交互式教學模式下大學物理理論與實驗改革的實踐探索

龍濤

摘 要：大學物理理論與實驗是高等院校理工科各專業學生大學階段的一門重要必修基礎課，在培養學生科學思維能力、探索精神、參與科學實驗的能力及掌握科學方法等方面具有重要的基礎支撐作用。文章提出了一種交互式的課程教學模式，著重從優化理論與實驗課程體系、教學內容的相互融合、傳統與現代教學方式的相互滲透開展改革實踐，努力探索大學物理理論與實驗教學新模式。

關鍵詞：大學物理理論與實驗教學;交互式教學模式;教學改革

大學物理與實驗是面向全校理工科各專業開設的必修基礎課，課程教學是實現人才培養目標的重要途徑，深化課程教學改革，提高教學質量，充分發揮大學物理理論與實驗在人才培養的基礎功能作用意義重大。近年來，人們在大學物理與實驗課程教學中不斷地進行各種形式的教學改革，但受傳統教學模式、課程學時及教學實驗條件等因素的限制，一定程度上對課程教學質量的提高產生了影響。為適應新時代社會科技發展對高素質人才的要求，我們開展了交互式教學模式下大學物理理論與實驗教學改革實踐，對課程體系、教學內容、教學方式等直接影響課程教學質量的核心問題進行深入研究，努力探索大學物理理論與實驗課程教學改革模式，有效保障人才培養目標的實現。

一、交互式大學物理理論與實驗教學模式的架構

隨著教學改革的不斷深入，面對現有大學物理及實驗課時壓縮的教學現狀，如何以學生為主體、教師為主導開展大學物理及實驗教學，進一步提高大學物理教學質量，我們對前階段的教學改革進行總結分析，提出了基于交互式教學模式下的大學物理理論與實驗教學改革，新的教學模式以理論與實驗在體系和內容相互交叉、相互融合、相互滲透為改革核心，保證課堂的知識容量，同時滿足不同專業，不同層次學生的教學需求，以該模式作為改革的切入口，為學生的個性發展積極創造條件，培養學生深厚扎實的物理理論基礎，科學思維和實驗技能訓練，使學生具有獨立獲取知識的能力，科學思維能力和解決問題的能力。

二、交互式教學模式的實踐探索

（一）交互式教學模式的目標

交互式教學模式下大學物理理論及實驗改革的目標：重建適應新時代人才培養需要的大學物理及實驗課程教學體系及內容，理論教學體系方面在不打亂基本大學物理理論基礎和實驗教學總體系的基礎上，保證學生有寬厚理論基礎知識和基本實驗技能的同時，遵循物理學的發展更新規律，根據不同專業的特點增減不同教學內容，特別增加與新技術發展相關的知識內容，確保教學內容的新穎;重新審視現有實驗內容之間的關系，注重理論及實驗教學內容的相互融合滲透和支撐，能夠使學生在現有教學時數內更加系統掌握物理理論知識，了解現代科技發展成果，學會使用新儀器、新工具及現代實驗手段開展物理量的測試。實現在交互式教學模式下，提高教學效率，促進大學物理及實驗課程教學質量的提高。

（二）交互式教學模式的實踐探索

1.交互式教學模式下課程體系和教學內容的改革

對大學物理理論教學體系和教學內容的次序作改革，以經典為主線，改革傳統的力、熱、電、光、近代物理的教學次序，近代物理的相對論部分放在經典物理的主要內容電磁學、光學和熱學之前，使學生更早了解接觸近代物理，對后續經典物理內容的現代化起到支撐作用，保證學生掌握物理學中所要求的基本知識、概念、規律和方法;強調不同專業教學內容的針對性和有效性，如對計算機類、電子類學生，增加電磁學部分的內容，介紹電子管束河電磁聚焦技術，結合物質的磁性介紹一些新材料的發展，在光學部分，介紹激光原理及應用、光導纖維等，將現代高新前沿技術的應用發展前景內容，經過適當的選擇、精煉和加工，轉換為具有基礎物理學風格和水平又易于學生接受的知識作介紹，這部分內容可通過問題的方式提出，學生課后查閱相關資料，在課堂中分組討論總結并以PPT形式講解問題，也可以提交小論文，意在培養學生的創新思維能力。

