構建大學物理理論與實驗一體化教學模式的研究與實踐

龍濤

【摘 要】大學物理理論和實驗是自然科學和現代工程技術的基礎，對于培養大學生的科學素質和創新能力起著不可替代的作用。本文構建了大學物理理論和實驗一體化教學模式，圍繞課程體系的優化、教學內容整合更新、教學方法和手段及課程評價考核標準的改革，開展了大學物理理論和實驗教學的實踐研究，探索實現大學物理理論和實驗教學共存互進的一體化教學模式的具體做法。

【關鍵詞】大學物理；大學物理實驗；教學模式；教學改革

大學物理是自然科學和現代工程技術的基礎，物理實驗是對學生進行科學實驗基本訓練的重要實踐性課程，大學物理理論和實驗教學直接影響人才培養質量。但長期以來這兩門課程始終存在課程體系和教學內容體系傳統、教學模式單一、理論與實驗處于各自為陣互不關聯的并存狀態等問題，理論和實驗教學模式一直不能完全擺脫以傳授知識為主的傳統教學模式，為適應社會發展對人才素質的要求，在大學物理理論和實驗課程的教學實踐中，努力探索構建符合社會需求、體現現代教育思想的大學物理理論與實驗課程體系，充分發揮大學物理理論和實驗在人才培養的基礎功能，激發學生學習的積極性和主動性，開展大學物理理論和實驗一體化教學模式研究，進一步提高大學物理教學的質量具有重要的實際意義。

1 構建大學物理理論與實驗一體化教學模式的思路

結合我校大學物理理論及實驗教學現狀，吸收和借鑒當前國內高校大學物理和實驗教學模式的一些經驗，我們提出了構建大學物理理論和實驗一體化教學模式，依托該教學模式，圍繞課程體系優化、教學內容更新、教學方式及考核方式等方面進行全方位的改革實踐，使新的教學體系體現“一體化，多層次的教學特征”，使理論教學與實驗教學并舉，著力培養學生的科學素質，提高學生科學的探索精神以及學習興趣和熱情，開拓思維、培養創新意識、創新能力，實現大學物理理論和實驗教學共存互進的一體化教學模式。

2 大學物理理論與實驗一體化教學模式的研究與實踐

2.1 確定構建一體化教學模式突出的特點和遵循的原則

明確了構建大學物理理論和實驗一體化教學模式的內涵就是 “一體化，多層次的教學特征”，即以理論教學為主，理論教學與實驗教學并舉，實驗中將基礎性訓練與綜合性訓練并舉，驗證性、應用性訓練與創新性訓練并舉。理論教學體系采用多層次教學模式，優化教學內容，保證學生厚基礎的同時，又根據不同專業學生特點，多元化的組織教學，拓展和延伸書本外的綜合知識，形成寬口徑的培養特點。堅持教學質量第一原則，注重創新意識、創新精神的培養原則，堅持教學資源優化的原則。

2.2 開展一體化教學模式研究與實踐的具體做法

2.2.1 一體化教學模式中理論課程體系的構建

以教育部教學指導委員會頒發的物理教學大綱為基點，將大學物理教學內容層次化。第一層次是教育部教學指導委員會頒發的物理教學大綱中所要求的基礎知識，主要包括一些基本概念、基本規律及其應用，為學生提供一個基礎型平臺，是全校性理工科各專業學習大學物理的最低要求。第二層次是關于物理科學前沿和技術應用發展的內容，這部分內容可以以“知識窗口”或“研究性問題”的形式在課堂中出現，也可以以小論文的形式作為課后作業或者是討論課學生討論總結，該層次意在培養學生的創新能力。第三層次是物理知識在專業中的應用，該層次內容只針對相關專業，而其它專業可不介紹或簡單提一下。

2.2.2 一體化教學模式中實驗課程內容體系的構建

完成了實驗課程體系的層次化，該體系打破了傳統的各學科獨立的實驗課程體系，建立課程逐步升級的三級物理課程新體系，組成部分為基本實驗、綜合性實驗、設計性研究性實驗（工程應用）等，形成從低到高、從基礎到前沿、從接受知識到培養綜合能力、逐級提高的3級課程新體系。每級實驗都包含力學、熱學、電磁學、光學、近代物理實驗，不同級別標志著不同的實驗技能和科學思維水平。第一級層次讓學生熟悉基本物理量的測量和掌握常規實驗儀器的使用，為普及性實驗，適用于理工各專業學生的學習和基本訓練。第二層次驗為綜合性物理實驗為主的實驗，在同一個實驗中涉及多個知識領域，綜合應用多種方法和技術的實驗，這個層次的實驗主要是鞏固在基礎實驗學習階段的成果，開闊學生的眼界和思路，提高學生對實驗方法和實驗技術的綜合運用能力，由學生自選完成。第三層次是物理實驗原理在專業中的應用，為設計研究性實驗，針對工程技術應用基礎。學生教師指導下選擇課題和研究方向，自行設計實驗方案完成實驗、分析實驗結果，最后寫出研究報告。這階段教學內容側重學生綜合素質和創新素質能力的培養。如：在光電效應試驗內容的基礎上，增加了光纖傳輸技術以及太陽能電池特性測定方面的內容，使學生更多的了解現代科學技術。教學內容的層次化，內容有彈性，滿足了不同學科、不同專業、不同層次學生的需求。

