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應用型本科院校大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)改革初探的教育論文
摘要：物理實(shí)驗是科學(xué)實(shí)驗的先驅?zhuān)w現了大多數科學(xué)實(shí)驗的共性，在實(shí)驗思想、實(shí)驗方法以及實(shí)驗手段等方面是各學(xué)科科學(xué)實(shí)驗的基
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物理實(shí)驗是科學(xué)實(shí)驗的先驅?zhuān)w現了大多數科學(xué)實(shí)驗的共性，在實(shí)驗思想、實(shí)驗方法以及實(shí)驗手段等方面是各學(xué)科科學(xué)實(shí)驗的基礎。所以，大學(xué)物理實(shí)驗是高等學(xué)校理工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗基本訓練的必修基礎課程；是本科生接受系統實(shí)驗方法和實(shí)驗技能訓練的開(kāi)端；是培養學(xué)生科學(xué)實(shí)驗能力、提高實(shí)驗素質(zhì)的重要基礎。它在培養學(xué)生嚴謹的治學(xué)態(tài)度、活躍的創(chuàng )新意識、理論聯(lián)系實(shí)際和適應科技發(fā)展的綜合應用能力等方面具有其他實(shí)踐類(lèi)課程不可替代的作用[1]。
應用型本科院校是以應用型為辦學(xué)定位，以區域經(jīng)濟、社會(huì )需求和就業(yè)為導向，著(zhù)力培養應用型人才，其教學(xué)體系建設體現“應用”二字，核心環(huán)節則是實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)。因此，大學(xué)物理實(shí)驗課程對應用型人才的培養有著(zhù)更加重要的意義[2]。
然而，從教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現，多數應用型本科院校尤其是民辦高校，大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)還存在一些弊端，比如：課程學(xué)時(shí)減少，教學(xué)資源匱乏；忽略學(xué)生現狀，實(shí)驗設置不能體現學(xué)生個(gè)性化的需求；教學(xué)方法死板，教學(xué)模式單一等等。鑒于這種情況，有必要對大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)進(jìn)行改革。本文基于《理工科類(lèi)大學(xué)物理實(shí)驗課程教學(xué)基本要求》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《基本要求》)，結合大多數應用型本科院校大學(xué)物理實(shí)驗課程教學(xué)的現狀，針對應用型本科院校的辦學(xué)特點(diǎn)，立足我校理工科專(zhuān)業(yè)大學(xué)物理實(shí)驗的教學(xué)改革，對應用型本科院校的大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)進(jìn)行研究與討論，構建應用型本科院校大學(xué)物理實(shí)驗課程教學(xué)的新模式。
一、分層次、模塊化教學(xué)
高考考試改革后,很多省份高考是自主命題,高考的模式也不盡相同,于是就出現了同樣是理工科的學(xué)生,他們在高中選修測試的科目也可以不同,即使是同一個(gè)專(zhuān)業(yè)學(xué)生，選修測試科目也不盡相同。對大學(xué)物理實(shí)驗課程而言,把物理作為選修測試科目的學(xué)生一般具有較好的實(shí)驗基礎技能、動(dòng)手能力與數據處理能力，物理理論知識與物理實(shí)驗能夠得到較好的結合；而其他學(xué)生物理理論和實(shí)驗基礎相對薄弱。這種差異隨著(zhù)應用型本科院校辦學(xué)規模的不斷擴大而愈發(fā)明顯。
因此，大學(xué)物理實(shí)驗課程的教學(xué)，必須要考慮學(xué)生實(shí)驗基礎的差異，進(jìn)行分層次、模塊化教學(xué)。即實(shí)驗內容打破傳統的按力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)和近代物理等順序編排的方式，按照由淺入深、循序漸進(jìn)的原則，考慮到不同學(xué)生的物理基礎和各專(zhuān)業(yè)物理實(shí)驗的需求，把實(shí)驗內容分成四個(gè)教學(xué)模塊[3]，分別是：預備性實(shí)驗模塊、基礎性實(shí)驗模塊、綜合性實(shí)驗模塊、設計或研究性實(shí)驗模塊。其中基礎性實(shí)驗模塊和綜合性實(shí)驗模塊為理工科學(xué)生必修，預備性實(shí)驗模塊、設計或研究性實(shí)驗模塊為選修。
預備性實(shí)驗模塊又可稱(chēng)為“前導性實(shí)驗模塊”，主要面向實(shí)驗基礎較差的學(xué)生，給他們提供一個(gè)前期的實(shí)驗訓練平臺，盡快的適應大學(xué)物理實(shí)驗課程內容，比如：?jiǎn)螖[實(shí)驗、測量物體的密度，測定重力加速度，測量薄透鏡的焦距，測定冰的熔化熱、測定非線(xiàn)性元件的伏安特性等。
