研究型物理实验以内容为中心的站队式教学方法探索

陈水桥，李海洋，陈洪山，陈红雨，鲍德松

（浙江大学物理学系，浙江杭州310027）

研究型物理实验以内容为中心的站队式教学方法探索

陈水桥，李海洋，陈洪山，陈红雨，鲍德松

（浙江大学物理学系，浙江杭州310027）

提出了研究型物理实验课程的以内容为中心的站队式教学方法，介绍了该方法给本科实验教学带来的可行性效益.重点在4个方面进行了建设和探索：站队式教学模型、类别化课程内容、层次化教师队伍和自主性选课系统.

教学方法；课程建设；站队式；SRTP项目

1 引 言

在实验教学改革与建设中，谈论最多的是以学生为中心的教学改革，所以大家把许多资金和人力资源投入到网站建设、选课系统建设和考试改革上［1］.笔者对此有不同看法.其实，以学生为中心的教学改革更确切地说是一种教育目标.而对实验室来说，以实验内容为中心的教学改革才是实验室生存的根本.网站建设等固然重要，但是如果实验内容没建设好，再优秀的网站和选课系统也没用.因为让学生上网选课不是自主性选课，而是自由性选课，所以学生选课的自由往往受到许多限制，比如可选实验范围太小，个数太少，实验内容不适合该专业学生，等等.所以自由成了一种形式，更谈不上自主.主要原因是缺少以实验内容为中心来建设课程体系.本文研究的主要课题就是以内容为中心的站队式教学方法及研究型实验课程建设，该方式已应用在浙江大学“研究型物理实验”课程教学中，希望对实验课程建设的软实力发展做些有益的探索.

2 研究型物理实验课程建设保障

研究型物理实验课程是浙江大学物理实验中心的重点课程，对学生要求高，课程难度大，学习方法多，学生自主性强，每学期面向约400名学生开课.“研究型物理实验”课程要能更好地服务学生，关键在于实验内容和实验教学方法的改革.

本文提出的研究型实验课程建设的以内容为中心的站队式教学方法改革的保障有如下6点：

1）研究型物理实验课程本身就是一门不断探索的课程，课程不受外部因素影响，教学主动权和独立性比较大，授课方法可以因人而异.

2）研究型实验的前身是课题实验，它是在课题实验的基础上进行了扩展和改革.课题实验已经运行8年多了，它为研究型实验的顺利改革提供了坚强的保障.

3）从事研究型物理实验课程的教师队伍比较稳定，授课教师均有6年以上从事课题实验工作的经验.

4）实验中心已经在前期课题实验教学方法和教学内容的改革上取得了一定的成效.

5）课题实验课程内的学生在指导教师的带领下写了许多论文，取得了一定的成绩，为研究型实验课程的教学方法的改革打下了基础.

6）物理实验中心专门为每个研究型课程的学生研究小组拨了一定的研究经费，提供了良好的财力保障.

3 站队式的教学方法

研究型物理实验是浙江大学的优质课程，它主要面向全校理工科试验班学生开课.所以任务艰巨，教学质量的好坏直接影响学生的实践能力培养.如何开课，采用何种教学模式和方法是课程建设的重点.本文的研究对培养优秀学生的创新能力和健全课程建设至关重要［2］.本文提出的研究型物理实验课程的站队式教学方法是根据学生层次、专业和兴趣不同的分类法实验教学方法.特别是，实验课程内容被分成5个队列：课题队、项目队、探索队、设计队及高实队.每个队列有两名以上指导教师，学生先选队列（方向），再选课程内容（目标），最后选教师（对象）.学生经过分级进阶法获得并完成实验课程.这种教学方法因人而异，所以提高了学生的研究能力，激发了学生的创新兴趣.特别是因为这种方法的实施是让课程去适应学生，而不是让学生来适应课程，因此对提高学生的自主性和研究兴趣大有帮助.同时也拓展了课程内容［3］.

站队式的教学方法主要体现在4个方面：站队式的教学模型、类别化课程内容、层次化教师队伍和自主性选课系统.

3.1 站队式教学模型

站队式教学模型实现方法：首先，把实验课程内容分成课题队、项目队、探索队、设计队和高实队，教师排成A队，学生排成B队.然后，以实验课程内容为中心，教师和学生均根据自身特长站到自己喜欢并适合的实验课程内容队列，完成学生与教师的双向选择，使得教师在工作中更加得心应手，也使得学生找到了适合自己的实验内容和指导教师，有益于研究型实验课程的良好发展［4］.操作方法见图1.

图1 站队式教学方法

站队式的教学模型的优点有：

1）学生和教师自主性得到加强.

2）学生和教师可选实验内容的范围扩大了.

3）学生和教师研究的知识点更加细化了.

4）学生和教师的互动能力得到增强.

5）学生和教师的自主创新能力得到提升.

