改革物理实验课程体系 实践物理实验开放式教学

张 平，钱忆平

（常熟理工学院 物理与电子工程学院，江苏 常熟 215500）

科学源于实践，物理源于实验。物理学是一门实验科学，古往今来，物理学的发展和创新无不与物理实验密切联系。因此，基础物理实验教学理应成为培养学生创造能力的重要环节。然而，长期以来，基础物理实验的教学模式、教学内容陈旧，教学方法、教学手段单一。学生只要按教材上的步骤做,就能顺利地完成实验。这种实验教学方式在一定程度上限制了学生的主动性与积极性，很难激发他们独立思考的兴趣和激情，抑制了学生个性的发展，不利于创新人才的培养。近年来，常熟理工学院物理学基础实验中心为了全面贯彻落实学校的办学思想，努力把学校办成特色鲜明，质量著称的应用型品牌大学，紧紧抓住建设省级实验示范中心的机遇，以努力培养应用型、创新型人才为目的，对基础物理实验的课程体系、教学内容、教学方法和考核标准等方面进行了改革与实践。目前，这些改革已初见成效。

一、建立系列化、层次化的课程新体系

在知识爆炸和课时压缩的形势下，过分强调课程的完整性、系统性显然是不合适的，也是不可能的。实验中心在对原有实验课程体系进行认真细致的分析后，根据以培养应用型、创新型人才的教学目的和本二学生的认知规律，按由浅入深、循序渐进的教学原则，取消了实验课程按传统的力、热、电、光、近代物理这种单一学科分支结构的划分方法，建立了系列化、层次化的实验课程体系和教学内容。课程体系可分为五门课程、九个层次：（1）基础理论：主要介绍误差理论，不确定度的评定，有效数字的计算，实验数据的常用处理方法等实验基础理论。（2）预备实验：挑选最基本的实验，实现学习模式由中学传统模式向大学自主学习模式转变。（3）基础实验：进行严格的基本实验思想、基本实验方法、基本实验技能训练，养成良好的科学实验习惯。（4）综合实验：巩固学生在基础实验阶段的学习成果、开阔学生的眼界和思路，提高学生对实验方法和实验技术的综合运用能力。（5）研究与设计性实验：通过查阅资料，拟定和实施实验方案，设计撰写实验报告的“准科学实验”的全过程接触，激发学生主动思考、探索、研究的欲望。（6）现代物理实验：了解与当今科技发展相适应的新技术、新方法，掌握必要的知识点。（7）近代物理实验：掌握对物理科学发展起重要作用的几个关键性实验及其实验思维方法。（8）研究与探索实验：以培养科学研究能力为主要目的。（9）物理真奇妙演示实验：主要内容可分为三块：基础物理演示实验；半定性、半定量的操作实验；展示科技发展新成果的演示实验。这种课程教学体系，在最大程度上适应了对不同年级、不同能力学生的教学需求。

二、构建时间、内容全方位开放的实验教学新模式

纵观国内外物理实验教学的现状,实验室开放已成为一种趋势，开放的实验教学体现了“以人为本”的教学新理念，把学习自主权交给学生，给予了学生很大的自由度。学生可自己安排实验时间，可根据自身的基础和所学专业，选择自己感兴趣的实验项目进行自主学习。促使学生主动、积极地学习和思考，有利于培养学生的发散思维能力、独立分析问题、解决问题的能力和创新能力。面对新的形势、新的教学理念，实验中心实施了形式多样的开放性实验，并制定了一整套规章制度，建立了由实验教学，网络预约选课、设备管理及网上评教等模块组成的中心管理平台，提高了中心的管理水平和工作效率，也为学生自主学习提供了保障。实验的开放形式有以下四种类型。

（一）教学计划内的必修课程《大学物理实验》实行了在时间上和内容上的全方位开放

时间开放：一年级学生的课内时间大部分都有理论课，因此实验中心利用了全部的课外时间(包括双休日的白天和周一至周日的晚上)将实验室全面开放，学生可通过网上预约进行实验；

内容开放：《大学物理实验》的计划学时为57学时，实验中心开出的实验时数超过了120学时，可选实验项目个数超出计划实验项目数百分之一百以上。

所以，学生可合理安排学习时间，自主挑选适合自己能力、特长和兴趣的实验项目进行实验，以达到以人为本、因材施教，优秀学生脱颖而出的教学效果。

（二）开放性的选修实验课程

以设计性、研究性实验为主的《现代物理实验》和《研究与探索实验》是针对理工科部分优秀学生开放的实验。该类实验通常利用双休日向学生开放，由中心提供场所、仪器设备，并规定在一个学期内完成2～3个研究项目，写出相应的研究报告或小论文。而学生可以自行组建小团队，根据研究内容，自拟实验方案和步骤完成相关任务。设计性、研究性实验的开设，满足了这部分学生的求知欲望。