基礎性實(shí)驗模塊主要學(xué)習基本物理量的測量、基本實(shí)驗儀器的使用、基本實(shí)驗技能和基本測量方法、誤差與不確定度及數據處理的理論與方法等，可涉及力、熱、電、光、近代物理等各個(gè)領(lǐng)域的內容，比如：金屬線(xiàn)脹系數的測量，轉動(dòng)法測定剛體的轉動(dòng)慣量、液體比熱容的測量，示波器的使用，直流電橋測量電阻，霍爾效應及其應用、邁克爾遜干涉儀、分光計測量棱鏡的折射率，光柵衍射等。
綜合性實(shí)驗模塊是指在同一個(gè)實(shí)驗中涉及到力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、近代物理等多個(gè)知識領(lǐng)域，綜合應用多種方法和技術(shù)的實(shí)驗。此類(lèi)實(shí)驗的目的是鞏固學(xué)生在基礎性實(shí)驗階段的學(xué)習成果、開(kāi)闊學(xué)生的眼界和思路，提高學(xué)生對實(shí)驗方法和實(shí)驗技術(shù)的綜合運用能力，比如：密立根油滴實(shí)驗，聲速的測定，共振發(fā)測量彈性模量，音頻信號光纖傳輸技術(shù)試驗，夫蘭克-赫茲試驗等。
設計或研究性實(shí)驗模塊主要面向學(xué)有余力、對實(shí)驗有興趣的學(xué)生，根據給定的實(shí)驗題目、要求和實(shí)驗條件，由學(xué)生自己設計方案并基本獨立完成全過(guò)程的實(shí)驗，或圍繞基礎物理實(shí)驗的課題，由學(xué)生以個(gè)體或團隊的形式，以科研方式進(jìn)行的實(shí)驗。通過(guò)設計或研究性實(shí)驗模塊能夠開(kāi)發(fā)學(xué)生的智力，激發(fā)他們的創(chuàng )新精神以及分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，逐步形成創(chuàng )造性思維，從而具備科學(xué)的實(shí)驗素養，比如自組顯微鏡、望遠鏡，萬(wàn)用表的組裝與調試，電子溫度計的組裝與調試，非線(xiàn)性電阻的研究，非平衡電橋研究，音叉聲場(chǎng)研究等。
二、開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)
開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)給予了學(xué)生較大的自主空間，學(xué)生由單純的被動(dòng)實(shí)驗變?yōu)榉e極主動(dòng)實(shí)驗，為學(xué)生創(chuàng )造一個(gè)能夠發(fā)揮自身特長(cháng)的教學(xué)環(huán)境，提高獨立解決實(shí)驗問(wèn)題與實(shí)際應用能力，有利于學(xué)生個(gè)性發(fā)展、創(chuàng )新意識與創(chuàng )新精神的培養。同時(shí)，大大地提高了實(shí)驗室儀器設備的利用率，充分發(fā)揮了儀器設備的投資效益與使用效益，符合應用型本科院�！俺杀咀钚』c效益最大化”的原則。
按照《基本要求》，各高校應積極創(chuàng )造條件進(jìn)行開(kāi)放式物理實(shí)驗教學(xué)，在教學(xué)時(shí)間、空間和內容上給學(xué)生較大的選擇自由。結合分層次、模塊化教學(xué)，筆者認為預備性實(shí)驗模塊、設計或研究性實(shí)驗模塊應向學(xué)生完全開(kāi)放。物理實(shí)驗基礎薄弱的學(xué)生可選修預備性實(shí)驗進(jìn)行補差訓練，學(xué)有余力的學(xué)生可根據自己學(xué)習的需要自主選擇設計性實(shí)驗，或在教師指導下進(jìn)行專(zhuān)題實(shí)驗研究，在時(shí)間、內容上不受限制，充分滿(mǎn)足優(yōu)生優(yōu)培的教學(xué)需要。但是，開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)加大了教師的工作量，實(shí)驗室承擔的教學(xué)任務(wù)加重了，所以，必須培養與建設一支結構合理、愛(ài)崗敬業(yè)的物理實(shí)驗教師隊伍。
三、建立網(wǎng)絡(luò )虛擬實(shí)驗室
虛擬實(shí)驗是利用計算機及仿真軟件來(lái)模擬實(shí)驗的環(huán)境及過(guò)程，隨著(zhù)信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬實(shí)驗教學(xué)已經(jīng)成為加強實(shí)踐教學(xué)、提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段。在大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)中引入虛擬實(shí)驗，將有效緩解很多應用型本科院校在經(jīng)費、場(chǎng)地、器材等方面普遍面臨的困難和壓力，而且開(kāi)展網(wǎng)上虛擬實(shí)驗教學(xué)能夠突破傳統實(shí)驗對“時(shí)、空”的限制，讓學(xué)生充分利用課余時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗前的預習和實(shí)驗后的復習有助于提高大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)的效率。另外，對于一些實(shí)驗儀器結構復雜、設計精密且價(jià)格昂貴的實(shí)驗，可以通過(guò)仿真軟件來(lái)實(shí)現，讓學(xué)生在虛擬的環(huán)境中，接觸更多的現代化設備和科學(xué)實(shí)驗方法，能夠大大的開(kāi)闊視野和思維，提高學(xué)生的綜合能力。但虛擬實(shí)驗替代不了真實(shí)的實(shí)驗操作，而是作為傳統實(shí)驗的有效補充，因此,應該把傳統實(shí)驗和虛擬實(shí)驗這兩種教學(xué)模式有機地結合起來(lái)，揚長(cháng)避短。