3.2 类别化课程内容

研究型实验的教学内容除了课题类实验外，还增加了项目类实验、探索类实验、设计类实验和高实类实验.这种分法不但细化了实验内容，让学生选择实验课程内容时一目了然，而且提高了实验效率，促进了实验室建设，使得管理更方便，维护更简单，排课更容易.特别是实验内容难易都有，学生可根据自己的能力来选择实验内容.真正做到了实验室与学生的双赢.

3.2.1 课题类研究实验

课题实验实行多向式教学方法.学生必须自己思考问题，自己摸索方向，自己搭建实验平台，自己设计实验进程，自己调配实验仪器，必须自己采购或加工必需的材料或仪器，必须自己去请教相关研究领域的院校教师，甚至自己开发所需仪器，同时也大大降低了指导教师在其中的权重.课题实验要求学生事事躬行，目的不仅是学习知识和做研究，还锻炼了学生的为人处事能力.

物理课题实验内容的建立采用交叉网状模式的仪器配置方法来实现，如图2所示.

图2 课题实验仪器系统建立的交叉网状模式

基于交叉网状模式，课题实验内容被分成了五大类：应用类课题实验、论证类课题实验、开发类课题实验、探讨类课题实验和验证类课题实验.课题实验内容的交叉网状模式不但使课题内容更加有条理，而且使学生在选择课题时更加清晰和明确.

课题实验实行多向式教学方法，见图3.多向式教学方法使得学生不仅仅在实验室里闭门造车，还要想方设法获得仪器厂家、研究所、网站、市场等各方面的帮助和指导.

多向式课题实验教学方法最大的功效在于充分发挥了学生的实践性、自主性和灵动性.让指导教师成了真正的“幕后推手”.

图3 多向式教学方法实施模型

3.2.2 项目类研究实验

项目类实验主要是指SRTP项目.SRTP项目就是大学生科研训练计划（Student research training program）的简称，是本科实践教育教学改革的重要举措之一，主要通过对学生立项，给予一定科研经费的资助，为本科生提供科研训练的机会，使学生尽早进入各专业科研领域，接触前沿科学，了解学科发展动态；增强学生创新意识，培养学生创新和实践动手能力；加强合作交流，培养团队协作精神，提高学生综合素质.

SRTP是浙江大学培养人才的长期计划，不仅要学生学习和掌握本专业的基本知识与技能，而且要学习具备创造性地解决所学专业领域内理论和实践问题的基本能力，它的培养目标与实验中心的研究型实验课程是完全一致的.SRTP项目与研究型实验课程结合，激发了学生的实验研究趣味，让实验内容变得更加充实.学生既完成了必修的实验内容，又完成了SRTP项目，一举两得，深受学生喜欢.

3.2.3 探索类研究实验

探索类实验是指能为学生提供广阔思考空间的实验.这些实验内容灵活多变，实验手段不一，实验方法众多.它能吸引学生的目光，让学生在学习过程中产生无限的想象，吸引学生去探索物理现象.比如：YAG激光光谱分析与研究、多介质法超声波干涉、迈克耳孙干涉仪测钠光波长实验方法改进、测量结果的不确定度评定等题目［5］.

通过这些探索类实验内容不断拓宽学生的视野，激励学生的创新意识.

3.2.4 设计类研究实验

设计类实验是一个开放的工作平台，主要培养学生的动手能力和开发能力.设计类实验的内容广泛，学生接触的同类仪器比较全面，便于学生学到更全面的知识.而且实验方法灵活，实验过程有趣，大大提高了学生的实验兴趣.比如：传感器应用实验设计、太阳能电池板性能比较实验设计、低温系列设计实验等，这些实验内容中大多是一个实验中包含了许多相关的其他实验内容.

设计类实验最大的特点是同一个实验内容由多台实验仪器完成.这些仪器既有进口仪器，又有国产仪器，还有自制仪器.所以大大拓展了学生的视野，增加了学生用多种方法测量同一物理量的能力.

设计类实验主要提高了学生的仪器开发和应用能力，增强了学生的实验趣味.

3.2.5 高实类研究实验

高实是高级实验的简称，高级实验主要指近代物理实验仪器系列组成的研究型实验，实验内容很经典，实验仪器比较复杂，特别受到理科类学生的喜欢.比如：彩虹全息、拉曼光谱测定及应用、铁氧体材料的g因子测定、离子溅射法制备金属薄膜研究、椭偏仪的应用和色度测量等.

高实类研究型实验最大的特点是实验系统比较复杂，仪器操作比较难.所以有一半时间消耗在熟悉仪器、实验原理和实验操作中.

高级实验是物理实验的重要组成部分，虽然实验内容比较局限，而且人所共知，但是它们对促进学生全面了解物理学知识大有帮助.特别是有些仪器还能在与其他实验仪器的组合应用中起到意想不到的作用.

