與科研結合的大學物理實驗教學改革的幾點思考

鄭麗玲　馬玉婷

摘要：將實驗教學與科學研究相結合是目前教學改革的一個重要方向，主要形式是教授的實驗室向本科生全面開放，學生自選導師，與教授確定實驗題目，進行探究性的實驗。本文通對探究性實驗改革的分析，對科研與探究性實驗相結合的模式進行思考，以達到激發學生的學習熱情和積極性，提高大學物理實驗課程的教學效果和教育質量，盡量滿足學生個性發展的需要。

關鍵詞：大學物理實驗；教學改革；科學研究

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）33-0060-02

一、概述

物理學是研究物質運動最一般規律和物質基本結構的學科，它是其他各自然科學學科的研究基礎。它的理論結構充分地運用數學作為自己的工作語言，以實驗作為檢驗理論正確性的唯一標準，它是當今最精密的一門自然科學學科。物理學是實驗科學，物理學科的研究都是以客觀實驗為基礎的。物理實驗教學是物理課程和物理教學的一個重要組成部分，它既是物理教學的重要基礎，又是物理教學的重要內容、方法和手段。以物理實驗充實教學，是物理學科中充分體現現代素質教育思想的重要方面，有利于幫助學生形成科學素養。諾貝爾物理學獎獲得者丁肇中教授曾經說過：“物理學是從物理實驗中產生的”。有統計，在1901—2014年的200多位諾貝爾物理學獎獲得者中大約有75%是與物理實驗有關而獲獎，物理實驗教學的重要性不言而喻。近年來，高校越來越重視大學生的創新能力培養，而實踐是創新的基礎。在物理實驗教學中，除了完成對某一物理量的測量外，更重要的是要培養學生學會觀察、分析、理解物理實驗的基本物理思想和實驗裝置的巧妙設計理念。物理實驗教學改革勢在必行。浙江大學將物理實驗教學與物理科學研究結合，在實驗內容設置上及時將科研前沿引入實驗教學，讓學生在起步階段就提前接觸前沿的科學研究，對學生實驗技能的訓練以及促使學生將實驗課程與理論課程相融合，以便加深學生對所學的理論知識理解，以盡量滿足學生個性發展的需要。

二、關于探究性實驗的幾點思考

1.調整教學目標。傳統的實驗教學主要是根據教學大綱和計劃設置課程實驗，是以教師為中心的著重強調教師的“教”，以訓練學生的實驗技能、驗證基本理論原理為主要目標，在實際的教學中，強調操作技能的程序化和規范化。學生們所能做的就是按照已經設計好了的實驗方案，去檢驗一個已知的結果是否正確。教學模式單一、內容陳舊、操作步驟按部就班、主要以命題性演示實驗內容為主、驗證性實驗占比過高，既限制了學生的創造力，又降低了實驗教學內容的創新性。物理實驗教學必須為學生構筑一個合理的實踐能力體系，應盡可能為學生提供綜合性、設計性、創造性比較強的實踐環境，讓每一位學生在四年大學的學習過程中能經過多個這種實踐環節的培養和訓練。這不僅能培養學生扎實的基本技能與實踐能力，而且也有益于提高學生的科學創新思維，開拓學生的科學視野，為將來從事科學研究打下堅實基礎。

2.搭建實驗教學平臺。教學平臺的搭建對培養學生的實驗興趣非常重要。課程內容與學生實驗興趣必須緊密相連，以達到激發學生的學習熱情和積極性，提高大學物理實驗課程的教學效果和教育質量。為將實驗與前沿科學相結合，浙江大學物理實驗教學中心緊密結合現代化建設的實際，充分依托物理系現有的凝聚態物理、光學、等離子體物理、理論物理、粒子物理與核物理、原子分子物理和無線電物理等學科，構建適合于本科生探究性實驗需要的實驗訓練平臺，包括科研基礎訓練平臺；科研能力訓練平臺以及特色專業訓練平臺。注重基本實驗技能和實驗素養的培養，突出和加強大學生創新知識的傳授、創新能力和創新素質的培養，特別是以提高拔尖創新人才的培養水平為目標。