2.2.3 探索一體化模式下的教學形式

我們充分利用現代信息技術資源，課程教學中引入視頻演示，CAI課件，網絡資源及傳統的黑板加粉筆等方式，講思路、講方法、提問題，加討論，力求達到最佳的教學效果。重視學生的課內外學習，課外學習形式多樣，有課后常規作業，課程小論文及網上討論，PPT演講等，調查顯示，這一教學模式有利于學生自主學習和個性化發展。實驗教學中，針對不同層次的實驗采用不同的實驗教學方式，在基礎實驗層次上，采用啟發式、引導式的教學，在綜合性實驗層次上，采用討論式、提案式教學，在設計性研究實驗層次上，采用探究式的教學。播放教學演示實驗影片，向學生展示物理學的新發展及其高新技術的應用，如混沌現象、核磁共振、仿真機器人、黑洞峪暗物質、材料科學與新材料、激光與光電子技術等，通過演示實驗進行現場教學，強調理論與實際的聯系，充分體現一體化的教學方式。

2.2.4 完善課程考核成績評定方式

通過一體化教學模式，促進課程考核方式的完善。傳統的大學物理考試方法只有期末筆試和平時作業兩部份，經過探索，我們采取了期末筆試、中期定時作業、課內外專題討論、小論文、PPT演講等方式構成該門課程的總成績。期末成績為總成績的50%，平時成績為總成績的50%。注重小論文指導及演講綜合拓展訓練，這兩部分成績所占比例較大。小論文是反映學生探索能力、獨立分析解決問題能力的重要途徑，我們根據學生的專業特點布置小論文題目，如“物理學與我的專業”、“生活中的物理學”等，要求論文短小精悍，在一定時間內完成，教師指導學生閱讀一些相關的文章，開闊學生的視野，拓寬知識面，吸引學生探索新的規律和新現象。充分注重過程的考核。endprint

大學物理試驗考試方法，我們采取了預習報告、操作成績、實驗報告、期末操作考試四部分組成。鼓勵學生多做實驗，多動手，也允許學生選擇超過教學規定的實驗課時選做實驗，我們取最好的幾個實驗項目的成績加權平均。期末考試選擇以下任一種方式進行。一種是在本學期所開出的實驗項目中由學生抽簽確定其考試題目，采用閉卷形式進行；另一種是由教師確定一些沒有開設過的設計性實驗題目，學生借助參考資料自行設計完成實驗。最后根據學生完成實驗的實際操作能力、實驗報告及通過答辯的方式評定學生成績。另外還可根據學生平時做綜合設計性、研究性實驗的情況以及在這些實驗過程中體現出來的創新意識與創新能力，給予學生鼓勵加分，綜合評定學生成績，這種考評方式極大促進了學生積極參與實驗教學。

3 實施一體化教學，學生綜合素質和創新能力顯著提高

在2013-2015級工科各專業的部分學生中開展了大學物理理論和實驗一體化教學模式的教學嘗試。教學中改變了傳統的大學物理理論與大學物理實驗兩課程完全獨立的課程體系，建立了兩者既相互獨立、相互融合、相互支撐依存的一體化物理課程新體系，實現了課程體系層次化。這種教學模式極大地促進了學生積極性、主動性和創造性，一體化教學模式是教和學的一種全面嘗試，兩輪教學檢驗了一體化教學模式的可行性，學生和教師對一體化教學的適應性。

配合一體化教學模式的構建，根據教學大綱，在新的理論和實驗課程體系和教學內容體系指導下，我們編寫了《大學物理》教材1套，教材融合了這兩年大學物理理論和實驗教學改革和成果等內容。

一體化大學物理教學模式實施，使學生物理理論、實驗技能、創新意識、科研能力和工程應用能力顯著提高，學生參加全國電子設計競賽、“飛思卡爾”汽車智能大賽、大學生大學物理創新競賽等取得優異成績。一體化教學模式實施對培養學生綜合素質和創新素質能力的產生了較明顯的效果。

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