大学物理实验课程教学改革的研究

[摘要]通过对传统物理实验教学不足的分析,结合大学物理实验教学实践,提出物理实验教学在教材、教学内容、方法和手段等方面的改革方案,以期提高物理实验教学效果。

[关键词]物理实验教学改革创新研究素质教育

中图分类号:G64文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1220175-01

一、引言

物理学是一门以实验为基础的学科,大学物理实验是高等理工科院校对学生进行科学实验基本训练的必修基础课程,是本科生接受系统实验方法和实验技能训练的开端。

随着科学技术不断进步,网络技术不断发展,以往的一些实验内容、实验手段和教学方式已经不能与时代发展和学生知识结构相适应,这就需要对课程进行改革,进一步补充、完善实验内容,将先进的测量、测试手段和教学方法引入实验课堂,使实验教学能够紧跟时代步伐,充分调动学生学习该课程的积极性和主动性,以期达到更好的教学效果。

二、大学物理实验教材建设

实验教材是搞好实验教学的基础,是培养学生基础实验操作和创新能力实践环节的资料,因此,编写一本适合本校实验教学的教材是很有必要的。

根据理工科大学物理实验课程教学基本要求,结合各高校实际,教材与实验仪器配套,对学生实验会起到很好的指导作用。

根据实践教学经验,所编写的教材需要注意以下几点[1]:

1.根据国际上统一测量不确定度量化表示的进展情况,结合物理实验教学的实际水平,实行以不确定度评定实验结果;2.根据学生的认知规律和一般教学规律,按基础实验、综合性提高实验和设计性研究实验的顺序来编排;3.所安排的设计性实验需要与基础和综合性实验相关性较强,这样学生可以结合已学的知识和实验来完成设计性实验,促进学生创新能力的培养和锻炼,达到培养学生科学实验素质、实验设计思想、实验方法和实验创新意识的目的;4.在实验内容方面,需要引进一些反映科技新成果的实验,有些实验需要增加更为丰富的内容,在有的实验中引入计算机采集和处理实验数据。

三、教学体系和内容的改革

传统的大学物理实验体系是按力学、热学、光学和电学等内容进行划分,这种体系突显了学科的系统性,但忽视了学科之间的兼容互补性,各学科相互独立,界限明显,限制了学生跨学科思维能力和创新能力的培养[2,3]。改革后的教学体系需打破原来的顺序,按基础性实验、综合性实验、设计性实验进行分类。对于物理实验教学体系和内容,改革的具体思路为:

1.更新实验项目,修订教学大纲。传统物理教学内容陈旧,验证性实验较多,缺乏综合设计性实验项目。基于以上情况,增加综合性实验项目,使课程中综合性实验比例达到50%。原有的部分实验项目对于物理学专业学生而言实验手段较为陈旧、所需知识比较简单(如“用单摆测定重力加速度”、“用自由落体测定重力加速度”、“用可逆摆测定重力加速度”等),可通过新增“波尔共振实验”、“用CCD法测杨氏模量”、“多普勒效应综合实验”等综合性实验项目替换原有实验项目。增加设计性实验项目,如使用示波器采用不同方法测量电容,拓展了示波器的使用面。对于设计性实验项目的开展,可在实验前2-3周由学生根据自己的兴趣提前选择项目,然后查阅资料,在实验前1周左右提交实验方案。2.利用现有仪器、设备扩充、完善实验内容。利用多普勒效应综合实验仪开发更多、更丰富的实验内容。3.强化验证性实验的基础性训练。验证性实验项目所用物理知识相对简单,这类实验着重于培养学生基本的实验技能,对于学生学习整个普通物理实验课程和后续的其它实验课程乃至走向社会起到至关重要的作用,在实验教学中通过改进教学方法来强化验证性实验的基础性训练。4.调整实验项目开设顺序,使课程体系符合学生的认知结构。5.整合现有实验设备资源,以达到合理配置。如“长度的测量”实验仪器可用在其它实验项目中,多普勒效应综合实验仪也可用来验证牛顿第二定律、测定重力加速度等。

四、教学方法、手段的改革

近年来,由于种种原因,大学物理实验教学曾一度陷入教与学两难的尴尬境地[4],这与传统单一的教学模式有很大的关系,纯粹由教师唱独角戏,使得物理实验教学变得索然无味。物理实验的目的是要培养学生的动手能力和独立解决问题的能力。教学效果的好坏与所采用的教学方法和教学手段的实施有很大的关系。毫无疑问传统僵化的实验教学模式大大抑制了学生学习的主动性和积极性,不利于学生独立思考和创新能力的培养。当今以创新型人才培养为目的社会需要将传统单一的教学模式改革为启发式教学模式。启发式教学是要以学生充分预习和掌握基本原理知识为前提的,需要从以下几方面入手:

(一)转变学生的学习观念,以学生为主体。在传统物理实验教学中,一般先由教师对实验目的、仪器、原理、步骤作详细讲解并做演示。学生往往对实验不做任何预习,过分依赖教师指导,只是按照现成的实验步骤,完成实验数据的测量和记录,最后完成一份设计好的实验报告[2]。针对上述情况,可以通过增加设计性实验项目,采用讨论式的教学方式,实验的各个环节主要都是学生完成,教师负责提问来引导学生。学生根据教师提供的实验仪器,借助于图书馆的书籍、网络等渠道查阅相关资料的基础上设计出实验方案,提出自己的创新点。上课时,把以往由教师滔滔不绝的讲解时间交给学生,由学生来讲解方案,同学间相互讨论补充,充分体现学生的主体地位。变学生被动接收知识为主动探索知识,培养学生对物理实验的兴趣,提高学生学习的积极性。

(二)制作多媒体课件,并用于实验教学中,促进实验教学方式多样化。教学中配合使用CCD教学仪、多媒体课件和投影仪,使得原来学生无法观察到的实验现象,如密立根油滴实验、牛顿环实验、光栅衍射实验等,利用CCD示教仪和电视设备直观地展现给学生,给教学也带来了很大方便,提高了教学效果。

(三)应用仿真软件、数据处理软件,提高教学质量。通过应用仿真软件可使学生在动手实验前对实验内容、实验仪器、实验步骤有更充分的认识,而应用数据处理软件可以将学生从繁复的计算中解放出来,这样在实验的过程中就可以留给学生更多的时间去考虑实验本身的内涵,而且还可以掌握计算机处理数据的方法。

五、结束语

当前,科学技术发展日新月异,针对现代大学生的高校教学改革也变得迫切,而物理实验作为理工科大学生必修的实践课程,是其中的一个重要环节。尤其在目前需要技术应用型人才的背景下,大学物理实验教学改革是势在必行的。以上是实验教学中的几点肤浅认识,与同行共同讨论。

参考文献:

[1]吴泉英、姚庆香、朱爱敏、施积兵,《物理实验》,2006年.

[2]王冀霞、王鸿雁、师宏伟,大学物理实验教学的探索与实践[J].河北科技师范学院学报,第22卷第1期:66-68.

[3]姚军财、申静、何军锋、谭毅,大学物理实验教学改革的探索与思考[J].高校讲坛,2008年第26期:553-554.

[4]窦轶洋,大学物理实验教学改革与实践[J].中国电力教育,2008年第121期:146-147.

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