物理实验教学

摘 要：物理由于其学科的特殊性,需要大量的实验进行辅助教学.随着21世纪科技的快速发展,传统的物理实验教学已经不能满足当前社会对高素质物理人才的要求.同时传统物理实验教学的教学方法和手段单一,难以满足学生进行自主性和创造性学习的需求.因此,物理实验教学的改革势在必行,其宗旨就是为社会培养适应当代科技发展的高素质创新型物理人才.物理实验教学改革应当借鉴当代最新教学思想和科技成果,运用高科技教学手段,如CAI、多媒体等,创建多元化的开放式的实验教学模式.

关 键 词：物理实验教学改革创新

中图分类号：G633文献标识码：A文章编号：1673-9795（2013）09（b）-0015-02

目前,高校物理实验教学的改革已经取得了一定的成果.如中国科技大学“理科实验教学培养学生创新思维创新能力的研究与实践”项目组,以我国高等教育改革为基础,对高等物理实验教学进行了系统的改革,并且颇见成效.经过研究和发现,物理实验改革的措施包括以下几个方面.

1发展教育技术,创新教学模式

长期以来,物理实验教学一直是一个难题,在很大程度上限制了物理教学质量的提高以及教学改革的深化.究其原因,主要是由于物理实验资源的匮乏所引起的.随着时代的发展和科技的进步,创新型人才的需求对物理实验教学也提出了更高的要求.传统的物理教学都是以传授物理知识为主,开设物理实验为辅,不但限制了学生主动能动性的发挥,而且不利于学生创造思维和实践能力的培养.然而单靠教学资源的补充是远远不够的,还需要提高物理教育技术,创新教学实验手段.20世纪90年代以来,信息技术的发展和网络的普及,给物理实验教学的改革带来了新的契机,即物理虚拟实验.它不但有效节约了物理实验资源,同时,给学生的独立学习提供了良好的条件.1996年,中国科技大学天文和应用物理系开发出世界上第一套仿真物理实验教学软件,并于1998年进行改进和完善,取得国际领先水平.1999年,该校又推出了《大学物理虚拟实验》的Inter网远程教学系统,使得更多的学生掌握和运用这一技术进行物理学习.物理虚拟实验体现了当代物理教育技术的创新,对物理实验教学的改革具有重要价值和意义,具体表现为：

（1）物理理论教学与实验教学相结合.

传统物理实验教学受到教学设施以及课堂时间的限制,教师往往把理论教学和实验教学分开进行,要么单纯在教室上理论课,要么单纯去实验室做实验,很难把二者结合起来.虚拟实验教学改变了这种僵硬的教学模式,把理论教学、实验设计、教师教学思路和实验操作有机地结合起来,开创了全新的物理实验教学模式.虚拟实验教学软件使教师和学生的所思所想都能很快地付诸行动,打破了传统实验教学时间和空间的限制.思想观念的价值,在实践中才能得到检验；同样,物理学科知识的掌握,要在试验运用中才能得到深化.

（2）利用CAI软件教学,提高物理教学技术.

物理虚拟实验教学运用网络手段,实现了远程实验教学,突破了课堂教学的限制,推动了网络教育的发展.虚拟实验软件还同时开设了“物理思想进化启迪”Seminar课程――按照当代物理学的发展顺序为主线,以各阶段著名的物理实验为例子,揭示各种物理现象的本质,加深学生的理解.同样地,物理学科知识也是遵照从机械动力学到场与相对论再到量子观这一发展顺序编撰的.通过高仿真的物理模拟实验,学生了解不同阶段物理概念的革新和技术的创新,把握物理学向前发展的脉络,能够帮助学生培养独立的物理思维和创新能力.此外,物理虚拟实验教学开拓了CAI研究的新思路,带动我国CAI模式的发展,对其他学科CAI建设也起到一定启发作用.

（3）合理配置教学资源,提高教学质量.

