新形勢下普通高校物理實驗教學中的問題與探索

王印磊

【摘 要】本文分析了當前高校物理實驗教學中存在的問題，以培養學生學習興趣為突破口，結合實驗預習、實驗內容及實驗教學模式創新，提出了一系列的方法和建議，通過培養學生的自學能力、邏輯思維能力、空間想象能力、創新能力及團結協作能力等，使學生綜合能力得到提高。

【關鍵詞】大學物理實驗；物理實驗教學；教學模式；綜合能力培養

中圖分類號： O4-4 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）19-0136-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.19.060

The exploration of physics experiment teaching problems in colleges under the new situation

WANG Yin-lei

（Department of Foundation Course， Shandong University of Science and Technology， Taian 271019， China）

【Abstract】This paper analyzes the existing problems in physics experiment teaching in colleges.To cultivate studentsinterest in learning as a breakthrough，combined with experimental preview，the experiment content and experimental teaching model innovation.A series of methods and suggestions are proposed，self-learning ability of students，logical thinking ability，spatial ability，the innovation ability and the ability to work together，improve studentscomprehensive ability.

【Key words】University physical experiment；Physical experimental teaching；Teaching mode；Comprehensive ability training of students

0 前言

物理學是一門實驗科學，大學物理實驗是我國高校理工科各專業必修的公共基礎課[1]，物理實驗課程是大學生入學后的第一門實踐類課程，而大學物理實驗作為一門必修基礎實踐課，是學生進入大學以后接受系統實驗方法和實驗技能的開端[2]。實驗教學作為高等教育結構中一個重要組成部分，對大學生科學素質、工程技術素質、文化素質以及創新意識的培養，具有不可替代的地位和作用。實驗教學是貫穿于大學生學習生活全過程的實踐性教學環節，為學生提供了廣闊的活動空間和思維空間[3]。通過大學物理實驗課的學習，可以使學生掌握科學實驗的基本知識、方法和技能受到嚴格系統的實驗基本技能訓練，為以后的專業實驗和終生的科研工作打好基礎，培養學生嚴謹的科學思維能力、探索精神和創新精神。

當前物理實驗越來越向綜合性、設計性、多學科交叉的方向發展，物理實驗已經不單純是物理學原理的實驗，而是集數學、物理、化學及其他學科知識融合的系統。一個實驗還往往涉及物理學中多個原理、多個章節知識，因此物理實驗的難度越來越高，對大學生提出了更高的要求和挑戰，應該說物理實驗發展對大學生的能力培養提供了難得的條件和機遇。如何調動學生學習的積極性和主動性，如何培養學生的科學素養和創新能力，如何培養學生的綜合能力，充分發揮大學物理實驗課在人才培養中的重要作用等等，筆者根據多年的教學實踐總結出以下措施。

1 在教學過程中激發和培養學生學習的興趣

興趣是學習最好的老師，興趣是影響學生技能形成的心理因素，也是學生取得成功的動力因素之一。因此，教師應該從培養學生對物理實驗的興趣入手，引起他們對物理實驗的重視，調動他們做好物理實驗的積極性，才能提高我們實驗教學的質量和作用。

1.1 重視實驗課堂教學

在實驗教學中要注意對學生的引導和啟發，通過對經典物理實驗過程或實驗現象的描述激發學生學習的興趣。在實驗內容講解過程中要注意引入最新科學成果，把實驗內容與當今科學前沿相聯系，讓學生即能領略到科學研究的最新成果，又可以讓學生知道我們實驗的重要意義。例如在學習邁克爾遜干涉實驗時，把當前利用干涉儀探測引力波的最新進展引入課堂。美國和歐洲兩個引力波項目組2017年9月27日宣布，兩個項目下屬的3個探測器首次共同探測到引力波這種“時空漣漪”，愛因斯坦廣義相對論關于引力波的預言得到了證實。激光干涉引力波天文臺（LIGO）就是利用邁克爾遜干涉儀的基本工作原理來測量由大質量恒星和黑洞的引力引起的“時空漣漪”，由于激光干涉儀能夠非常精確地測量時空伸縮波動產生的極其微小光程差，也就是引力波引起的微小的空間伸縮使兩個臂的長度的變化，通過測兩束光產生的干涉條紋，計算出引力波的參數，邁克爾遜干涉儀還被應用于尋找太陽系外行星的探測中。通過在課堂中引入對當今物理學最新進展的介紹激發學生的學習興趣和熱情。

在實驗教學中利用多媒體教學、網絡教學等新的教學手段調動學生的學習積極性。通過多媒體動畫演示相關的物理現象，既直觀易懂又可以引起學生極大的興趣和熱情。利用網絡中相關的圖像和視頻資料，讓學生在做實驗之前通過網絡提前學習，豐富學生的學習內容，開拓學習視野。在實驗原理教學中借助一些簡單的教學模具，讓學生們對物理學原理及相關的物理現象有一個直觀印象，激發他們認真觀察和深入思考的興趣。

