首屆全國高校物理實驗青年教師講課比賽后的思考

潘小青馬世紅

(1江西理工大學，江西 贛州 341000;2復旦大學物理學系，上海 200433)

第三屆全國高等學校物理基礎課程青年教師講課比賽暨首屆物理實驗課程青年教師講課比賽決賽于2017年8月23日在桂林廣西師范大學順利舉行。通過全國各省的省賽，每省選拔兩名參賽教師(以下簡稱選手)進入6大賽區的區賽，各賽區再遴選兩位選手，最終12位青年教師進入全國決賽。比賽過程是參賽教師提前1小時抽取講課內容，經準備后進行15分鐘的講解，再接受評委10分鐘的提問，評委根據兩項內容給參賽教師評分。作者分別作為評委參加省賽、區賽和決賽，參與了賽事部分比賽方案的擬定工作，本文結合這屆賽事談談個人的觀感以及對物理實驗教學基本內容的思考。

1　參賽青年教師教學風采良好

本次比賽最終進入全國賽的12位選手在講課中體現出了良好的教學風范和教學能力。主要表現在：一是儀態優雅，語言生動。每位選手精心準備正裝上課，動作姿勢大方得體，講解聲情并茂，較好地吸引了聽眾的注意力。二是教學過程設計有方。每位教師均根據自己的理解合理安排教學內容和過程，按照要求在規定的15分鐘時間內講完教學內容。三是教學課件制作精良。很多教師在講課過程中使用了豐富的多媒體教學資源，如圖片、動畫、視頻等，在版面設計、呈現方式、播放進程等多個方面進行了精心的安排，課件圖文并茂，視頻播放流暢。四是回答問題從容不迫。物理實驗講課比賽與理論課講課比賽最大的不同就是增加了10分鐘的評委提問環節，來自不同地區不同高校的9位評委針對各個實驗的不同特點，從實驗原理、實驗方法、實驗現象、實驗操作、實驗數據等多個不同的角度提出各種針對性的問題，要求講課教師回答。這些問題有些是在實驗中經常碰到的現象，有些是學生實驗中常會出現的問題，也有的是要對實驗原理、方法有深入思考才能發現的問題，不同的問題考驗實驗教師在教學指導過程中對實驗內容理解的不同深度和廣度。參賽教師對所提問題有的能正確理解并作出合理的解答，而在碰到難于回答的問題時也都表現了較好的風度。

總體而言，進入全國比賽的各位青年教師展現了所在高校較好的基礎物理實驗教學水平。通過本次比賽，全國高校從事物理實驗教學的教師尤其是參賽的青年教師都對相應的實驗內容進行了深入探討，對實驗課程進行了一次全面精心的備課，在本屆比賽的各個不同階段，參與比賽和觀摩的老師在比賽過程中還進行了廣泛的交流討論。通過這樣一次全國范圍的物理實驗課程講課比賽，必定能促進物理實驗課程教學水平的不斷提高;而也只有通過廣大物理實驗課程任課教師教學水平的提高，才能使基礎物理實驗課程建設水平逐步提高，進而在高等學校理工類課程體系中占據應有的基礎地位。

2　對比賽方案的幾點建議

首次物理實驗課程的講課比賽從省賽到最終的國賽歷經4個月的時間圓滿結束，綜觀本屆講課比賽的全過程，比賽方案還有可改進的空間。

首先是有關給選手的最終評分乘上權重因子的大小問題。本屆比賽根據選手自報參賽實驗項目的個數，在最終評分時乘上對應的權重因子，在省賽中對實驗項目數大于16的選手，其比賽成績為平均成績乘上系數1.2，結果造成參賽教師的實際講課表現與最終的成績出現反轉現象[1]，這一問題出現后，區賽和國賽所乘系數有了適當調整，最終決賽結果不再出現前述反轉現象。參賽實驗項目的多少體現著各高校物理實驗課程與教學基本要求的達成程度，競賽主辦方也希望通過比賽達到促進物理實驗課程教學水平提高的目標，因此比賽成績乘上一定的權重因子有引導各高校盡可能開出滿足物理實驗教學基本要求的實驗項目數，只要所乘系數在相對合適的范圍內即可，這需要經過大賽取得經驗后作調整。

