大学物理实验课教学模式、方法、手段改革与实践

摘 要 ：针对传统大学物理实验教学过程中存在的问题,对国内外高校的教学情况进行了深入调研和分析.结合黑龙江科技大学教育理念和办学特色,提出了关于大学物理实验课教学模式、方法和手段方面的改革措施,通过在部分学生中开展探索性改革实践,已经初步取得了良好的效果.

关 键 词 ：物理实验；教学改革；教学模式；创新意识

作者简介：闫凯（1979-）,男,黑龙江富锦人,黑龙江科技大学工程训练与基础实验中心,讲师；朱波（1977-）,女,满族,辽宁锦州人,黑龙江科技大学工程训练与基础实验中心,讲师.（黑龙江 哈尔滨 150022）

基金项目：本文系黑龙江科技大学教研项目（项目编号：JY12-178）、黑龙江科技大学教研项目（项目编号：JY13-184）的研究成果.

中图分类号：G642.421 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）26-0089-02

大学物理实验是高等院校理工科专业学生接触较早的一门基础课,也是培养学生实践能力、应用能力和创新能力的重要课程.学生通过学习基础实验课程而受到基本知识、基本技能、基本方法的训练；通过实验可以培养学生自学能力、实践能力、数据处理能力等科学实验能力.

美国、德国等一些西方发达国家的高等院校对物理实验十分重视,在培养学生动手能力和创新意识方面各有特色.例如,美国的实验教学主要针对低年级学生,提倡实验的趣味性,将深奥的物理原理寓于趣味之中；而德国实验教学却要求学生在预习实验时必须查阅大量参考书籍,需要掌握一定量物理原理知识,大多数德国学校提倡由学生自行组装简单实验仪器,并进行实验操作与数据采集等工作.[1]

国内一些高等院校的物理实验教学仍然延续传统的教学方法,这已不再与当代大学生的知识水平及学习要求相适应.传统的灌输式教学已无法满足他们的要求,所以对大学物理实验教学改革迫在眉睫.目前,全国各高校都在进行着物理实验教学改革,并取得了一定的成绩.国内一些兄弟院校,如哈尔滨工业大学、哈尔滨工程大学、黑龙江大学等针对学生自身的不同层次、不同专业,也相应地对大学物理实验做出了适合本校学生特点的教学改革,且颇见成效,开创了实验教学改革的新局面.[2-4]

根据黑龙江科技大学（以下简称“我校”）“大德育、大工程、大实践”的三大教育理念和“一二三四”办学方略,以及培养基础理论扎实、工程实践能力强、具有创新意识的应用型人才培养目标,结合大学物理实验课的特点和兄弟院校的经验,也进行了教学改革,在对学生实验教学实践过程中取得了良好的效果.

一、教学模式改革

在传统的教学模式下,教师预先制定好实验方案,学生只需要按部就班依照既定实验步骤进行实验操作,一般都会取得比较好的结果.这对于提高学生对于实验原理的理解、操作技能的培养是有一定积极的作用,但不能更好地开发学生的独立思考与创新意识,不利于培养具有开拓精神、实践动手能力强的应用型人才,显然弊大于利.

当代的学生更希望得到的是一个轻松愉快的实验环境、完善的实验条件以及感兴趣的实验内容,而不愿受到条条框框的束缚.因此,传统的教学模式会使学生渐渐失去学习的积极性,物理实验教学也就变成了一种形式,进而失去了设置该课程的意义.

为了提高实验课的教学质量,培养学生学习实验课的兴趣,真正意义上提高学生的实践能力、培养学生的创新意识,物理实验教学模式的改革势在必行.想要提高学生学习实验课程的积极性,首要因素就是要改变过去的教师“牵着”学生走的消极做法,给学生更多的自由.为实现此目的,近两年来实验室放开了选择实验项目的权利,将实验项目分层设置,必修的实验项目占所开设实验项目的20%左右,且都是训练基本实验技能的实验项目.而对于其余的实验项目,学生可以根据自己的兴趣、能力、以及学科专业的特点,有针对性地进行选择,从而锻炼和提高自己的实际应用能力.这样的做法加大了教师的工作量,但是对于提高学生学习实验课的兴趣起到了积极的作用.同时,我校设置了自学实验室,为学生提供完善的实验条件,让学生在课余时间有机会来到实验室进行一些深入的思考和研究.

采取相应办法加大了综合性、设计性、创新性实验项目的开设力度,这其中有许多的实验项目是与生产实际密切相关的.例如,电学设计性实验（学生自行设计电路,并进行连接调试,以实现不同的功能）、色散关系的研究实验（利用分光计、棱镜、光栅等光学元器件研究光波长与折射率的关系等问题）、微波分光仪实验（利用微波分光仪,研究微波的干涉、衍射、偏振等特性）等,所需的知识都是理工科学生应掌握的基本知识,学生在实验过程中,能够进行充分的准备与思考,对实验方案的仔细斟酌、推敲,对实验过程中出现的问题进行分析与解决,对实验结果进行优化处理,在锻炼学生独立思考与创新能力的同时,将物理实验课的知识深入浅出地传授给学生,效果十分理想.