1.2 創新教學模式

要在實驗教學中引入新理念，創新教學模式。當前物理實驗設備日益數字化、集成化、模塊化， 這往往造成很多的實驗原理和結構功能都被“隱藏”起來。實驗操作也變得相對簡單，學生做實驗時按幾個開關、轉動幾旋鈕就能出結果。表面上看做物理實驗簡單了，這種情況一是造成學生對于實驗參與度過低，二是造成學生錯誤的認為實驗簡單就盲目的認為實驗本身就是簡單的，忽略了實驗所包含的深層次、重要的物理原理和重要內容。我們知道一個實驗結果的得出需要大量的理論支撐，并且中間還需要各種推導和計算。因此，如果給學生一種僅僅轉動幾個旋鈕就得出結論的簡單印象，那么我們的物理實驗就失去了培養學生綜合能力的重要作用。為了解決這個問題，我們必須創新教學模式。在實驗教學中，我們結合實驗設備提高實驗的難度，要求學生對于實驗設備不能簡簡單單會用就行，要打開實驗設備的“黑匣子”，以問題為導向大膽地“解刨”設備，把實驗的整個過程摸清，把實驗設備的功能及使用方法理解掌握。通過這種教學方法，學生的學習興趣大幅提高，由過去做實驗只是簡單的測量幾個數據，變為以興趣為學習動因，以研究問題為導向，以科學探究為過程的新的學習模式。

2 以學生綜合能力的培養作為我們工作的核心

愛因斯坦說過教育就是當一個人把在學校所學全部忘光之后剩下的東西，這其實就告訴我們，我們的教育真正目的是培養學生的能力，而不是讓他們記住多少書本上的知識。為了培養學生的綜合能力，我們需要把每一個實驗項目都當做是一個系統工程，整個實驗過程嚴格把關，以最大程度地實現我們的培養目標。

2.1 結合實驗預習培養學生的自學能力

自學能力是一個人極為重要的能力，這種能力在實驗預習中也必須具備的。由于實驗學時及實驗項目的原因，在實際教學中物理實驗與物理理論課的內容往往不能“同步”，經常出現實驗的原理在理論課教學中還沒有學習，而實驗卻需要運用的情況。學生必須提前學習并掌握相關的理論知識，這就要求學生堅決摒棄“等、靠”的思想。知識不能被動地等著老師講，要調動起學習的積極主動性，為了一個問題的解決，要主動調整自己的方方面面。在學習中必須沉下心來，認真仔細閱讀相關資料，遇到不明白的問題仔細思考并想方設法解決，直到徹底弄明白。通過預習環節，學生可以大大提高分析問題、解決問題的能力，提高自主學習能力，也培養了戰勝困難的毅力，初步形成了良好的學習和研究習慣，對于將來的個人發展也是極其重要的。

為了使學生更好的做好實驗預習，工作中我們對每一個試驗項目都設計了預習報告，預習報告中圖文并茂，設計有大量的背景介紹、圖片、實驗原理及操作規范等等，對實驗所涉及的時代背景，需要解決的重大問題，所運用的理論知識進行全面的、系統的介紹，并對預習效果進行考查。通過實驗預習報告可以督促、掌握學生的預習情況，對于預習不合格的要限時達標完成。

2.2 培養學生邏輯思維能力和空間想象能力

在實驗教學中我們應該結合實驗內容培養學生的邏輯思維能力，例如我們在做聲速測定的實驗中，已經知道駐波在波節處彈性勢能最大，但是如何理解呢？我們要鼓勵學生深入思考，我們以橫波為例進行研究，通過分析曲線的切線斜率我們發現在波節處的切線斜率k=limΔx→0■最大，所以不難看出形變量Δy最大，所以就不難理解波節處的彈性勢能最大的原因了。又例如在學習復擺實驗中分析它的振動周期與轉動軸距離質心距離關系時，已知T=2π■，在求解周期T的最小值時我們可以利用不等式a2+b2≥2ab的關系求出當a=h 時周期最小，也可以用高等數學中求導的方法推導出來。通過嚴密的數學推導來找到物理問題的答案，培養了學生的邏輯思維能力。

物理實驗的特點就是理論結合實際，學生在學習實驗指導書及其它資料時，對于實驗儀器各個組成部分的位置形狀、功能作用，在大腦中有了自己的想象，這種在大腦中產生物體模樣的過程就是空間想象能力。當學生接觸到真實的物體時，對比實物可以驗證或糾正自己的想象，不斷反復的練習可以使學生的空間想象能力得到極大的鍛煉和提高。我們在做實驗之前必須對實驗操作在腦海中進行不斷地“演練”，清楚實驗操作嚴密邏輯順序，理解操作所產生的現象及現象產生的原因等等。通過對實驗的學習，使學生的邏輯思維能力和空間想象能力得到極大提高，這也是我們學習新知識、掌握新本領所必須具備的非常重要素質。