用現代科技發展和工程技術應用的觀點重新審視現有實驗內容之間的關系，對實驗課程體系和內容進行改革，在原有三級實驗課程體系內容的基礎上，認真篩選、調整實驗項目內容，取消重復性理論驗證項目，構建科學合理連續的實驗內容體系，保證學生熟悉基本物理量的測量和掌握常規實驗儀器的使用;增加綜合性、設計性實驗項目，這類項目及要求可由老師提出，實驗室提供實驗條件，學生通過查閱資料，自行完成與試驗相關的理論推導公式，確定實驗方法，選擇或組合配套實驗儀器，完成綜合性、設計性實驗，初步培養學生的綜合實踐能力;在具備一定綜合性、設計性實驗項目訓練的基礎上，鼓勵學生在課外開展創新設計性實驗，將物理實驗原理應用在具體專業領域中，培養學生獨立思考能力、創新精神、創新能力。如：在全息照相的基礎上如何研究光纖全息等方面的內容，在惠斯登電橋中加入熱敏電阻溫度特性曲線測量，在分光計實驗的基礎上如何測定液體折射率等。通過調整改革實驗教學體系和實驗內容，調動了學生的主動性和學習積極性，使學生更多的了解大學物理及實驗在現代科學技術中的應用。

2.交互式模式下教學方式的改革

傳統的大學物理及實驗教學形式大都是由教師講或示范，學生聽或按教師方法做，嚴重制約了教學內容的時效性、直觀性和互動性，根據現代教學理論，要獲得最佳的教學效果，必須根據教學中的實際情況，綜合采用各種教學方式，使教學方法的整體功能得到充分的發揮。課程教學中，以適當的課時比例分配，優化教學過程，在采用討論式、探究式課程教學過程中，引入教學內容的多媒體課件，實物演示實驗和插播視頻片輔助教學，直觀形象的顯示復雜的物理現象，精講教學內容的思路和方法，設計中心問題，引導學生開展討論，保證了課程教學效果;加強課外延伸性學習，如學生自擬題目，撰寫相關教學內容的小論文，定期進行網上的分組討論，總結課程教學中的重點難點問題，各小組推薦同學對討論結果作PPT演示講解，小論文演講交流等。實驗教學中，對各階段的實驗采用不同的實驗教學方式，基本實驗由學生在實驗教材指導下自行熟悉實驗儀器的使用，實驗原理和實驗操作過程及需要解決的實驗問題，教學過程中教師只作答疑，學生在規定時間內完成實驗，這種方法既可以使學生鞏固、補充和深入理解理論規律，又能培養學生的自學能力和獨立思維能力;在綜合性、設計性實驗中，學生自己提出題目和設計實驗方案，在教師的把關下做實驗，采用這樣的教學方式，培養學生分析問題、解決問題的能力，提高學生的科學素質。同時我們將計算機仿真實驗，多媒體信息技術及計算機采集、處理實驗數據等現代計算手段應用于實驗教學，給實驗教學注入新的活力。交互式模式下的教學方式改革最大程度的提高了教學效率，增強了教學直觀性。

3.交互式教學模式下的實例

在近代物理教學中，針對“狹義相對論”這個教學難點，學生在學習過程中常常感覺內容抽象，時空效應理解困難，我們通過多媒體輔助教學，配以計算機模擬、動畫、錄像、聲音、文字等，將狹義相對論的內容深入淺出的介紹給學生，教學中把理論直觀化、形像化，通過應用現代信息技術，把復雜物理理論呈現給學生，極大地激發了學生對近代物理的學習興趣，交互式教學方式的效果得到充分體現。

在波動光學中，針對薄膜干涉中的等傾干涉這個教學重難點內容，學生比較難理解，因此講述邁克爾遜干涉這段教學內容時，我們在光學實驗室進行授課，首先結合實驗室邁克爾遜干涉儀讓學生了解儀器結構，然后演示觀察等傾干涉花樣及其隨厚度的變化規律，再定性分析花樣的形成，給出厚度變化與花樣中環紋數目變化的定量關系，通過觀察實驗使學生直觀形像的理解等傾干涉理論公式，也為后續實驗驗測定氦氖激光波長奠定理論基礎，通過交互式教學模式，深入淺出的將大學物理理論與實驗教學內容融合起來。

三、交互式教學模式促進了課程教學質量的提高

交互式教學模式下的大學物理理論與實驗改革，實現了理論與實驗體系和內容更加優化，教學方式更加靈活，教學效率得到極大地提高。我們在機械類、電子類、計算機類近兩屆部分專業、部分班級的大學物理理論與實驗教學中，采用交互式教學模式開展教學改革，學生的物理基礎理論、基本科學實驗技能、科學思維和創新意識有顯著提升，體現在以下幾方面：對教師給出的理論問題，會閱讀教科書和課外參考資料，針對問題撰寫小論文;在已有實驗基礎上能自行提出實驗項目，設計實驗方案，創新性的完成實驗;在各種競賽中取得優異成績。交互式教學模式促進了大學物理與實驗教學課程質量的提高。

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