應(yīng)用型本科院校大學物理實驗教學改革初探的教育論文
摘要：物理實驗是科學實驗的先驅(qū)，體現(xiàn)了大多數(shù)科學實驗的共性，在實驗思想、實驗方法以及實驗手段等方面是各學科科學實驗的基
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物理實驗是科學實驗的先驅(qū)，體現(xiàn)了大多數(shù)科學實驗的共性，在實驗思想、實驗方法以及實驗手段等方面是各學科科學實驗的基礎(chǔ)。所以，大學物理實驗是高等學校理工科類專業(yè)對學生進行科學實驗基本訓(xùn)練的必修基礎(chǔ)課程；是本科生接受系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓(xùn)練的開端；是培養(yǎng)學生科學實驗?zāi)芰�、提高實驗素質(zhì)的重要基礎(chǔ)。它在培養(yǎng)學生嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、活躍的創(chuàng)新意識、理論聯(lián)系實際和適應(yīng)科技發(fā)展的綜合應(yīng)用能力等方面具有其他實踐類課程不可替代的作用[1]。
應(yīng)用型本科院校是以應(yīng)用型為辦學定位，以區(qū)域經(jīng)濟、社會需求和就業(yè)為導(dǎo)向，著力培養(yǎng)應(yīng)用型人才，其教學體系建設(shè)體現(xiàn)“應(yīng)用”二字，核心環(huán)節(jié)則是實驗實踐教學。因此，大學物理實驗課程對應(yīng)用型人才的培養(yǎng)有著更加重要的意義[2]。
然而，從教學實踐中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)應(yīng)用型本科院校尤其是民辦高校，大學物理實驗教學還存在一些弊端，比如：課程學時減少，教學資源匱乏；忽略學生現(xiàn)狀，實驗設(shè)置不能體現(xiàn)學生個性化的需求；教學方法死板，教學模式單一等等。鑒于這種情況，有必要對大學物理實驗教學進行改革。本文基于《理工科類大學物理實驗課程教學基本要求》(以下簡稱《基本要求》)，結(jié)合大多數(shù)應(yīng)用型本科院校大學物理實驗課程教學的現(xiàn)狀，針對應(yīng)用型本科院校的辦學特點，立足我校理工科專業(yè)大學物理實驗的教學改革，對應(yīng)用型本科院校的大學物理實驗教學進行研究與討論，構(gòu)建應(yīng)用型本科院校大學物理實驗課程教學的新模式。
一、分層次、模塊化教學
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(xiàn)了同樣是理工科的學生,他們在高中選修測試的科目也可以不同,即使是同一個專業(yè)學生，選修測試科目也不盡相同。對大學物理實驗課程而言,把物理作為選修測試科目的學生一般具有較好的實驗基礎(chǔ)技能、動手能力與數(shù)據(jù)處理能力，物理理論知識與物理實驗?zāi)軌虻玫捷^好的結(jié)合；而其他學生物理理論和實驗基礎(chǔ)相對薄弱。這種差異隨著應(yīng)用型本科院校辦學規(guī)模的不斷擴大而愈發(fā)明顯。
因此，大學物理實驗課程的教學，必須要考慮學生實驗基礎(chǔ)的差異，進行分層次、模塊化教學。即實驗內(nèi)容打破傳統(tǒng)的按力學、熱學、電磁學、光學和近代物理等順序編排的方式，按照由淺入深、循序漸進的原則，考慮到不同學生的物理基礎(chǔ)和各專業(yè)物理實驗的需求，把實驗內(nèi)容分成四個教學模塊[3]，分別是：預(yù)備性實驗?zāi)K、基礎(chǔ)性實驗?zāi)K、綜合性實驗?zāi)K、設(shè)計或研究性實驗?zāi)K。其中基礎(chǔ)性實驗?zāi)K和綜合性實驗?zāi)K為理工科學生必修，預(yù)備性實驗?zāi)K、設(shè)計或研究性實驗?zāi)K為選修。
預(yù)備性實驗?zāi)K又可稱為“前導(dǎo)性實驗?zāi)K”，主要面向?qū)嶒灮A(chǔ)較差的學生，給他們提供一個前期的實驗訓(xùn)練平臺，盡快的適應(yīng)大學物理實驗課程內(nèi)容，比如：單擺實驗、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、測定非線性元件的伏安特性等。
