統(tǒng)一的物理實驗教學(xué)模式如何“提優(yōu)補差”*

李冬萍 姜永清 趙培剛

(中國海洋大學(xué)物理實驗教學(xué)中心 山東 青島 266003)

大學(xué)物理實驗是理工科大學(xué)生進行科學(xué)基本訓(xùn)練的必修課，開設(shè)課程的目的是讓學(xué)生受到嚴(yán)格的、系統(tǒng)的實驗技能訓(xùn)練，掌握實驗的基本知識、方法和技術(shù)，更重要的是通過實驗學(xué)習(xí)啟發(fā)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探索精神.2000年隨著高校招生規(guī)模擴大，我校實驗中心對物理實驗教學(xué)模式進行了改革，不再將力、熱、電磁、光和近代物理分割單獨設(shè)課，而是針對全校本科生構(gòu)建了大學(xué)物理實驗、綜合設(shè)計實驗、自主創(chuàng)新實驗和科研訓(xùn)練實驗等多層次課程體系.按照學(xué)校的物理實驗教學(xué)要求，保證每學(xué)期近2 500名本科生必修大學(xué)物理實驗，基礎(chǔ)實驗室全部開放，采取統(tǒng)一教學(xué)模式組班實驗，每學(xué)期開設(shè)12個實驗項目，學(xué)生循環(huán)上課，最大限度利用實驗教學(xué)條件.對于如何提高實驗教學(xué)質(zhì)量，提高實驗教學(xué)效率，一直是實驗教學(xué)工作者積極探索的問題.

1 問題的提出

2014年教育部對各省中學(xué)教學(xué)進行了規(guī)模和力度很大的課程改革及高考模式改革，導(dǎo)致中學(xué)階段選修物理課程的人數(shù)大幅度下滑[1]；學(xué)校設(shè)置的理科專業(yè)(物理類、大氣類、地球物理類)招生時對高考物理有硬性要求，而生物類、醫(yī)藥、水產(chǎn)及部分工科專業(yè)對物理沒有硬性規(guī)定，導(dǎo)致近幾年錄取的新生基礎(chǔ)物理知識結(jié)構(gòu)完全不同，再有不同中學(xué)物理實驗條件的差異，更是造成本科生實驗基本技能的千差萬別，甚至部分學(xué)生根本沒有經(jīng)歷過實驗訓(xùn)練，使得原來統(tǒng)一的實驗教學(xué)活動無法順利開展下去.

在保證絕大多數(shù)學(xué)生順利完成學(xué)習(xí)任務(wù)的前提下，如何在現(xiàn)有的實驗條件下有效幫助物理基礎(chǔ)差的學(xué)生提高自己的基本能力，使他們盡快達到實驗課程要求，如何在統(tǒng)一的實驗教學(xué)過程中滿足物理基礎(chǔ)好的學(xué)生進一步的求知需求[2]，如何更好地調(diào)動學(xué)生對物理實驗學(xué)習(xí)的積極性，充分發(fā)揮學(xué)生主動性和創(chuàng)造性，都成了統(tǒng)一的實驗教學(xué)過程中急需解決的問題.

為了在統(tǒng)一的實驗教學(xué)過程中實現(xiàn)“提優(yōu)補差”，教學(xué)中針對每個實驗項目設(shè)計多個物理量測量的教學(xué)思路，通過實驗知識點積木式的組裝，形成分級實驗教學(xué)內(nèi)容.即同一物理實驗儀器，按不同學(xué)生的基礎(chǔ)、不同專業(yè)要求、專業(yè)不同層次要求，設(shè)計預(yù)備級、基礎(chǔ)級和拓展級實驗內(nèi)容并付諸實踐，全面提升學(xué)生實驗素質(zhì)和提高學(xué)生思維能力.

2 大學(xué)物理實驗分級設(shè)計

目前實驗室教學(xué)現(xiàn)狀，是將來自不同省份不同專業(yè)的學(xué)生組織到一個教學(xué)班統(tǒng)一實驗，由于物理基礎(chǔ)知識的不統(tǒng)一，導(dǎo)致教學(xué)進度很難把控.建議將大學(xué)物理實驗再細(xì)分為預(yù)備級、基礎(chǔ)級和拓展級[3，4].

2.1 預(yù)備級

理工農(nóng)醫(yī)類新生入校必修的第一門基礎(chǔ)實驗課是大學(xué)物理實驗，學(xué)生實驗基礎(chǔ)差距懸殊，特別是邊遠(yuǎn)地區(qū)生源和中學(xué)未選修物理課程的學(xué)生，物理實驗的認(rèn)知水平極低，若不采取措施補救，很難順利完成大學(xué)物理實驗的學(xué)習(xí).為此需要設(shè)計預(yù)備級實驗內(nèi)容，以幫助這類學(xué)生盡快掌握最基本的實驗知識和技能.

預(yù)備級實驗占用1個實驗室，擺放一些基本的實驗儀器、測量用具，有些儀器整套擺放，有些則是儀器的零部件，在每個器件旁均配有相應(yīng)的使用說明和用途[5]，實驗室開放3周且全天開放，室內(nèi)安排實驗員輪流值守，隨時幫助學(xué)生答疑解惑.

2.2 基礎(chǔ)級

為了最大限度地利用實驗室和實驗儀器，高效率完成眾多本科生的物理實驗教學(xué)任務(wù)，基礎(chǔ)級實驗仍按傳統(tǒng)的統(tǒng)一教學(xué)模式：學(xué)生按照實驗室預(yù)先安排的課表進行實驗，實驗項目和實驗時間均沒有選擇余地.