其次是比賽提問環節的時間長度問題。從省賽、區賽到國賽都有評委提問環節，由于評委來自不同地區、不同層次、不同類型的高校，評委對不同參賽教師抽取的實驗項目的熟悉程度不同，對不熟悉的實驗內容難于提出有效的針對性問題，而對熟悉的實驗項目可能提出很多不同的問題，其中有些問題是超出基礎物理實驗要求的科研實驗才會涉及的內容，這就導致評委對有的實驗內容提的問題偏多或偏難，而有的實驗的問題則偏少。另外由于提問時間較長，評委所提問題會重復或針對性不強，鑒于此，筆者建議今后的講課比賽將提問環節的提問時間縮短到5分鐘可能會更合理一些。

再次是講課內容安排問題。所有參賽選手都認為自己平時的物理實驗課并不是按講課比賽的模式進行的，如此一來勢必造成物理實驗教學實際與講課比賽內容脫節的現象。物理實驗青年教師講課比賽的目的自然應該將比賽的成果融入日常的物理實驗教學過程，讓廣大青年教師在物理實驗課程教學中不僅能講操作，更能將物理實驗的原理、方法、技術、實驗誤差和數據處理等核心內容貫穿實驗教學的始終，這樣高校基礎物理實驗教學的質量才能不斷得到提高。所以，物理實驗課程教學內容如何呈現是非常值得思考的一個問題。

3　對物理實驗教學內容的思考

大學物理實驗課程的作用主要是培養學生的基本科學實驗技能，提高學生的科學實驗基本素質，使學生初步掌握實驗科學的思想和方法。培養學生的科學思維和創新意識，使學生掌握實驗研究的基本方法，提高學生的分析能力和創新能力[2]。按照大學物理實驗課程教學基本要求，物理實驗課程教學內容應該包含測量誤差、數據處理、基本物理量的測量、常用的物理實驗方法、常用實驗儀器和常用實驗操作技術等6個方面。基礎物理實驗課程一般由一個個的實驗項目組成，落實到每個具體實驗項目結合物理實驗課程的教學內容要素可以從下面幾個問題出發：首先是實驗題目的確定，即實驗是什么;其次是實驗目的，即為什么要做這個實驗;第三是實驗原理和方法，即怎么做實驗;最后是測量誤差和實驗數據處理，即實驗結果做得怎樣。下面分別就這幾點談談筆者的看法。

3.1　實驗題目的確定

在物理實驗課程中的實驗題目往往是由學校自定，這使得很多內容大體相同的實驗在不同學校給出的題目卻很不相同，所以在填寫比賽實驗題目時，實驗目的和內容均要求列出。本次比賽中出現的一些題目過于簡單且無法從題目名稱上形成對實驗的初步認識，比如有的直接用實驗中的元件薄透鏡為實驗題目，使人無法從題目中猜出實驗到底要測量什么物理量。如果根據實驗內容將實驗名稱改成諸如“薄透鏡焦距的測量”之類的題目，就明確了物理實驗基本要求中的基本物理量測量的內容。一個實驗題目應能反映實驗的重點內容，基礎物理實驗課程通常面向全校理工科各個專業，在課程總學時日益縮減的大背景下，如果物理實驗課程不能給相關專業提供合適的物理實驗基本訓練內容，將難以在相關專業課程體系中得到基本的學時保證。另外，一個實驗題目的科學性也反映出學校物理實驗教學的整體水平，高校在編制物理實驗課程教學大綱時應該重視實驗題目的確定。

3.2　實驗目的

物理實驗課程的教學目標包括實驗現象觀察和過程設計、實驗技術和方法的掌握、實驗原理和物理概念的理解、實驗結果的評估和報告等[3]。任何一個物理實驗項目均有它產生的歷史或應用背景，它可以回答為什么要做這樣一個實驗，通過這樣的實驗又可以達到怎樣的教學目的。比如邁克爾孫干涉儀實驗，邁克爾孫當初設計這個干涉系統的思想，是通過半透半反鏡實現彼此垂直的兩束相干光干涉，通過干涉條紋的移動達到測量不同方向光速的差異從而測量以太漂移速度的目標[4]。雖然邁克爾孫實驗結果是否定的，但卻為光譜精密測量提供了方法，也為愛因斯坦的光速不變原理提供了實驗支持。不僅如此，引力波探測裝置LIGO就是應用了這一實驗方法成功探測了兩個黑洞并合形成的引力波。如果在邁克爾孫實驗教學過程中將這段歷史背景和現代應用加以介紹，然后再講教學目的，會大大激發學生的學習興趣從而提高學習效果。在本次全國講課比賽中，兩位獲得一等獎的選手均作了很好的展示，期待在今后的實驗教學中青年教師能更多挖掘實驗項目的歷史與應用，實現實驗教學的目標。

