问题引导的实验为本大学物理教学

陶永梅，朱素华，张惠国

（常熟理工学院 物理与电子工程学院，江苏 常熟 215500）

大学物理是理工科院校各专业学生都要学习的一门基础课，是涉及到各个学科并与科技前沿、实际应用紧密联系的课程。大学物理的教学，一方面是为学生打好必要的物理基础，另一方面是使学生初步学会科学的思维和研究问题的方法，起着增强适应能力、开阔思路、激发探索和创新精神，提高科学素质等重要作用［1，2］。

由于大学物理涉及的面广，不同专业对大学物理的具体要求不一样，教学过程中通常将大学物理分为多个层次，分别针对不同学习要求的学生展开。实际教学中，针对学生在学习大学物理时兴趣不高，学习效果差的情况，教研组对大学物理教学方法进行了探索。针对理工科院校应用型教学要求，提倡以学生为主体，问题为引导的分级教学；单独设计课后习题，让习题更接近实际应用；同时重视实验教学，将实验直接引入课堂，从各种实验环节提高学生的动手与探究能力；另外，重新配置了教学资源，采用主讲与助教配合的教学模式。

一、问题引导，分级教学

（一）内容选择

大学物理具有内容多，教学对象广的特点。其内容在教学过程中需要有一定的选择。《新课程研究》2012年第4期的文章“工科大学物理教学改革的思考”给出了内容设定的三条选择依据［3］：1）教学内容要背景化、过程化即教学内容的选取要与学生所学专业有联系，能结合学习的专业知识来讲解教学内容。2）教学内容要新颖化、实用化。3）物理课堂教学中增加一定量的物理学史知识，可以通过活跃课堂气氛，达到激发并保持学生兴趣的目的，从而将学生的被动学习变为主动学习。

在具体实施中，我们针对应用型理工院校的专业特点，将大学物理从内容上分为A，B，C三个类别，侧重点和内容有所不同，和专业相关性较强。大学物理A针对电类、计算机及机械等专业的学生；大学物理B针对化学、材料和生物等对实验和动手能力要求高的专业；大学物理C针对软件工程、网络工程等专业。

（二）形式选择

讲课过程中，我们注重对物理思想的阐述和物理规律如何用实验演示出来，而不去过多的追求严格的公式推导。用较多的时间提出问题，启发学生思考，并引导学生进行讨论。实际教学中，课堂气氛较为活跃。课堂上有了问题的引导，学生的参与程度较高，充分展示了学生创造性的思维能力，拓展了学生的思维训练。同时，讲课时我们以实用性的问题为引导，针对不同专业对相应内容进行着重讲述，比如对计算机专业的学生可以结合电磁学、光学的知识，分析光盘、磁盘的读写原理及鼠标定位的工作原理；而对电器专业，重点介绍如何运用电磁感应、涡电流知识分析电磁灶等电器工作原理。

（三）习题构建

大学物理的一个重要环节是例题的讲解和学生的习题训练，针对应用型本科专业的培养要求，在习题选择上根据生产实践和科研中所涉及的真实物理现象和物理问题，重新编写例题和习题，而不是针对抽象的模型来编写。同时，我们根据物理学的发展以及各专业的需要及时调整内容，使例题和习题充分体现物理在科技上的实际应用。这样增强了学生学习物理的兴趣，有利于培养学生解决实际问题的能力［4］。

二、开展课前演示实验，重视实验教学

物理是一门以实验为基础的学科，实验在教学中具有极其重要的作用。著名物理学家杨振宁指出，“现象是物理学的根源”［5］。通过实验，难以理解的物理原理被转化为直观的物理现象，潜移默化中学生提高了学习兴致与探究热情。我们结合以问题引导的大学物理教学过程，进一步强调了大学物理的实验教学，主要从课堂演示实验、开放实验平台、自制实验仪器、多媒体教学工具等四方面展开了教学的研究与实践。

（一）课堂演示实验

物理演示实验是通过对具体物理现象的展示和将抽象的理论形象化，可以使学生通过观察演示实验所表现出来的现象，激发他们的好奇心和求知欲［6］。在每节物理课前，我们根据授课内容做一个小实验，提供学生可感知的物理知识，让学生猜想实验的结果，可以同时按照学生的思路进行实验，演示过程中强调与学生的互动。演示实验的直观性和生动性吸引了学生的注意力，增强了学生对物理现象的关注度，从而逐渐引导学生进入物理世界。中国科学技术大学物理教学实验中心在此方面开展了较多的研究实践［7］。

课堂教学是在有限的时间内把规定的内容详细准确地传授给每一位学生，这就要求教师熟练掌握演示设备的技能，准确地演示实验现象。课堂演示也对演示设备有一定要求，演示设备要求体积较小，便于携带，方便演示。如电磁学部分的静电风轮、避雷针等实验就非常适合课堂演示［8］。

演示实验能让抽象的概念变得直观。比如在磁场能量的讲解中，通过小灯泡和大电感的并联，闭合开关断开后灯泡仍有一段时间是亮的，可用于引导学生寻找能量的来源，掌握抽象的磁场能量的概念。演示实验也能将学生的思维充分调动起来，如在讲“楞次定律”时，可安排与学生互动的演示实验，引导学生自己设计实验方案并亲自动手演示，将结果同楞次定律的内容进行比对，从而实现对定律的理解和掌握。

