，或者對物理理論進行驗證。作為一種實踐活動，物理實驗與實驗操作息息相關。但是，絕不應把物理實驗僅理解為實驗操作。物理實驗的全過程包括：從質(zhì)疑出的問題開始，經(jīng)設計、實踐、分析和排除異常現(xiàn)象，到分析實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，分析誤差，寫出實驗報告的系列活動。物理實驗的要素包括：實驗方法、實驗思想、實驗條件、實驗設計、儀器裝置、實驗操作、數(shù)據(jù)處理和實驗分析。物理實驗各個要素間相互銜接，相互影響。其中實驗思想指導全局，且落實和集中體現(xiàn)在實驗設計上；具體設計又受環(huán)境、儀器裝置等要素的限制，實驗操作同時也是數(shù)據(jù)處理和實驗分析的基礎。

在這一系列要素當中，教材是教學的最基本工具。實驗思想、實驗方法必須經(jīng)過教材這個橋梁才能進入學生的大腦并形成最初的印象，具體的實驗設計和操作必須經(jīng)由教材形成條理化的步驟，實驗數(shù)據(jù)和誤差分析也要通過教材落實為最后的實驗結果。物理實驗教材在這一系列要素中起到了非常關鍵的作用。在現(xiàn)代科技日新月異的今天，各個大學都在進行物理實驗改革，教材改革作為整體改革的一部分，自然也是教學改革的重頭戲。

一、目前物理實驗教材的現(xiàn)狀

隨著我國物理實驗教學改革的蓬勃發(fā)展，各個高校都有不同版本的物理實驗教材。最初的教材大多按照理論教材的順序來編寫，也就是按力學、熱學、聲學、光學、電學等進行實驗排序。但隨著物理實驗教學改革的發(fā)展，大部分教材按照預備性實驗、基礎性實驗、設計性實驗和綜合性實驗的順序來編寫。這樣的編寫由易到難，符合學生認知的規(guī)律，有助于學生能力和技能的培養(yǎng)，取得了很好的效果，但發(fā)展的同時也暴露出了幾個問題。

第一，隨著高校的擴張和發(fā)展，學校和學生對課程、教材的要求也在不斷提高，同時新的教學模式、教學理念不斷進入課堂，這些都大大改變了傳統(tǒng)的課堂教學模式和方法。物理實驗教材如果還按照以前的模式，很難適應這種變化。例如，傳統(tǒng)實驗教材在論述實驗原理和實驗方法時采用一種循序漸進的方法講解，但這往往是一種知識的灌輸，學生在閱讀教材時只是被動地接受知識，難以達到預習的效果。傳統(tǒng)實驗教材中的實驗涉及的目的、原理、方法、步驟等有些過于繁雜，詳略不夠得當，學生在看完實驗教材后，有時很難領會實驗思想和操作步驟，形成不了一個宏觀的印象。另外，操作步驟文字敘述部分太繁瑣，篇幅過長，學生在預習時容易產(chǎn)生畏難情緒，達不到預習的目的。

第二，進入21世紀后，科技的發(fā)展日新月異，大量的新實驗內(nèi)容、新實驗儀器進入物理實驗教學當中，但物理實驗教材很多都沒有跟上時代潮流，沒有反映這些新的變化和進步，這大大制約了教學改革的發(fā)展。

第三，實驗當中涉及的基礎知識、基本技能、數(shù)據(jù)處理方法等，這些對學生來說至關重要的能力和基本素養(yǎng)，目前在教材中有時突出得不夠，這很容易給學生造成“這些內(nèi)容不重要”的印象，這對學生今后的學習、工作會造成不良的影響。

二、針對大學物理實驗教材改革的具體探索

第一，基礎實驗不但要保持，而且要加以強調(diào)。很多教師在探討物理實驗教材改革時，都認為要提高起點，傳統(tǒng)實驗要刪除，較為簡單的測量以及常見測量儀器無需在教科書中提及等。筆者認為，對早年使用的老教材內(nèi)容做出調(diào)整，該減的減，該刪的刪，但不能將傳統(tǒng)實驗和內(nèi)容一概視為已無教學價值而統(tǒng)統(tǒng)刪除，這是不科學的做法。這類似于我們不可能將牛頓定律、高斯定理、麥克斯韋電磁理論在物理教科書中刪除一樣。我們的學生都是大一或大二的學生，大學物理實驗是他們接觸到的第一門系統(tǒng)實驗課程，必須要考慮到他們素質(zhì)、能力差別的背景。可能有部分學生在中學上過物理實驗，但那也是一種對理論教學的輔助，和大學中的完整獨立實驗相差很多。我們有責任在大學物理實驗教學中，特別是在教材編排中，不光在緒論部分強調(diào)基本操作和基本規(guī)范，更應該將基礎實驗放在教材的首要位置，著重強調(diào)。同時具體到教材里描述的每一個實驗，也要強調(diào)基本操作要領和基本規(guī)范要求，通過每一個實驗的不斷重復強化，讓學生養(yǎng)成良好的習慣。