基礎(chǔ)級實驗項目設(shè)置側(cè)重實驗技巧、實驗方法和實驗素質(zhì)的培養(yǎng)，掌握經(jīng)典的、常用的、重要的儀器設(shè)備的使用，實驗數(shù)據(jù)處理方法以及誤差結(jié)果分析等方面的訓(xùn)練.基礎(chǔ)實驗教學(xué)共設(shè)12個實驗項目，面向全校所有理工類、生命類和農(nóng)醫(yī)藥類等專業(yè)的本科生必修開放，要求所有選課學(xué)生完成實驗項目和掌握實驗知識點.

2.3 拓展級

大學(xué)物理實驗教學(xué)采用班級授課模式，即一個班的部分學(xué)生在同一時間用相同的儀器做同一個實驗的統(tǒng)一教學(xué)模式，顯然不能滿足優(yōu)秀學(xué)生的進一步求知需求，著眼于各類學(xué)生都能在各自的基礎(chǔ)上得到較好的發(fā)展，教學(xué)中針對不同層次的學(xué)生實際，充分體現(xiàn)因材施教的教學(xué)指導(dǎo)思想，拓展實驗教學(xué)項目內(nèi)容和提高實驗要求，鼓勵學(xué)有余力的學(xué)生繼續(xù)深入學(xué)習(xí)，并在實驗考核上有所體現(xiàn).

3 實驗分級設(shè)計與教學(xué)實踐

3.1 學(xué)生分類

基本原則是按不同專業(yè)的培養(yǎng)方案，將修Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類大學(xué)物理的學(xué)生分為A類和B類；講解緒論時告知學(xué)生修Ⅰ類物理屬于A類，修Ⅲ類物理屬于B類，修Ⅱ類物理專業(yè)的工科學(xué)生，可以根據(jù)自己的專業(yè)需要選擇A類或B類；授課過程中對A和B類學(xué)生提出不同的實驗要求，并在實驗考核環(huán)節(jié)上區(qū)別對待；要求兩類學(xué)生都必須通過預(yù)備級的考核才能修大學(xué)物理實驗.

3.2 實驗內(nèi)容分級設(shè)計指導(dǎo)思想

B類學(xué)生：強基固本，提高實驗素質(zhì).

A類學(xué)生：勤思善悟，提高實驗?zāi)芰?

3.3 實驗內(nèi)容分級設(shè)計與教學(xué)實踐

實驗內(nèi)容分級設(shè)計，實驗教學(xué)實踐和不同類別學(xué)生的具體實驗要求詳見表1.

表1 大學(xué)物理實驗內(nèi)容分級設(shè)計與教學(xué)實踐

續(xù)表1

3.4 實踐效果

預(yù)備級實驗設(shè)計初衷是幫助實驗技能較差的學(xué)生補課，出乎預(yù)料的是，取得的實驗效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過預(yù)期.實驗技能差的學(xué)生為了通過預(yù)備級實驗考核而獲得能修大學(xué)物理實驗的資格，學(xué)習(xí)主動性很強，基礎(chǔ)好的學(xué)生看重預(yù)備級實驗成績也會自覺前來補修，實驗室里學(xué)生結(jié)伴學(xué)習(xí)，傳、幫、帶使得實驗基礎(chǔ)夯實和鞏固.預(yù)備級考核結(jié)果表明：絕大多數(shù)學(xué)生能掌握預(yù)備級實驗知識點，為后續(xù)統(tǒng)一實驗教學(xué)順利地進行奠定了基礎(chǔ).

基礎(chǔ)級實驗是大學(xué)物理實驗教學(xué)的核心.利用課堂引導(dǎo)、啟發(fā)和實驗相結(jié)合方式，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，激發(fā)學(xué)生科學(xué)思維，強化基本實驗技能，全面提高學(xué)生實驗素養(yǎng).分級設(shè)計實驗內(nèi)容，還充分提高了儀器設(shè)備和實驗室的使用率.

拓展級實驗是對必修實驗內(nèi)容的擴展和延伸.內(nèi)容的設(shè)計是將所學(xué)知識綜合并加以運用，更利于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力.2018年學(xué)生將表面張力拓展實驗研究、2019年將光的偏振拓展實驗研究升級為SRDP項目，加強團隊合作，充分發(fā)揮學(xué)生的個性特長，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲杏?xùn)練很好地鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力.

3.5 實驗考核

只對基礎(chǔ)級實驗項目評分，并制定相應(yīng)的成績評定方案：單個實驗項目的評定和總成績的綜合評定.B類學(xué)生選修A類學(xué)生項目內(nèi)容的或完成拓展實驗內(nèi)容的，都可酌情加分；A類學(xué)生除了必修項目外，還完成了拓展實驗內(nèi)容也可酌情加分.加分細(xì)則限于篇幅不再贅述.

4 結(jié)束語

同課異構(gòu)，分級設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，豐富課堂實踐，最大限度地考慮學(xué)生的個體差異和專業(yè)要求，教學(xué)實踐中充分激發(fā)學(xué)生內(nèi)在潛力，提高各個層次學(xué)生的實驗積極性，大面積提升教學(xué)質(zhì)量.但也存在一些需要解決的問題，比如：實驗方案的多樣性與教學(xué)儀器的局限性，實驗項目設(shè)置的合理性和科學(xué)性以及是否契合學(xué)科發(fā)展的需要，分級教學(xué)后學(xué)生成績評定的公平性等等，還需要進一步研究和討論.