基礎(chǔ)性實驗?zāi)K主要學習基本物理量的測量、基本實驗儀器的使用、基本實驗技能和基本測量方法、誤差與不確定度及數(shù)據(jù)處理的理論與方法等，可涉及力、熱、電、光、近代物理等各個領(lǐng)域的內(nèi)容，比如：金屬線脹系數(shù)的測量，轉(zhuǎn)動法測定剛體的轉(zhuǎn)動慣量、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(yīng)及其應(yīng)用、邁克爾遜干涉儀、分光計測量棱鏡的折射率，光柵衍射等。
綜合性實驗?zāi)K是指在同一個實驗中涉及到力學、熱學、電磁學、光學、近代物理等多個知識領(lǐng)域，綜合應(yīng)用多種方法和技術(shù)的實驗。此類實驗的目的是鞏固學生在基礎(chǔ)性實驗階段的學習成果、開闊學生的眼界和思路，提高學生對實驗方法和實驗技術(shù)的綜合運用能力，比如：密立根油滴實驗，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(shè)計或研究性實驗?zāi)K主要面向?qū)W有余力、對實驗有興趣的學生，根據(jù)給定的實驗題目、要求和實驗條件，由學生自己設(shè)計方案并基本獨立完成全過程的實驗，或圍繞基礎(chǔ)物理實驗的課題，由學生以個體或團隊的形式，以科研方式進行的實驗。通過設(shè)計或研究性實驗?zāi)K能夠開發(fā)學生的智力，激發(fā)他們的創(chuàng)新精神以及分析問題解決問題的能力，逐步形成創(chuàng)造性思維，從而具備科學的實驗素養(yǎng)，比如自組顯微鏡、望遠鏡，萬用表的組裝與調(diào)試，電子溫度計的組裝與調(diào)試，非線性電阻的研究，非平衡電橋研究，音叉聲場研究等。
二、開放式實驗教學
開放式實驗教學給予了學生較大的自主空間，學生由單純的被動實驗變?yōu)榉e極主動實驗，為學生創(chuàng)造一個能夠發(fā)揮自身特長的教學環(huán)境，提高獨立解決實驗問題與實際應(yīng)用能力，有利于學生個性發(fā)展、創(chuàng)新意識與創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。同時，大大地提高了實驗室儀器設(shè)備的利用率，充分發(fā)揮了儀器設(shè)備的投資效益與使用效益，符合應(yīng)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(yīng)積極創(chuàng)造條件進行開放式物理實驗教學，在教學時間、空間和內(nèi)容上給學生較大的選擇自由。結(jié)合分層次、模塊化教學，筆者認為預(yù)備性實驗?zāi)K、設(shè)計或研究性實驗?zāi)K應(yīng)向?qū)W生完全開放。物理實驗基礎(chǔ)薄弱的學生可選修預(yù)備性實驗進行補差訓(xùn)練，學有余力的學生可根據(jù)自己學習的需要自主選擇設(shè)計性實驗，或在教師指導(dǎo)下進行專題實驗研究，在時間、內(nèi)容上不受限制，充分滿足優(yōu)生優(yōu)培的教學需要。但是，開放式實驗教學加大了教師的工作量，實驗室承擔的教學任務(wù)加重了，所以，必須培養(yǎng)與建設(shè)一支結(jié)構(gòu)合理、愛崗敬業(yè)的物理實驗教師隊伍。
三、建立網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室
