統一的物理實驗教學模式如何“提優補差”*

李冬萍 姜永清 趙培剛

(中國海洋大學物理實驗教學中心 山東 青島 266003)

大學物理實驗是理工科大學生進行科學基本訓練的必修課，開設課程的目的是讓學生受到嚴格的、系統的實驗技能訓練，掌握實驗的基本知識、方法和技術，更重要的是通過實驗學習啟發學生科學思維和科學探索精神.2000年隨著高校招生規模擴大，我校實驗中心對物理實驗教學模式進行了改革，不再將力、熱、電磁、光和近代物理分割單獨設課，而是針對全校本科生構建了大學物理實驗、綜合設計實驗、自主創新實驗和科研訓練實驗等多層次課程體系.按照學校的物理實驗教學要求，保證每學期近2 500名本科生必修大學物理實驗，基礎實驗室全部開放，采取統一教學模式組班實驗，每學期開設12個實驗項目，學生循環上課，最大限度利用實驗教學條件.對于如何提高實驗教學質量，提高實驗教學效率，一直是實驗教學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教學進行了規模和力度很大的課程改革及高考模式改革，導致中學階段選修物理課程的人數大幅度下滑[1]；學校設置的理科專業(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、醫藥、水產及部分工科專業對物理沒有硬性規定，導致近幾年錄取的新生基礎物理知識結構完全不同，再有不同中學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，甚至部分學生根本沒有經歷過實驗訓練，使得原來統一的實驗教學活動無法順利開展下去.

在保證絕大多數學生順利完成學習任務的前提下，如何在現有的實驗條件下有效幫助物理基礎差的學生提高自己的基本能力，使他們盡快達到實驗課程要求，如何在統一的實驗教學過程中滿足物理基礎好的學生進一步的求知需求[2]，如何更好地調動學生對物理實驗學習的積極性，充分發揮學生主動性和創造性，都成了統一的實驗教學過程中急需解決的問題.

為了在統一的實驗教學過程中實現“提優補差”，教學中針對每個實驗項目設計多個物理量測量的教學思路，通過實驗知識點積木式的組裝，形成分級實驗教學內容.即同一物理實驗儀器，按不同學生的基礎、不同專業要求、專業不同層次要求，設計預備級、基礎級和拓展級實驗內容并付諸實踐，全面提升學生實驗素質和提高學生思維能力.

2 大學物理實驗分級設計

目前實驗室教學現狀，是將來自不同省份不同專業的學生組織到一個教學班統一實驗，由于物理基礎知識的不統一，導致教學進度很難把控.建議將大學物理實驗再細分為預備級、基礎級和拓展級[3，4].

2.1 預備級

理工農醫類新生入校必修的第一門基礎實驗課是大學物理實驗，學生實驗基礎差距懸殊，特別是邊遠地區生源和中學未選修物理課程的學生，物理實驗的認知水平極低，若不采取措施補救，很難順利完成大學物理實驗的學習.為此需要設計預備級實驗內容，以幫助這類學生盡快掌握最基本的實驗知識和技能.

預備級實驗占用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的使用說明和用途[5]，實驗室開放3周且全天開放，室內安排實驗員輪流值守，隨時幫助學生答疑解惑.

2.2 基礎級

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任務，基礎級實驗仍按傳統的統一教學模式：學生按照實驗室預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.

基礎級實驗項目設置側重實驗技巧、實驗方法和實驗素質的培養，掌握經典的、常用的、重要的儀器設備的使用，實驗數據處理方法以及誤差結果分析等方面的訓練.基礎實驗教學共設12個實驗項目，面向全校所有理工類、生命類和農醫藥類等專業的本科生必修開放，要求所有選課學生完成實驗項目和掌握實驗知識點.

2.3 拓展級

大學物理實驗教學采用班級授課模式，即一個班的部分學生在同一時間用相同的儀器做同一個實驗的統一教學模式，顯然不能滿足優秀學生的進一步求知需求，著眼于各類學生都能在各自的基礎上得到較好的發展，教學中針對不同層次的學生實際，充分體現因材施教的教學指導思想，拓展實驗教學項目內容和提高實驗要求，鼓勵學有余力的學生繼續深入學習，并在實驗考核上有所體現.

3 實驗分級設計與教學實踐

3.1 學生分類

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

3.2 實驗內容分級設計指導思想

B類學生：強基固本，提高實驗素質.

A類學生：勤思善悟，提高實驗能力.

3.3 實驗內容分級設計與教學實踐

實驗內容分級設計，實驗教學實踐和不同類別學生的具體實驗要求詳見表1.

表1 大學物理實驗內容分級設計與教學實踐

續表1

3.4 實踐效果

預備級實驗設計初衷是幫助實驗技能較差的學生補課，出乎預料的是，取得的實驗效果遠遠超過預期.實驗技能差的學生為了通過預備級實驗考核而獲得能修大學物理實驗的資格，學習主動性很強，基礎好的學生看重預備級實驗成績也會自覺前來補修，實驗室里學生結伴學習，傳、幫、帶使得實驗基礎夯實和鞏固.預備級考核結果表明：絕大多數學生能掌握預備級實驗知識點，為后續統一實驗教學順利地進行奠定了基礎.

基礎級實驗是大學物理實驗教學的核心.利用課堂引導、啟發和實驗相結合方式，充分調動學生學習主動性，激發學生科學思維，強化基本實驗技能，全面提高學生實驗素養.分級設計實驗內容，還充分提高了儀器設備和實驗室的使用率.

拓展級實驗是對必修實驗內容的擴展和延伸.內容的設計是將所學知識綜合并加以運用，更利于培養學生分析和解決問題的能力.2018年學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，充分發揮學生的個性特長，嚴謹的科研訓練很好地鍛煉了學生的創新思維能力.

3.5 實驗考核

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

4 結束語

同課異構，分級設計教學內容，豐富課堂實踐，最大限度地考慮學生的個體差異和專業要求，教學實踐中充分激發學生內在潛力，提高各個層次學生的實驗積極性，大面積提升教學質量.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儀器的局限性，實驗項目設置的合理性和科學性以及是否契合學科發展的需要，分級教學后學生成績評定的公平性等等，還需要進一步研究和討論.