四、以學(xué)生為主體，靈活運用多種教學(xué)方法
傳統教學(xué)方式往往是老師先把實(shí)驗儀器調整好,課上詳細講解實(shí)驗原理和操作步驟,指出實(shí)驗中應注意的問(wèn)題和要求，甚至做出實(shí)驗演示，學(xué)生只要被動(dòng)地按照教師演示的步驟機械地重復實(shí)驗操作,就能順利的完成實(shí)驗并得出結果，甚至有的實(shí)驗不做也能推導出實(shí)驗結果。這就導致學(xué)生在思想認識上對大學(xué)物理實(shí)驗課程不夠重視,課前不認真預習,實(shí)驗操作都是按部就班的應付了事。這種傳統灌輸式教學(xué)方式在一定程度上限制了學(xué)生的主動(dòng)性和積極性,難以激發(fā)他們對實(shí)驗課的興趣,抑制了學(xué)生的創(chuàng )新意識、創(chuàng )新思維和創(chuàng )新能力的發(fā)展，更是偏離了應用型本科院校對人才培養的目標和要求。因此,我們必須確立學(xué)生的主體地位,靈活運用啟發(fā)式、引導式、交互式等多種課堂教學(xué)方法，充分調動(dòng)學(xué)生的積極性和創(chuàng )造性[4]。
�。ㄒ唬﹩l(fā)式教學(xué)
在大學(xué)物理實(shí)驗課堂教學(xué)中，教師提出思路和方向，啟發(fā)學(xué)生積極去思考實(shí)驗設計思想、實(shí)驗方法、操作技術(shù)、數據處理的可靠性以及與工程實(shí)際的結合點(diǎn)，以問(wèn)題激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)思維，目的是使學(xué)生從知識的被動(dòng)接受者轉變?yōu)橹R的主動(dòng)探索者，激發(fā)學(xué)生學(xué)習的積極性，培養學(xué)生的應用意識、創(chuàng )新意識和探索精神。
�。ǘ┮龑浇虒W(xué)
根據大學(xué)物理實(shí)驗的多樣性特點(diǎn)，一些綜合性、研究性的實(shí)驗，內容會(huì )涉及到其他學(xué)科的知識，學(xué)生僅僅具備物理學(xué)的知識、采用傳統的實(shí)驗方法是完不成的。所以，在實(shí)驗教學(xué)過(guò)程中，教師要引導學(xué)生從多方位來(lái)審視、分析、判斷問(wèn)題，引導學(xué)生突破物理學(xué)科的界限，應用多學(xué)科的知識來(lái)解決問(wèn)題。如測量半導體P-N結的物理特性實(shí)驗，教師要引導學(xué)生了解電子學(xué)、材料學(xué)、固體物理學(xué)、光學(xué)等方面的知識；從激光全息照相、核磁共振等實(shí)驗，引導學(xué)生主動(dòng)了解現代科技發(fā)展前沿及研究動(dòng)態(tài)，使學(xué)生意識到大學(xué)物理實(shí)驗在科學(xué)研究領(lǐng)域的重要地位，對學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的培養有一定的促進(jìn)作用。
�。ㄈ┙换ナ浇虒W(xué)
交互式教學(xué)，就是讓學(xué)生在充分預習的基礎上，積極參與課堂教學(xué)實(shí)踐．比如實(shí)驗前教師隨機抽幾名學(xué)生講解實(shí)驗原理、介紹儀器使用方法、演示操作過(guò)程及實(shí)驗現象，同學(xué)們可以相互討論或提問(wèn)，教師適時(shí)給予補充或發(fā)問(wèn)。交互式教學(xué)擯棄了傳統教學(xué)模式的弊端，弘揚了“以學(xué)生為主體、教師為主導”的教學(xué)思想，這種物理實(shí)驗教學(xué)方式為學(xué)生主體價(jià)值的自我實(shí)現提供了平臺，是人本主義教育觀(guān)點(diǎn)的具體體現。實(shí)踐證明，交互式教學(xué)大大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習興趣，培養了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、靈活運用知識和技能解決實(shí)際問(wèn)題的能力，提高了實(shí)驗教學(xué)效果。
參考文獻：
[1]教育部高等學(xué)校物理基礎課程教學(xué)指導分委員會(huì )理工科類(lèi)大學(xué)物理實(shí)驗課程教學(xué)基本要求[Ｍ].北京:高等教育出版社,2010.
[2]縱榜峰.基于應用型人才培養的大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)的思考[J].宿州學(xué)院學(xué)報,2012,27(8):113-115.
[3]高潭華,劉雪梅.地方性應用型理工科院校大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)體系的構建[J].大學(xué)物理實(shí)驗,2014,27(1):105-107.
[4]王鐵云.基于基本要求的新建本科院校大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)模式研究[J].物理與工程,2012,22(3):12-15.
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