3.3 层次化教师队伍

良好的实验教学队伍是保证实验教学正常运转的关键.每个教师都有适合自己的位置，各尽所能［6］.每位教师都有自己的特点，能根据自己的特点来从事或选择研究型实验内容才能促进实验课程的良好发展，才能更好地为学生服务.所以研究型实验提供给每位参与的教师选择实验内容的机会，教师可根据自己的特点自主选择实验，而不是指派式实验教学模式.一句话，就是把教师队伍根据实验内容进行层次化分类，把教师根据自身能力和特长分成几个层次，让每位教师找到合适的位置，找到能最大发挥能力的地方.这些层次因为是根据研究型实验内容来分类的，所以分别称做：课题层、项目层、探索层、设计层和高实层，如图4所示.

图4 教师队伍层次化

3.4 自主性选课系统

自主性选课主要表现在学生可以根据自己的需求来选择研究型实验内容，其关键在于站队，学生站在哪个队列就确定了研究的内容，也确定了指导教师.所有选课都在网上完成.网站页面系统如图5所示.整个界面操作简便，实验情况简单明了，内容细致精简.

图5 研究型实验课程选课系统界面

在网页上，学生只能看到研究型实验内容，而看不到指导教师.教师也只能看到研究型实验内容，而看不到哪位学生在选择实验内容，待全部选课完成后，系统自动建立了“教师—内容—学生”的关系.真正做到了以内容为中心的建设目标.

4 研究型物理实验课程的站队式教学方法的特色

研究型实验的以内容为中心的课程建设的优点有目共睹：

1）实现了实验课程内容多样化.

2）学生选课多渠道化.

3）全新站队式教学方法提高了课程的开放性.

4）按学生和教师层次排课.

5）站队式教学方法使师生无障碍交流.

6）提高了实验仪器的利用率.

研究型实验的以内容为中心的课程建设也取得了比较好的成效.实验课程建设取得了较大发展.研究型实验课程主要在教学方法、课程内容、教师队伍、学生选课和师生关系5个方面进行了改革，如表1所示，指导本科学生完成了论文和文章见表2，指导学生完成的SRTP项目见表3.

表1 原课程与现课程变化对比表

表2 近2年本科生在物理实验中心的研究型实验课程中论文统计表

表3 近2年指导学生完成的SRTP项目统计表

5 结束语

介绍了研究型实验课程建设情况，提出了研究型物理实验课程的以内容为中心的站队式教学方法，特别是站队式教学模型的新举措促进了研究型实验课程的新发展，讨论了4个以内容为中心的改革方案，不但提高了研究型实验的教学质量，激活了实验教学手段，提高了实验仪器的利用价值，丰富了实验教学内容，而且激发了学生研究潜能和创新精神，符合浙江大学作为研究型大学的需求.当然，该方法对学生和教师的要求也进一步提高，实验课程难度也有所提高，所以该方式较适合理工科类大学的物理实验室开展和应用.

［1］ 陈洪山，陈水桥.从红外成像实验谈物理实验建设思想［J］.江西科学，2005，23（5）：645－648.

［2］ 刘燕，周岚，胡经国.大学物理实验教学改革的探索与实践［J］.实验室研究与探索，2009，28（11）：171－172.

［3］ 陈水桥，陈洪山.物理实验研究性课题式教学方法的实现与探讨［J］.物理实验，2008，28（6）：18－21.

［4］ 张锐波，沈剑峰，杜金潮.大学物理实验创新教学［J］.实验室研究与探索.2010，29（1）：80－82.

［5］ 陈守川.大学物理实验教程［M］.杭州：浙江大学出版社，1995.

［6］ 陈水桥，王鲲，陈洪山.浅谈如何合理性选配和组建物理实验仪器系统［J］.物理实验，2006，26（8）：16－19.

Study on the content－oriented standing－in－line teaching method of exploring physics experiment

CHEN Shui－qiao，LI Hai－yang，CHEN Hong－shan，CHEN Hong－yu，BAO De－song
（Department of Physics，Zhejiang University，Hangzhou 310027，China）

Content－oriented standing－in－line teaching method of exploring physics experiments and its advantages to undergraduate experiment teaching were introduced.The construction and investigation of the content－oriented standing－in－line method were discussed in four aspects：standing－in－line teaching pattern，classified course contents，categorization of teachers’roles and autonomous course selection.

teaching method；course construct；stand－in－line pattern；SRTP project

G642.423

A

1005－4642（2012）11－0019－04

［责任编辑：尹冬梅］

“第7届全国高等学校物理实验教学研讨会”论文

2012－03－13

浙江大学2011年度教学方法改革研究项目（No.sy－1）

陈水桥（1971－），男，浙江湖州人，浙江大学高级工程师，硕士，从事物理实验教学与实验技术研究.