《大學物理實驗》課程研究性教學模式與實踐探索

楊小紅++李海++王念萍

摘要：本文在有限的計劃學時內，在人數眾多的低年級學生中開展研究性教學實踐，具有可操作性較強、受益面較廣的特點。該教學模式使大學物理實驗課程真正成為培養學生創新能力的課程載體，有效實現創新能力的滲透式培養。

關鍵詞：大學物理實驗；創新能力；實踐探索

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9324（2018）02-0143-03

一、引言

大學物理實驗課程是學生進入大學后接觸的第一門比較系統的實驗課程，其在培養學生動手能力、分析和解決問題能力方面發揮著重要的作用，有利于培養學生自主實驗和獨立思考，形成主動性探究科學問題的能力[1]。有鑒與此，我校大學物理實驗教研室的老師結合多年實踐教學經驗，以大學物理實驗課程為載體，在有限的計劃學時內，探索如何在傳統大學物理實驗教學中適當引入研究元素，建立自主探究的研究性教學模式，在面向學生人數眾多的低年級學生中開展研究性教學活動，培養學生的自主探究能力和科研能力，提高其實驗素養，使大學物理實驗課程成為培養學生創新能力的課程載體，有效實現創新能力的滲透式培養。

二、我校大學物理實驗課程教學現狀

我校大學物理實驗課程的實驗室配備、教學內容、教學方式及學習方式、課程考核方式現狀如下。

1.實驗室現有設備基本能滿足實驗內容的要求，課程要求必做的實驗能順利開展。

2.教學內容難度一般，在計劃學時內，教和學的任務都不重，大部分實驗能提前完成，但所開設的大學物理實驗內容驗證性偏多，而研究性、探索性不足。

3.在教學方式上，教師大多采用“課堂講解+詳細實驗演示”的方式，即便是設計性實驗，能夠給到學生自主研究探索的時間和空間都非常有限，使得學生獨立思考能力、動手能力及創新能力得不到培養。

4.學習方式上，學生課前預習時間普遍較長且預習效果不佳。在實驗操作方面，學生雖具備一定的獨立實驗能力，但對于教學任務以外的實驗內容嘗試積極性不夠。實驗數據處理方法及實驗報告撰寫缺乏新意，創新能力不足。

5.課程考核方式主要以“實驗操作+實驗報告撰寫情況”進行考核。而對實驗前的預習、實驗操作過程中學生的探索精神及創新能力、實驗報告中的創新能力等未得到充分體現。

綜上所述，在教學內容難度不大，教學學時相對寬松，而學生又具備一定的獨立實驗能力的基礎上，通過改變教師的教學方式、學生實驗教學三環節中的學習方式及課程考核方式，在傳統大學物理實驗課程中增加新內容、新方法和新手段，開展研究性教學，將創造性培養滲透到實驗教學的各個環節尤為必要。

三、《大學物理實驗》課程研究性教學模式

1.在教學內容方面，從實驗現象觀察、拓展應用、理論推導及數值模擬等方面適度增添研究性、探索性元素，改變大學物理實驗內容驗證性偏多，而研究性、探索性不足的現狀。在保證學生基本實驗技能得到培養提高的同時，以現有實驗為載體，適度對實驗項目進行拓展，在教學過程中引導學生設計實驗去探索一些可進一步思考的問題。例如，在測量液體粘滯系數實驗中學生會提出以下問題，即“小球剛從液面下落即開始計時，對實驗測量結果是否有影響？”在用邁克爾遜干涉儀測量光波的波長實驗中可增加一研究性問題“如何測量家用保鮮膜的厚度？”這些內容新穎、難度適中的研究性問題既以原有實驗為基礎，又與實際生活相貼近，無疑能增強學習趣味性，調動學生學習積極性，培養學生解決問題的能力，進一步培養學生理論聯系實際的能力和創新能力。教學內容以提出的研究性問題為載體，以課程內容和學生自身的知識為基礎，使學生將學習、研究、實踐有機結合起來，充分發揮學生的主動探索、主動思考、主動實踐的能力。