第二，針對學生覺得內(nèi)容枯燥、繁雜的問題，如果在理論課中已經(jīng)學過，就可以在實驗教材中少作安排。同時，我們還可以在教材中適當加入對物理實驗背景的介紹，將物理學史方面的內(nèi)容和具體的物理實驗結合起來，這會使學生對實驗原理、內(nèi)容，實驗設計和實驗步驟產(chǎn)生全新的認識。

例如在邁克爾遜干涉儀這個實驗當中，可以適當先介紹這個實驗的背景。如“以太”的提出和無數(shù)科學家對它的探索。最初，科學家利用半透膜將一束光分解成完全相同的兩束光，并利用光的干涉來驗證以太漂移的方法。進入20世紀后，邁克爾遜和莫雷根據(jù)這個思路具體改進儀器，比如將整個儀器固定在石板上，并將其安裝在圓形臺座上，放入盛滿水銀的金屬圓筒中，以此來使其極平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動。再到后來，卡爾文所做的著名演講中提到的古典物理學晴朗天空下的兩朵烏云，其中一朵就是邁克爾遜-莫雷實驗中的零結果。如果再擴展開去，還可以提及隨著近代物理的發(fā)展，這個實驗的局限性漸漸被人們發(fā)現(xiàn)。這樣，通過一種儀器的介紹可以串起整個物理學的發(fā)展。從經(jīng)典物理到近代物理的飛躍，再結合儀器實物，可以讓學生對整個實驗和實驗儀器有新的認識。這不僅對學生學習本實驗有好處，而且對學生學習整個物理課程也會大有裨益。

第三，針對現(xiàn)在大學物理實驗教學改革中對實驗項目按照基礎性實驗、設計性實驗、綜合性實驗的重新編排，在教材編寫的過程中，可以進行針對性地運用和補充。對于基礎性實驗，應強調(diào)基本實驗方法、基本實驗技能和基本數(shù)據(jù)處理規(guī)范；對于設計性實驗和綜合性實驗，在強調(diào)實驗原理的同時，可以多介紹一些實驗方法，多設計幾套課后思考題，以開拓學生的視野，啟發(fā)學生的思路。

第四，加強教材中對新儀器、新技術的介紹，以及物理實驗在現(xiàn)代科技應用中的介紹。新儀器、新技術代表著現(xiàn)今社會的發(fā)展和進步，教材的改革必須加快步伐跟上。目前，物理實驗當中的新儀器更新很快，各種計算機技術、網(wǎng)絡技術的發(fā)展也很快，教材在這方面應該緊跟時代步伐，多介紹這方面的知識，這有利于提高教學效果。由于物理實驗的基礎性，很多學生都存在一種錯誤的思想，即認為物理實驗和現(xiàn)代科技聯(lián)系不大，可學可不學。鑒于此，必須在大學物理實驗教材的改革中，適當增加物理實驗在現(xiàn)代科學科技發(fā)展過程中的介紹，強化兩者的聯(lián)系，讓學生認識到物理實驗在現(xiàn)代科學發(fā)展中的應用及其重要性。

三、結束語

物理實驗課程讓學生在基本原理、實驗技能和科學計算上得到初步而系統(tǒng)的訓練。這種了解和訓練，既為學生學習后續(xù)課程奠定了廣泛而堅實的基礎，又培養(yǎng)了學生的綜合素質(zhì)，為今后學生參加科學研究、技術應用提供了廣闊的空間。在科技發(fā)展日新月異的背景下，大學物理實驗教材改革是一項艱巨而長期的任務，它直接影響到實驗教學的質(zhì)量和大學物理教育體系的建設。我們必須不斷更新教材內(nèi)容，改進教學方法，通過實驗學習，激發(fā)學生的學習興趣和求知欲，這樣才能使大學物理實驗課程成為提高學生素質(zhì)和培養(yǎng)學生能力的優(yōu)良平臺。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 饒黃云.探討實驗的物理思想提高物理實驗教學質(zhì)量[J].東華理工學院學報，2005（6）.

[2] 杜義林.高校物理實驗教材建設實踐與思考[J].安徽工業(yè)大學學報，2010（1）.

[責任編輯：陳 明]