基礎物理實驗的探究式教學方法

(西北大學 物理實驗教學中心)

基礎物理實驗的探究式教學方法

(西北大學 物理實驗教學中心)

1 主要內容

西北大學物理實驗教學中心針對“如何在近代物理實驗教學中開展研究性教學，讓學生在經典實驗中體驗研究創新的思想方法，在基礎課程學習階段養成科學研究的習慣和規范”這一問題，從實驗教學理念、實驗項目層次優化、課題引入方式與推進方法及綜合化的考核方式等方面入手，開展了細致的研究性教學實踐探索，總結出了具有借鑒價值的探究式教學方法.

1.1物理實驗教學理念

實驗教學不是簡單“驗證規律”的過程，而更應是引導學生“體驗”規律發現的過程，總結研究新問題的思路和方法的過程. 在基礎物理實驗教學中，通過課題拓展和討論答辯，加強探究過程的訓練. 把1次教學實驗當作1次科研經歷，把1份實驗報告當作1篇科技論文，把1次答辯考核當作1次學術報告，從一點一滴中培養學生的研究創新能力.

1.2探究式的課題引入方式

從小學到大學，教學過程習慣以演繹法的方式給學生建立“物理概念”， 講授“物理規律”，進而通過演繹推理，完成練習題目或者考試試題. 這種方式對于培養學生扎實的理論知識功底具有有效作用. 但是事實上，更多具有創新意義的發現，往往是依靠“歸納法”的邏輯思考獲得. 通過研究，很多經典實驗能夠從生活體驗和應用問題入手，幫助學生歸納出“物理問題”，抽象出待測量的物理量，設計出實驗方案，探究物理規律，并重新回到生活進行應用拓展，完成“從生活和實驗現象走入物理，再從物理走回生活和應用的過程”.

1.3遞進設問的推進方法

通過“問題驅動”激發學生的思考. 能否提煉出關鍵性的問題，是教學設計成敗的關鍵. 我們針對每個實驗，總結出了每個環節的核心問題，采用多輪次循環講解的方式；通過物理情境還原、問題驅動思考，一步步把學生“逼迫”到可以有效實施的實驗方案上來，讓學生們自然而然地得到物理規律，親身體驗發現的過程和應用的樂趣. 例如：塞曼效應實驗教學過程中，可以設置如下3個階段的問題：

1)如何將原子能級分裂轉化成為宏觀上看得見的實驗現象？在此基礎上，選用什么樣的原子體系進行實驗比較方便？

2)采用什么方法能夠測定微小的波長變化？

3)給出實驗儀器設備和設計方案，根據實驗結果分析相應物理機理.

1.4實驗項目的應用拓展

對每個教學實驗項目的內容進行了拓展、延伸和組合，開發和積累出具有研究意義的實驗拓展訓練小課題. 這些拓展小課題提高了實驗內容的層次與內涵，挖掘了有限設備資源的潛在價值，更給因材施教、開展個性化培養提供了可能. 同時給學生提供了研究創新的范例和思路. 例如：在完成“空氣中的光速測量”基本實驗后，拓展出以下課題.

1)用光速測量儀測液體或玻璃磚的折射率.

2)將此設備改成1臺激光測距儀，測量實驗室樓道長度.

3)設計出基于其他原理測量光速的方案.

1.5實驗考核教學功能的充分發揮

將開展了十余年的答辯考核逐漸細化成專題學術會議式的常規性考核方式，弱化考試的課程結束性標志，真正把考核變成教學和學習的環節. 綜合采用了平時考查、筆試考核、操作考試和專題答辯等多種形式的考核方式. 尤其是將部分實驗課程的答辯考核，分散貫穿在日常實驗教學中，每次安排約1個小時的專題學術會議式的研討答辯. 采用了實驗報告擇優積分、優秀實驗報告積分免考、優秀科技制作和小論文獎勵等多種激勵方式，引導學生提高實驗報告質量，積極開展探究實驗，寫作科技論文.

2 創新點

落實“以科研的態度對待教學實驗，在教學實驗中進行科研訓練”的教學理念. 從生活體驗和物理現象出發，探究式地引入實驗課題. 通過多輪次循環設問推進教學過程. 通過實驗項目的拓展和組合突破既定實驗內容，增強教學實驗的研究性. 總結了多種形式相結合的物理實驗考核方式，利用日常化學術會議式的答辯考核激發學生參與集體討論.

3 主要成效

針對如何在基礎物理實驗教學中開展研究性教學的問題， 從實驗項目設計、內容拓展、教學方法和考核方式等方面入手，提供了良好的解決模式. 通過物理實驗項目組合、科研成果模擬轉化、自制實驗儀器等多種途徑，構建了能夠開展完整科研訓練的系列化物理實驗模塊. 關于基礎物理實驗教學模式和實驗室建設的教學實踐經驗，獲得了2項省級教學成果獎勵.

(執筆：鄭新亮)

[責任編輯：任德香]

(待續)