2.在教學方式上，改變“粉筆+黑板”的以教師講解為主、學生按步就班的實驗教學方式，建立以學生自學為主、教師指導為輔的教學方式。

在預習環節，學生可以通過我們的大學物理實驗網絡課程平臺，獲得課程教學PPT，觀看課堂教學視頻，并進行教學資料及相關文獻查閱，以開闊眼界，拓寬學生思路，給學生開“窗口”，從而培養學生的主動探索和思考能力。學生具備高質量的實驗預習，才能為研究性教學的順利開展奠定基礎，可以說，高質量的實驗預習是順利開展研究性教學的關鍵。

在實驗教學過程中，引導學生理解每一個實驗的基本原理，重點介紹實驗的設計思想，使學生理解理論和實驗之間的聯系[1]。實驗操作過程中確立以學生自學為主、教師指導為輔的教學方式。在教學中增添研究性教學內容給實驗教學裝“接口”，以便與學生后續的學習相銜接，與實際應用相聯系。教學采用提問式、啟發式等課堂互動教學方式，引導學生就所發現的問題自己規劃和決定具體的實驗條件、設計實驗方案進一步解決問題。每次實驗課結束前預留一定時間，讓學生討論實驗中出現的問題、遇到的困難，以及隨后如何進行數據處理和分析。

實驗結束后要善于給學生留“缺口”，讓學生自己課后進行補充、推導、數值模擬等創造性地進行數據處理和撰寫實驗報告。鼓勵學生將實驗中的所思所感以及研究性問題的探究過程、結論用研究報告的形式撰寫，提高實驗報告撰寫質量。

3.在學生學習方式上使學生成為學習的主體，以研究者的角色完成實驗操作三環節。學生的預習要從查文獻資料開始，進而制定實驗方案和實驗步驟，準備一些生活中易得的簡單實驗器材等，預習內容更加充實，目的明確，大大提高了預習質量。在實驗操作過程中，學生不再是按照教師的演示按步就班地模仿，而是能夠充分發揮主觀能動性，自己發現問題，創設問題情境，利用實驗平臺進行組裝、調試實驗系統、觀察實驗現象直至完成實驗。學生自主性選擇空間增大，其主動性、積極性得到提高。由于某些問題情景和學生原有認知不符合，由此引發學生的認知沖突，喚起學生的積極思考，激發其內在的驅動力，使其自覺地充當問題的探索者，真正參與到學習活動中，從而使其成為學習的主體，最終達到掌握知識、發展能力、培養思維的目的。在實驗報告撰寫方面，學生能夠以一個研究者的角色把實驗過程中研究探索的問題結合語言文字、圖表、理論分析、軟件數值模擬等方式進行闡釋，得出研究結論。endprint

4.在課程考核方式上建立形成性評價機制，加大對學生學習態度、學習能力及學習過程的評價，注重學生創新能力考核。學習的過程是一個能力培養的過程，課程考核方式既要注重學習過程，又要注重學生整個課程的學習效果。教學評價應力求多元化，在課程考核方面，建立形成性評價機制，加大對學生學習過程的評價力度，提高學生學習興趣和積極性。從形成性評價的角度來看，主要依據學生平時預習質量、實驗操作過程中討論的參與度，研究性問題的提出及探索過程中所表現出的合作精神、創新精神；實驗報告撰寫質量及在探究研究性問題過程中所表現出的創新能力等方面多元評價學生，加大對學生的學習態度、學習能力及學習過程的評價力度。