虛擬實驗是利用計算機及仿真軟件來模擬實驗的環(huán)境及過程，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬實驗教學已經(jīng)成為加強實踐教學、提高教學質(zhì)量的重要手段。在大學物理實驗教學中引入虛擬實驗，將有效緩解很多應(yīng)用型本科院校在經(jīng)費、場地、器材等方面普遍面臨的困難和壓力，而且開展網(wǎng)上虛擬實驗教學能夠突破傳統(tǒng)實驗對“時、空”的限制，讓學生充分利用課余時間進行實驗前的預(yù)習和實驗后的復(fù)習有助于提高大學物理實驗教學的效率。另外，對于一些實驗儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計精密且價格昂貴的實驗，可以通過仿真軟件來實現(xiàn)，讓學生在虛擬的環(huán)境中，接觸更多的現(xiàn)代化設(shè)備和科學實驗方法，能夠大大的開闊視野和思維，提高學生的綜合能力。但虛擬實驗替代不了真實的實驗操作，而是作為傳統(tǒng)實驗的有效補充，因此,應(yīng)該把傳統(tǒng)實驗和虛擬實驗這兩種教學模式有機地結(jié)合起來，揚長避短。
四、以學生為主體，靈活運用多種教學方法
傳統(tǒng)教學方式往往是老師先把實驗儀器調(diào)整好,課上詳細講解實驗原理和操作步驟,指出實驗中應(yīng)注意的問題和要求，甚至做出實驗演示，學生只要被動地按照教師演示的步驟機械地重復(fù)實驗操作,就能順利的完成實驗并得出結(jié)果，甚至有的實驗不做也能推導(dǎo)出實驗結(jié)果。這就導(dǎo)致學生在思想認識上對大學物理實驗課程不夠重視,課前不認真預(yù)習,實驗操作都是按部就班的應(yīng)付了事。這種傳統(tǒng)灌輸式教學方式在一定程度上限制了學生的主動性和積極性,難以激發(fā)他們對實驗課的.興趣,抑制了學生的創(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(yīng)用型本科院校對人才培養(yǎng)的目標和要求。因此,我們必須確立學生的主體地位,靈活運用啟發(fā)式、引導(dǎo)式、交互式等多種課堂教學方法，充分調(diào)動學生的積極性和創(chuàng)造性[4]。
�。ㄒ唬﹩l(fā)式教學
在大學物理實驗課堂教學中，教師提出思路和方向，啟發(fā)學生積極去思考實驗設(shè)計思想、實驗方法、操作技術(shù)、數(shù)據(jù)處理的可靠性以及與工程實際的結(jié)合點，以問題激發(fā)學生的主動思維，目的是使學生從知識的被動接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹R的主動探索者，激發(fā)學生學習的積極性，培養(yǎng)學生的應(yīng)用意識、創(chuàng)新意識和探索精神。
（二）引導(dǎo)式教學
根據(jù)大學物理實驗的多樣性特點，一些綜合性、研究性的實驗，內(nèi)容會涉及到其他學科的知識，學生僅僅具備物理學的知識、采用傳統(tǒng)的實驗方法是完不成的。所以，在實驗教學過程中，教師要引導(dǎo)學生從多方位來審視、分析、判斷問題，引導(dǎo)學生突破物理學科的界限，應(yīng)用多學科的知識來解決問題。如測量半導(dǎo)體P-N結(jié)的物理特性實驗，教師要引導(dǎo)學生了解電子學、材料學、固體物理學、光學等方面的知識；從激光全息照相、核磁共振等實驗，引導(dǎo)學生主動了解現(xiàn)代科技發(fā)展前沿及研究動態(tài)，使學生意識到大學物理實驗在科學研究領(lǐng)域的重要地位，對學生科學素質(zhì)的培養(yǎng)有一定的促進作用。
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交互式教學，就是讓學生在充分預(yù)習的基礎(chǔ)上，積極參與課堂教學實踐．比如實驗前教師隨機抽幾名學生講解實驗原理、介紹儀器使用方法、演示操作過程及實驗現(xiàn)象，同學們可以相互討論或提問，教師適時給予補充或發(fā)問。交互式教學擯棄了傳統(tǒng)教學模式的弊端，弘揚了“以學生為主體、教師為主導(dǎo)”的教學思想，這種物理實驗教學方式為學生主體價值的自我實現(xiàn)提供了平臺，是人本主義教育觀點的具體體現(xiàn)。實踐證明，交互式教學大大地激發(fā)了學生的學習興趣，培養(yǎng)了學生理論聯(lián)系實際、靈活運用知識和技能解決實際問題的能力，提高了實驗教學效果。
參考文獻：
[1]教育部高等學校物理基礎(chǔ)課程教學指導(dǎo)分委員會理工科類大學物理實驗課程教學基本要求[Ｍ].北京:高等教育出版社,2010.
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