（三）创新型的科技活动

组织开展了全国大学生科技作品竞赛、电子设计竞赛、校级、省级的大学生创新训练计划项目等以学生为主的科研活动，实验中心有专门的指导老师和学生进行一对一的、不定时的指导，地点通常在指导教师的办公室和研究室，学生的自主研究和师生的共同讨论，培养了学生的创新意识，提高了学生的科学研究能力。

（四）全力打造学生自己的实验室 倾情培养学生的创造能力

《学生课余实验研究室》是一个正在建设中的学生自己的实验室，是实验中心与物理与电子工程学院学生会科协共同管理的供学生课余时间学习、研究的实验室。实验室的主要设备为淘汰、报废的旧设备，本着“拆坏无过，修好有功，创新有奖”的原则，鼓励感兴趣的同学自行动手对旧设备进行改造、拼装、修复甚至创新等自主性学习研究。在那里，基础差、动手能力弱的学生，不必缩手缩脚，只管大胆尝试；而实验基础较好的学生,也将有了自由施展的“用武之地”。实验中心计划配备二名有实践经验的老师作为实验室的顾问，为学生提供理论和技术的支持。同学们得到这个消息，积极性非常高，他们摩拳擦掌，准备在自己的小天地里干一翻“事业”。

三、激发学生学习积极性，建立全新的考核标准

《大学物理实验》是面向全校理工类专业学生开设的重要基础课，课程的全方位开放和学校的计划学时形成了一对矛盾。如果按学校的计划学时进行实验，将造成设备资源的严重浪费，因为中心开出的实验数超出了计划学时的一倍以上，学生完全有超计划实验的条件和时间，中心鼓励他们多做实验，多训练自己，但在没有任何“激励”（加学分，有难度）机制的情况下，学生的积极性不高，实验室开放第一学期，竟无一人多选实验。为了解决这样的矛盾，充分调动学生学习的积极性，充分利用实验室的设备资源，中心反复讨论研究，制定了一套全新的考核标准。在新的标准中，实验总成绩的评定采用了“分值积累制”。根据实验的难易不同，完成不同的实验，所得的“分值”也将不同，学生必须自行选择、完成一定数量的实验，从而积累一定量的“分值”，根据分值的多少可获得合格、良好、优秀等不同等级的实验成绩。而一个实验的成绩，则要综合考查学生的预习、操作、实验报告等多种因素后才能评定（如：“分光计的调整和使用”实验的“分值”为12，学生完成该实验的成绩为80分，则可获得的分值为9.6）。新标准的实行，极大地调动了学生的学习积极性，他们乐意多做实验、选做难度大的实验。实验中心对第二学期(2008-2009学年度第一学期)学生的实验情况进行了统计，结果显示：该学期参与实验的人数为799人，其中有271人超计划完成了实验，占33.9%；2007级自动化2班超计划完成的人数达到了36人，占班级人数的80%；更有部分学生完成实验的总数超过了计划的25%以上。事实表明，只要我们动脑筋、想办法，学生的学习热情是可以被调动起来的。学生在谈到实验考核新标准时说道：新标准的实施可以鼓励学生多做实验，而多动手、多训练，对培养各方面的能力是非常有利的。还有学生谈到：原来在农村中学就读，很少做实验，动手能力很差，刚开始做的几个实验成绩都很低，如果按原来的做法，只做规定的几个实验，那就与取得好成绩无缘了。现在好了，可以通过多选实验来弥补这种遗憾，一方面经过更多的训练，动手能力提高了，另一方面还得到了较好的实验成绩。

实验室的全面开放，提高了学生自主学习、自主探究的能力，学生发表论文的数量和质量正在逐步上升。实验创新成果丰硕，在全国大学生科技作品竞赛、电子设计竞赛等多种竞赛中均取得了优异的成绩。

总之，为了培养创新人才，实验中心在物理实验教学的各个环节进行了一些探索和实践，取得了一些成果。实践表明，实施开放式实验教学，不仅激发了学生学习的主动性和积极性，而且增强了教师的责任感，强化了实验室的管理，最大限度地利用了实验室资源,实现了对学生因材施教，循序渐进,学以致用的教学目标，提高了教学质量。我们尝到了教学改革的甜头，感到这方面的工作大有可为，还要继续努力。

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