四、《大學物理實驗》課程研究性教學實踐

下面我們以兩個具體的實踐教學案例闡釋具體的實踐教學過程。

第一個研究性問題是在“用邁克爾遜干涉儀測光波波長”實驗中開展的。教師在實驗網絡平臺發布了研究性課題“如何用運用邁克爾遜干涉儀測量薄膜的厚度”。學生在預習階段就需要查找相當多的資料，在此基礎上擬好實驗方案，給出詳細的實驗原理、實驗步驟并準備好相關的待測物品，學生準備了白光手電筒（白光光源）、千分尺、TO-220無孔透明云母片、手機貼膜、冰箱用PE保鮮膜等實驗器材。在實際操作過程中，學生首先完成用邁克爾遜干涉儀測量光波的波長，學會實際操作和運用邁克爾遜干涉儀，掌握等傾干涉條紋調節方法和技巧之后，再適當調整實驗裝置，利用白光等厚干涉進行薄膜厚度的測量研究[2]。并與用千分尺直接測量的薄膜厚度進行對比，分析兩種儀器測量的優缺點。整個實驗過程中，學生會將實驗現象拍照，數據處理和實驗報告的撰寫能較好地分析運用邁克爾遜干涉儀進行薄膜厚度測量的優勢。學生報告結果發現“PE保鮮膜和手機屏幕貼膜的厚度要大于直接測量的值，這是因為使用千分尺測量時會對薄膜兩側直接接觸的區域進行擠壓，造成所測值小于正常情況下的薄膜厚度。而且因為PE保鮮膜較手機屏幕貼膜柔韌性強，易拉伸，所以受擠壓后更易發生形變，使最終測量結果誤差更大”。并由此得出用邁克爾遜干涉儀可準確求出薄膜厚度很小且折射率已知的薄膜的厚度，具有數據處理步驟簡單、準確度高的優點[3]。該實驗的理論探索和儀器準備及數據處理在課外完成，裝置搭建和數據測量則在課內完成。

第二個研究性問題是在“落球法測液體粘滯系數”實驗中開展的。本實驗中小球下落的最初階段作加速運動，只有在重力、浮力及粘滯阻力三力平衡后才做勻速運動，而在實驗過程中很難觀察到小球是否已經做勻速運動，為了保險起見，指導老師會提醒學生要預留一段距離才開始計時，那這段距離到底有多長？是否必要呢？學生在實驗過程中發現此問題，老師則引導學生進一步思考，并設計實驗對該條件的必要性進行探索。由學生自主地進行各種研究活動，包括形成問題、提出假設、提出模型、進行實驗、觀察、測量，對觀察結果或實驗數據進行分析解釋、評價和交流等，教師只做組織引導。整個實驗過程就是學生在教師有目的、有組織的指導下的發現過程。部分同學課后還查找相關資料進行理論推導[4]，還有部分同學利用Matlab軟件描繪出小球下落速度——時間曲線以及位移——時間曲線[5]。同學們各自發揮自己的優勢，所撰寫的實驗報告形式多樣，內容豐富，圖文并茂，理論分析、數據模擬與實驗數據結論相輔相成，嚴謹而又充實。

五、結語

實踐表明，在有限的計劃學時內，我們的研究性教學模式在人數眾多的低年級學生中開展可操作性較強，受益面較廣。隨后的調查問卷反饋表明學生查找資料以及整合資料的能力得以提升；實驗過程中主動性、積極性提高；觀察能力、發現問題、提出問題及解決問題的能力增強，也更加會多元地進行數據處理，分析討論問題，撰寫科研型論文的能力得到加強，《大學物理實驗》課程研究性教學模式與實踐教學改革成效顯著，使大學物理實驗課程真正成為培養學生創新能力的課程載體，有效實現創新能力的滲透式培養。

參考文獻：

[1]梁文耀，陳武喝.基于創新能力培養的自主性實驗教學改革探討[J].實驗室研究與探索，2012，31（8）：289-291.

[2]漆建軍，馬文華，肖華.基于線陣CCD的邁克爾遜干涉儀測量金屬絲的彈性模量[J].實驗室研究與探索，2010，29（1）：19-23.

[3]楊修文，石義杰，路素彥.邁克爾遜干涉儀測量薄膜的折射率與厚度[J].鄖陽師范高等專科學校校報，2008，28（3）：26-27.

[4]曹春梅，甄釗.落球法測液體粘滯系數實驗的理論分析[J].物理與工程，2013，23（2）：39-41.

[5]楊浩，朱基珍，禤漢元.落球法測液體粘滯系數小球運動過程MATLAB描繪[J].廣西工學院學報，2011，22（1）：70-73.endprint