部分难以用简单仪器演示的实验也可以借助多媒体手段完成。如演示“带电粒子在磁场中的运动”时，由于传统的静态图很难达到效果，可以利用多媒体展示带电粒子在磁场中的圆周或者螺旋运动以此分析讨论粒子的运动轨迹和磁场强弱、粒子电荷以及运动速度的关系［9］。

（二）大学物理实验开放平台

在重视实验教学的同时，大学物理教研组利用江苏省教育厅于2005年批准建设“江苏省基础课教学示范中心建设点”的契机，对原有的物理实验平台进行了改建，规范了实验室的管理。经过七年的努力，形成了重视实验教学的大学物理教学体系，建成了具有先进教学理念的物理实验教学平台。平台实现了开放式的电子管理，学生能够在网上注册和选择相应的实验，并利用实验中心的网络资源完成实验前的预习。实验室有专人坐班负责，在预定的工作时间，经过登记的学生可自由进入实验室完成相关的实验，实验过程中有专职实验教师和学生助教的现场指导。

（三）自制实验仪器

物理实验现象体现了物理学的规律，给同学们一个清晰的物理图像。而获取这个现象的过程，则进一步重现了研究探索的过程。同时这一过程将物理知识和实际应用紧密结合，训练了学生理解和运用物理知识的综合能力。在教学过程中，让学生分组进入开放实验室，在高年级学生的带领下完成实验仪器的制作训练，并利用自制仪器测量或重现一些简单的物理现象。在力学实验中，我们进行了一系列仪器的制作。比如重力加速度实验，我们分别利用微型计算机的串行口和并行口，通过编程制作毫秒计以及搭建光电监测放大电路，简易的完成了加速度的测量。新制作的仪器可以被多个实验组分时共用，满足实验中加速度的测量［10］。又如在弹性模量测试的实验中，我们改进了传统的拉伸法测弹性模量，利用纵振动测量方法，通过驻极体话筒收集音频信号，再放大整形，然后由计算机串口接收处理，达到了较好的测量效果［11］。在电磁学、光学实验中，我们也进行了磁滞回线描绘自动化、弱振动测试系统等仪器的改进工作［12，13］。通过学生参与物理实验仪器的制作，培养了学生学习物理的兴趣，重现了研究开发过程，在验证及探究物理原理时培养了提出问题、解决问题的能力和动手能力。

三、教学队伍的配置及要求

（一）大学物理教学的教师配置

在问题引导，重视实验的大学物理教学过程中，问题的讨论和实验的演示占据了不少时间，主讲教师在课堂上一般讲述的例题较少，而对于习题的答疑解惑时间也较少。针对这种情况，我们给一个主讲教师配备了多个助教，协助主讲教师的教学与辅导，弥补了习题和答疑交互的不足。助教一般由物理专业的高年级优秀学生担任，负责带领小组学生做练习题并讨论答疑。

（二）对任课教师的要求

在新的讲课模式中，要求教师有较宽的知识面，能综合运用各个学科的知识，引导学生积极的分析与讨论相关物理现象，并要求有较强的动手能力，娴熟的完成各种演示实验。教师在上课前对课程的内容和讲解方式要做充分的备课，讲课时思路清晰，生动活泼，与学生能充分的互动。同时，教师要能跟踪科研前沿，拓宽学生视野，能够运用新的工具，完成数据的分析处理。

四、结 语

大学物理教学肩负着培养学生逻辑思维能力和抽象思维能力、提高学生分析、解决问题能力和实践操作能力的重任。本文从应用性本科院校的物理学习入手，提出以问题引导实验为本的大学物理教学方式，对大学物理教学方式进行了探索。教学实践表明，以问题引导实验为本的大学物理教学能够活跃课堂气氛，激发学生的思维能力，并能有效提高学生的动手能力。

［1］潘宇，潘晓，李丽.现代科学技术与普通物理教学［J］.科学咨询（科技管理），2011，11：98.

［2］郑福昌.在大学物理教学中如何培养学生的创新精神［J］.科技信息（学术研究），2007，08：8 6.

［3］管薇.工科大学物理教学改革的思考［J］.新课程研究（中旬刊）.2012，255（04）：8 6-8 7

［4］苏亚凤，徐忠锋.从美国伊利诺伊大学香槟分校的大学物理课程教学特点浅谈我国大学物理教学改革［J］.大学物理，2011，30（10）：48-51.

［5］杨振宁.杨振宁文集［M］.上海：华东师范大学出版社，1998：507-508.

［6］汪红，李春密.大学物理演示实验教学探索和实践［J］.贵州民族学院学报（哲学社会科学版），2012，132（2）：18 8-190.

［7］陶小平，黄环，孙腊珍.力学演示实验教学体系的建设与作用［J］.物理实验，2011，31（7）：40-44.

［8］蔡洪涛，张天杰，姜卫粉.演示实验在大学物理教学中的应用［J］.华北水利水电学院学报（社科版），2011，27（1）：18 9-190

［9］邓科.演示实验与大学物理教学［J］.中国科技信息，2012，03：121

［10］汪逸新，张惠国.微机串行口数据采集与一组力学实验研究［J］.大学物理，2004，23（9）：37-40.

［11］汪逸新，邬正义.纵振动及弹性模量智能化测量［J］.物理实验，2000，20（5）：15-17.

［12］殷旭东，汪逸新，徐勇峰.磁滞回线的微机化测绘［J］.常熟高专学报，2000，14（4）：29-32.

［13］汪逸新，潘启勇，邬正义.微机在弱振动光干涉检测实验中的应用［J］.大学物理，1999，18（11）：32-35.