在物理实验教学中,有一些难度高的实验不但操作复杂,而且还对实验材料和环境要求极其严格,失败率比较高.而虚拟实验能够大大改善这一状况,提高实验的成功率,降低资源消耗率.通过虚拟实验、远程教学以及实际试验三者有机结合,学生能够在课堂上反复进行实验操作,并与教学内容相对照,加深理解.此外,教师还可以引导学生运用虚拟实验软件,创造性的设计出不同的实验来验证自己的观点,提高学生学习兴趣和积极性,从根本上提高物理实验教学的质量.

2建立物理实验课程新体系,培养学生综合素质

物理实验课程按照层次的高低可以分为不同类型：科学小实践、设计性实验、综合性实验、基本实验.其中基本实验是最低层次,主要是接受知识的过程,属于一级基础物理实验体系.综合性实验和设计性实验属于二、的物理实验等级,从接受知识发展到运用知识创设实验.最高级的是科学小实践,指在实际中运用所学知识解决生活和学习中的问题.新型物理实验课程体系更加注重培养学生的综合能力,而非只是简单的重复和验证.不同级别的物理实验代表着实验技能发展水平是由低到高不断进步的.每一级的物理实验都需要一定的时间来学习和掌握,最终走向科学的高峰.

（1）基本实验是普及实验,能够满足理、工、文、商等各专业学生学习物理基础知识的需求.它主要包括物理基础知识和技能的训练,基本测量方法以及对生活常见的物理现象的认识,如力、热、电、光等.一级物理实验是进行更高级物理实验的基础和前提,絮叨得到彻底的贯彻和全面的掌握.

（2）二、物理实验的难度和复杂程度都大于基本物理实验,但它们也更具趣味性,更能激发学生的学习兴趣.同时,综合性实验和设计性实验强调培养学生自主学习的能力.传统物理实验是由教师提前摆好实验设备,准备好实验所需的材料,学生只是单纯的做实验,往往对实验原理却不求甚解,背离了物理实验的初衷.新型的物理实验体系强调教师要以学生为主体,引导学生根据所学知识,自己设计和操作实验.在摸索和失败中吸取经验教训,加深对物理原理的理解和掌握.二、物理实验课程适于理工科学生对物理学的进一步学习.

（3）四级物理实验以科学小实践为主,重点培养学生科学研究和开发运用物理知识的能力.学生需要自己开发课程来进行深入研究,难度比较大.因此,四级物理实验课程一般作为物理类专业学生的必修课,而对非物理类专业的理科学生来说,则可作为选修课.

3改革实验教学内容,创新教学环境

物理实验教学内容要体现时代性和先进性.随着物理学的不断更新发展,在各级物理实验课程中,都应该采用新的现代科技,与社会接轨,做到学以致用.例如,在对全校工、商、文科学生一、二年级所开设的物理实验中,已涉及光谱技术、真空技术、磁共振技术、核物理技术、X光衍射的技术、光纤技术、传感器技术、光学信息处理技术等.这些实验的开设,可以让学生实际、直观了解物理新科技的原理,拓展学生知识面,提升物理思维高度.

目前,中国科技大学开设多元化的实验类型,以满足不同层次学生的需求,包括公共必修实验、选修实验、仿真实验、远程网络实验、开放实验等.

首先,学校开设“大学物理实验远程教学”,利用现代高科技的信息技术,让学生能够不受场地和时间的限制,通过互联网来对实验教学内容进行预习和复习.学生可以更合理的安排自己的时间,甚至随时随地地展开物理实验学习.

其次,学校开设开放性的物理实验室来怎么写作学生.学生可以自由出入开放实验室,进行实验操作.同时,学生可以根据学校所提供的实验器材和自己的理解来设计实验.教师在这里只是对学生进行一些辅助和启发,让学生有足够的空间去探索和总结,并找出自己的创新点,加以论证.

最后,学校为学生开设各类仿真实验室,充分运用虚拟实验技术,把计算机应用软件和实际试验结合起来.这样不仅能够让学生有更多的机会进行试验操作,而且能够提高那些复杂程度和困难程度高的物理实验的成功率.