3.3　實驗原理和方法

實驗目的清晰之后，接下來重點需要講解的是實驗原理和方法，包括兩個層面：一是理論原理，二是實驗方法。理論原理是指該實驗所依據的物理概念、規律等相關物理原理，比如楊氏模量、轉動慣量的概念，等厚干涉、等傾干涉、光柵衍射原理，駐波形成與特點等。這些物理概念或原理很多是大學物理理論課的教學內容，這就要求我們的物理實驗教師不僅要熟知物理實驗教學內容，也要深入理解其物理機制。作為物理實驗教師，要真正上好實驗課，應該與大學物理理論課教師經常交流，既可充實理論知識，又可了解學生的學習背景，從而進行針對性的備課和講解。

物理實驗是人為創造相對理想的實驗環境進行物理量的測量的過程，需要借助一定的實驗方法和手段才能最終實現。實驗方法的采用是多種多樣的，比如轉換法、放大法、平衡法等。轉換法將難于直接測量的量轉化成易于直接測量的量，如光電轉換等各種傳感器都是轉換法的應用。放大法是將過大或過小的量轉化成宏觀上可觀測的量，如千分尺用的是機械放大法，光杠桿借助的是光學放大法。平衡法可將不易測準的量轉化成易于測準的量，將不可觀測的量轉化成可以觀察的量，如惠斯登電橋。這些實驗方法往往具有普適性，它們不僅只適用于某個實驗，而且可以推廣應用于類似的其他實驗測量中。如果實驗教師在課程講解時能強調實驗方法的重要性，并將這些不同的實驗方法用于實驗的創新和拓展，將有利于提高實驗教學的水平。

實驗當然離不開實驗手段——實驗儀器。實驗儀器的工作就是將上述實驗原理和方法轉化到具體儀器設備的過程。本次大賽要求不涉及對著具體實驗儀器講解，實際上是增大了講課比賽的難度。但這正是比賽希望通過這樣的形式推動實驗教師對物理實驗本質的理解，而不是流于只講儀器旋鈕使用的形式。教師在實驗中的作用主要表現在指導學生按照一定的實驗流程、實驗規范進行實驗，引導學生實驗過程中思考每一項操作所關聯的物理現象和物理量的變化。實驗操作固然是實驗的重要部分，但這是由學生完成的，讓學生體驗實驗的基本程序，通過實驗過程學會基本的操作技術。作為實驗教師應熟悉實驗儀器及其操作過程中可能出現的各種實驗現象，并能在學生實驗過程中處理各種異常，這樣在評委提問環節才能從容地回答不同的問題。

3.4　實驗數據處理

一個實驗到測量完數據并沒有完成，還有最后也是最關鍵的一步，就是實驗數據處理，如果測量的數據沒有被合理地解讀，整個實驗就變得毫無意義，因此實驗數據處理是評估整個實驗結果不可或缺的重要一環。數據處理包括計算待測的物理量、測量結果的誤差或不確定度分析、圖示所測不同物理量的數學關系等。每個實驗根據實驗原理、方法和目的的不同，可以采用不同的數據處理方法。通過最終的數據處理，才可以對實驗結果有個基本的判斷，并分析產生這些判斷的依據是什么，可以引發哪些思考，形成對整個實驗的完整認識。在本次講課比賽中，很多選手都忽視了這一環，可能是講解時間的限制造成的，但這也表明在平時的實驗教學中青年教師普遍對實驗數據處理不夠重視。這次比賽反映出這個問題，正說明物理實驗教學質量還有較大的提升空間，希望能在以后的實驗教學中得到不斷改善。

4　結語

首屆全國高校物理實驗青年教師講課比賽吸引了全國高校成百上千的從事物理實驗教學的教師參與到物理實驗教學交流之中，引發廣大物理教師的持續關注，激起了高校一批物理實驗教師廣泛的討論，必將對高校物理實驗教學水平的提升產生深遠的影響。