3.擴大參與教學面。在傳統的實驗教學過程中，參與教學的主要是實驗崗、教學崗的教師。主要的教學過程就是指導學生按照已有的實驗步驟驗證某一物理現象。學生的接觸面僅限于教授實驗的教師，實驗內容也僅限于實驗室已有的實驗設備所能完成的。而當實驗教學與科學研究結合后，為學生指導實驗就由原來的實驗教師變為了所有教師。教授的實驗室向本科生全面開放。學生的選擇面也變廣，由原來沒得選，變成了可以根據自己的科研愛好選擇相關研究方向的老師指導實驗，學生自選導師，與教授確定實驗題目，進行探究性的實驗。浙江大學物理系目前參加探究性實驗核心課程《物理學實驗Ⅲ》實驗教學的教授和副教授有30余名，研究內容包括新型超導體合成和物性探索、鐵基鐵磁超導體的物性研究、多重極端條件下的物性測量：方法與技術、超導量子器件、基于超導器件的量子計算和量子模擬的實驗研究以及液體表面薄膜的制備等50多個研究課題。目的是注重對學生實驗技能的訓練以及促使學生將實驗課程與理論課程相融合，以便加深學生對所學的理論知識理解。

4.管理規范。由于實驗不再是傳統的，在固定的實驗教室內完成，而是學生前往指導老師的科研實驗室進行。實驗時間也不僅僅局限在某個規定的上課時間段，而是隨時都可以進行。這就對實驗課程的管理提出了要求。課程的負責老師以及指導實驗的老師共同對學生進行監督和管理，對實驗學習的結果進行考核。首先，指導老師要對學生學習的態度進行考核，以免出現學生選完課題和指導老師以后就消失，等最后需要對成果進行考核時才出現的情況；其次，指導老師需要對整個實驗的結果進行考核，目的是考查這個時間段內的完成情況，也對學生的科研能力進行一個評估，以確定該生是否適合在這個方向上繼續進行科學研究；最后，通過答辯的形式進行考查，除了考查這段時間的學習情況，更是一個鍛煉學生做科研報告能力的好機會。

三、總結

與科研結合的探究性實驗特色可歸納為以下幾個方面。

1.教學與科研結合、變被動型教學為自動性求學；使學生處于主動探究并解決實際問題的狀態，激發學生的學習興趣及求知欲望。

2.活躍在一線的科學研究人員主動投入到物理實驗教學之中，使得物理實驗教學內容變得豐富多樣，涵蓋了凝聚態物理、理論物理、光學、等離子體物理等多個領域。

3.學生在專業實驗室的過程中受到嚴格的、系統的實驗技能訓練，掌握科學實驗的基本方法和技巧嚴謹的科學思維能力，分析和解決實際問題的能力得到了很好的鍛煉。科研水平有效提高。有許多學生甚至在本科階段就在Nature Communications、Physical Review Letters等國際高水平期刊上發表了科研論文。

4.更多的學生進入科研實驗室，教授的科研隊伍更加強大。參與課題研究的人數增加，一定程度也加速了科研進度，提高了科研效率，豐富了科研成果。

5.有效化解了學生研究能力培養與實驗師資不足的矛盾，解決了因為占地、資金以及設備等各種因素的影響，使得設計性、研究型實驗平臺容量有限，不能滿足大多數學生對物理實驗研究的興趣和探索需求。探究性的實驗，是沒有標準答案的實驗，或者蘊含著很多答案的實驗，除了鞏固知識，更能夠激發學生的興趣，培養學生的創新能力。

參考文獻：

[1]中國大百科全書出版社編輯部.中國大百科全書（物理學）第一、二卷[M].中國大百科全書，1987.

[2]陳許敏，蔡本曉，彭輝麗，徐娙梅.面向留學生的大學物理實驗教學改革的幾點思考[J].課程教育研究，2017，（18）.

[3]劉燕，周嵐，胡經國.大學物理實驗教學改革的探索與實踐[J].實驗室研究與探索.2009，11（28）.

[4]董有爾，張天拮，唐晉娥，陳寶明，杜磊.物理實驗教學改革的探索與實踐[J].高等理科教育物理，2005，（2）：97-101.

[5]王后雄，陳光輝.談驗證性實驗與探究性實驗的融合[J].教育探索.2006，186（12）.