近年来,进行教学模式改革的同时,对不同专业的学生进行调研,结果表明,95%以上的学生都意识到了实践课程的重要性,并且能够以饱满的精神状态去学习研究；70%的学生能够在课余时间到实验室来进行操作技能的锻炼,10%的学生能够在创新实验室、自学实验室等进行探究性、创新性的实验,这对于提高大学物理实验教学质量无疑是十分重要的.

二、教学方法改革

伴随着教学模式的转变,物理实验课的教学方法同样需要进行相应的改革,以配合其达到最理想的效果.为此,在实验室教师进行广泛调研与深入探讨的基础上,形成了以下的教学方法改革.简明扼要地说,也就是新的课程体系建立后,针对不同实验项目的教学要求,采用不同的方法去培养学生学习的兴趣、动手的能力、实践的技巧与创新的意识,在此进行一些较为深入的探究：

1.对于验证性实验项目,实验教师主要采用启发式教学方法

在教学实践中,仅仅保留了6个经典的验证性实验.教师在授课过程中通过讲解其巧妙的设计思想与物理背景,启发学生去思考,培养学生对于实验课程的兴趣,使得学生较好地掌握误差理论的基础知识,能够正确地进行数据采集和数据处理,准确地绘制曲线、对实验结果给予合理的说明、撰写合格的实验报告；并加强学生对物理实验仪器基本操作技能的培养,引导学生步入科学物理实验研究的氛围,为其他的后续实验项目的学习奠定基础. 2.对于技术性、基本测量实验项目,实验教师主要采用引导式、讨论式教学方法

需要教师将实验项目拓展到生产实践中去,在授课时将经典的手段、实际生产中重要的技术以提出问题、学生发言、自由讨论的方式传授给学生,让学生掌握并形成惯性思维,加强其实际的应用能力.这样的手段可以让学生在轻松愉快的环境中积极思考、发言、探讨,将所要学习的知识牢牢记在心里,并且通过实际操作来巩固记忆,进一步了解科学实验的主要过程与基本方法,并强化学生能够运用物理理论对实验结果进行分析、判断,达到物理实验教学的要求.

3.对于综合性、设计性、创新性实验项目,采用研究式、答辩式教学方法

在教学过程中,教师只需给出实验项目的总体要求和目标,由学生或独立或分组去研究项目、查阅资料、设计方案、选择仪器、现场调试、数据采集及数据处理,并完成报告,提交给教师并答辩.

在此类实验中学生更具主动性,能够积极与教师交流探讨,能够查阅大量的资料,并且互相提问以解决疑难、关键问题,最终顺利完成实验项目.尤其对于创新性实验项目,学生自拟课题,利用课余时间设计方案,由教师论证可行性,在条件允许的范围内提供所需仪器与耗材,学生自行独立完成实验研究.如果实验超出条件允许的范围,亦可通过计算机仿真与模拟来实现,最后以论文形式完成报告并进行答辩.

通过此类实验过程的锻炼,不仅能培养学生理论联系实际、灵活地运用知识和技能解决实际问题的能力,更加锻炼了学生独立思考、勇于探索、勇于实践、不断进取的创新精神,同时对于教师教学水平能力提升也是十分有益的.

三、教学手段改革

现代化的教学内容应与现代化的教学手段和方法相结合,需与时代接轨方能发挥其自身潜力和作用.教学手段改革必须建立一种适合当代科技发展、有利于培养具有一定的基础知识的创新型人才的教学新体系.

淘汰了许多内容陈旧的、对培养学生实践能力作用不明显的验证性实验,科学调整大学物理实验教学内容,加大引进现代实验教学仪器与技术,积极改造和自主开发仪器设备,加大技术性、综合性、设计性实验的开设力度,建立并完善创新性实验所需的硬件与软件,积极建设并利用计算机与网络资源,为学生构建一个现代化的教学环境,为学生营造一个良好的科学氛围.同时,大力开展大学物理实验计算机辅助教学,开发并完善物理实验课件,建立计算机仿真与网络教学实验室,鼓励学生积极开展大学物理实验的计算机模拟与仿真实验,让学生可以了解更多的知识与技能.还可以鼓励学生利用该手段将设计性、创新性实验先在计算机上进行模拟与仿真,以便及时发现设计思路和设计方案等方面存在的问题,避免造成不必要的资源浪费.

在教学过程中需要将现代化的教学手段应用在每一次实验课堂上.利用计算机、投影仪等设备将实验内容清晰地展示给学生,将操作环节尤其是关键步骤直观、动态地展现在学生面前,这样就避免了教师演示实验时因学生人数多而效果不好的不足.

四、小结

通过对教学模式、方法与手段的改革,已经为学生营造了一个良好的实验氛围.坚持以学生为主体,以学生的学习要求为准则,以学生的提高与进步为目标把主动权交给学生,让其主动学习、独立思考,充分调动其学习积极性,大大地激发了其学习兴趣,学生成绩与往届相比有了明显的提高.通过举行两届大学物理实验竞赛看出,学生参与积极性、完成竞赛题目质量、综合素质、创新能力均有了显著的提高.个别同学完成的竞赛作品获得了校里多项奖励.

时代在发展,科技在进步,作为高等教育的一门重要基础课,大学物理实验课也要顺应时代潮流.因此,在这样的时期进行了与时俱进的教学改革,并取得了相应理想成果.大学物理实验课程在提高学生的动手能力、实践能力、创新意识的同时,也为我校“大德育、大工程、大实践”的教学理念注入了新鲜的血液.