2.3 培養學生動手操作和解決實際問題的能力

物理實驗是理論與實際的相互印證、相互檢驗、相互統一。就目前學生實際情況來說，普遍存在實驗操作能力相對比較薄弱的問題。對于大部分學生來說，他們的很多知識往往只是從書本上學習的，基本上沒有操作經驗。很多學生存在實驗原理很清楚但是不會操作，甚至于無從下手的情況，來到儀器面前畏前畏后，久而久之對物理實驗課產生畏難情緒，甚至產生恐懼心理，使物理實驗課淪為聽聽課、看一看、旋動幾個按鈕出結果走過場的形式。這其中有沒有掌握實驗儀器使用方法的原因，但也與學生動手能力差有很大關系。動手能力是一個人非常重要的一種能力，如何從頭腦中的理念和思路變成實實在在的現實，這是一個很復雜的過程，既需要“心靈“，也就是我們對于要做的工作清清楚楚，要有方法；也需要”手巧”，也就我們要有把思路變成現實，要有技巧。這種能力光靠聽、說、看是無法掌握的，必須親自動手實踐經過反復嘗試、反復修正才能逐步提高。只有多給學生提供動手操作的機會，不斷地提高他們動手解決問題的能力，對于學生以后的個人發展是極其重要的。

2.4 通過對物理問題的深入探究和拓展，努力培養學生的創新能力

隨著我國經濟發展和科技進步，培養具有創新意識和創新能力的人才已成為社會對高校教育提出的迫切要求[4]。創新是事物發展過程中的量變與質變過程，而物理實驗教學能夠很好的體現這一過程[5]。問題意識是思維能力的動力，是創新思維形成的基石[6]，大學生思維敏捷，求知欲強，易于接受新鮮事物，富有上進心和探索精神。因此我們要高度重視和鼓勵學生提出問題，借助物理實驗這個平臺讓大學生的大膽提出問題并勇于實踐。在工作中我們不能急于求大、急于求成，要從一個小想法、一個小嘗試，從實驗過程的點點滴滴慢慢積累。例如在牛頓環測透鏡曲率半徑的實驗中，通過讀數顯微鏡觀察到了一個個規則的等厚干涉圓環，規則的圓環說明干涉點距離平板玻璃的距離都是相同的。并且Δ=2d+■。我們可以鼓勵學生進一步就探究如果平板玻璃不平會怎樣？同學們通過分析發現，當d不相同時，如果平板玻璃某處出現凹陷的現象，那么通過讀數顯微鏡觀察到的干涉圓環將向外凸；如果平板玻璃的某處出現凸起，則觀察到的干涉環將向里面凹。通過對這個問題的深入探究，同學們由此聯想到可以利用牛頓環對元件的平面平整度進行檢測，并可以做出各種創新設計。又比如我們將邁克爾遜干涉儀與楊氏彈性模量實驗儀器相結合測量動鏡移動的距離，并利用光杠桿進行測量和校對等等。

培養學生的創新能力，就要求我們不能停留在實驗的本身，要創設問題，要“再往前走一步”，鼓勵學生深入思考拓展思路。在創設問題情境時根據課程體系的層次，在教學方法上遵循“誘導性、適度性、梯度性、新異 性”原則[7]，由淺入深循序漸進地培養學生的創新意識和創新能力。另外在一些實驗項目及實驗儀器設計開發階段讓學生參與進來，這樣使學生能夠完整地了解一個科研課題從立項到實施的全過程，能夠使學生接觸與掌握學科發展前沿信息和動態變化。

2.5 培養學生的交流溝通與人協作的能力

這也是我們人才培養的一個重要內容。一個實驗小組就是一個團隊，要讓學生在實驗過程中學會與人溝通與人協作。有許多實驗并不是一個人就能完成的，需要幾個人的密切配合。通過實驗使學生學習與人溝通的能力，學習以積極心態對待沖突和矛盾，擯棄固執己見或回避問題的錯誤思想。通過實驗的學習讓學生學會換位思考，能夠打破以自我為中心的思維模式，嘗試從對方的角度和立場考慮問題；通過實驗的學習讓學生學會用心傾聽別人的意見，并及時反饋問題，并根據實際情況及時做出調整和改進。

3 結束語

毋庸置疑，物理實驗對于學生的綜合能力的培養具有十分重要的作用，如何使它起到真正的作用，始終是擺在我們面前的一個重要課題。我們必須要勇于改革，一切改革活動都是向現存規則的挑戰，有目的、有意識地加強對實驗課程教學改革，這既是重大的理論問題，又是非常艱苦的實踐問題[8]。我們必須站在為社會培養更多更好的建設人才的思想高度，不斷地研究實驗教學中出現的新問題，及時找到解決問題的方法，不斷地改善我們的工作，才能更好的發揮物理實驗教學在培養學生綜合能力中的重要作用。

【參考文獻】

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