阶梯分专业式大学物理实验课程的教学研究

余雪里，周帼红，李端勇，张 昱，秦平力

（武汉工程大学，湖北 武汉 430073）

大学物理实验课程是大学生进入大学的第一门实验课程，是作为实验技能训练的开端和后续专业实验课的基础。如何提高工科大学物理实验课程的教学质量，是一个很值得探索的问题。近年来，不少院校在实验教学改革方面做了许多改进工作，如开设设计性物理实验；改革实验考核方式；开放实验室等，这些改革无疑对提高实验教学质量和学生实验能力有一定的帮助[1－3]。但这些改革依旧只是在原来的实验项目设置上做了调整，没有针对学生的实验基本情况和不同专业的学生的不同需求而做出颠覆性的变革，大学物理实验如何于专业实验的巧妙结合，是物理实验课程需要解决的难题，也是在新的形势下物理实验课程能否体现新的生命力的关键所在[4]。

1 兴趣和创新在大学物理实验过程中的重要性

众所周知，钱学森的未解 “世纪之问”——中国为什么出不了杰出人才？已经成为我国教育研究者心中永久的痛。归根结底，问题的关键还是中国大学的一流设施培养不出一流的人才，而创新能力的启蒙培育是症结所在。这恰是可以通过大学物理实验课程来实现的。所以，要回答这个问题，必须从大学物理实验的基础教育的改革中去寻觅答案。

大学物理实验课程的目的就是要通过实验丰富和活跃学生的思想，培养他们对科学技术现象的观察分析能力，从而引导学生了解事物表象后面的科学规律。创新是科学技术进步与发展的推动力，而兴趣则是创新之本。创新与兴趣是相辅相成的。兴趣可以说是创新的“催化剂”，而创新则是兴趣更高层次的展现。爱因斯坦也曾说过：热爱是最好的老师。其实，在进入大学前，许多学生是非常希望做物理实验的，他们对物理实验的兴趣源于对日常生活中的一些现象的困惑。令人悲哀的是，到了大学阶段，在这个更需要激情与创造的阶段，许多学生却对大学物理实验失去了兴趣，甚至相当多的学生对其还有些抗拒。这与物理实验课程的初衷是背道而驰的，也正说明了大学物理实验课程需要彻底的变革。

2 大学物理实验教学现状

大学物理实验课程既是学生进入科学实验殿堂的向导，也是学生从事其他实验的基础。它在引导学生深入观察各种自然现象，培养学生独自开展科学实验的能力方面是其它课程无法比拟的。故而，其教学的成败直接影响着学生对其它后续实验课程的兴趣。目前，大学物理实验课程教学中显然存在一些问题。一方面，实验教学资源跟不上不断扩大招生规模的学生数量的变化，导致实验仪器紧缺与陈旧，以致多名学生共用一套仪器，甚至本该由学生动手操作的实验变成了演示实验。另一方面，许多院校在更新实验仪器时，盲目追求现代化、智能化，大大简化了实验操作过程，使大学物理实验趋于傻瓜化，几步简单的操作就可以完成一个实验。如果说前者是硬件问题，那后者这是软件问题，危害则更大。所以，硬环境虽重要，但创新型人才培养的关键在软环境，过多的关注于硬环境，只能是南辕北辙。

在当前实验教学中，从大纲、教材以及实验项目的设置，对学生的约束力太大，这样不利于学生发挥其主观能动性。如何积极调动大学生在实验过程中的积极性和自主性，是大学物理实验教学改革首要解决的问题。首先，大学生是来自于五湖四海，有城市的，乡村的，甚至有的还来自偏远的山区，他们对物理实验的认知和知识水平大相径庭。而现在大学物理实验项目的设置却一成不变，已不适合学生的水平和需求，再加上教学方法又不当，雪上加霜，这就造成了目前的困境。实际上，大学物理实验教学是可以分阶梯式进行教学的，其目的不仅要完成教学计划，更要满足大学生生存和发展的需求，其重要作用在于保持大学生对未知世界的好奇与探索之心。

当前，我国高等教育人才培养模式是以学科专业教育为中心，往往注重实验理论教学，而忽视实验操作教学，即学生实际动手能力的培养。这就导致在实验实际教学过程中的理论与实践严重脱节，常常使得学生无法将理论知识与实验过程联系起来，一些学生就会感到困惑，久而久之，学生的厌倦情绪就会油然而生。由此可见，兴趣的缺失才是大学物理实验教学的真正症结。

3 工科物理实验的教学改革探讨

物理是一门建立在实验基础上的自然科学，大学物理实验是学生打开这座科学宝库的钥匙。因此，大学物理实验教学不仅要了解其课程教学大纲的要求，还要把握学生对其愿望之所在，要利用学生对自然现象的好奇心和对科学知识的求知欲，把学生的学习兴趣充分调动起来，使之成为乐于实验、勇于探究、敢于创新的终身学习者。大学大规模的扩招使得现在的大学生的年龄越来越小，知识基础越来越薄弱，理解能力也较差。过分严谨、脱离学生的理解水平的实验教学，如同揠苗助长一样，欲速则不达，会适得其反，挫伤学习积极性，这是造成很多学生丧失学习兴趣的原因之一。新的物理实验教学，要改变把过分严格的概念规律抛给学生的做法，使物理实验教学贴近学生的实际能力和水平。为了实现这些目标，我们应从多方面入手，进行发展学生学习兴趣的探索。

大学物理实验教学的内容非常丰富，可以多层次展现。对于不同的教学时期，应该具有明显的层次差异。这样，对于学生来说，实验过程就会很顺利，自己得到了肯定，会获得一定的自信心，也会更加相信实验方法。否则，学生对实验的信心大减，使学生怀疑自己的能力而丧失自信心。而阶梯分专业式物理实验课程的设计可以很好的解决这个问题。

（1）大学物理实验课程设计的第一阶梯应是基础物理实验项目，其要求是设置一些基本简单的物理实验操作，既于高中内容能很好的衔接，也可以为后面的大学物理实验进行知识储备，起到承上启下的作用。

在大学的各门课程中，“物理难学”是众口一词，而物理实验则是有趣、易懂，对物理基本理论的理解有很好的示范作用。但实验设置不合理而导致的反复失败，则会使学生失去信心而放弃物理实验学习。这就要求我们：必须尊重学生的现有知识结构水平，从学生的实际水平出发而设计实验项目。调查研究表明，学生降低物理实验学习兴趣的原因之一就是对大学物理实验学习的信心不足。如：在实验过程中，我们发现有的学生连最基本的实验测量仪器都不会使用与读数，而在后面的实验项目中又要广泛的应用。如果按照传统的方式，直接由教学大纲安排实验，就会影响学生的实验激情，打击学生的信心。当然，有的人可能会说：这是高中物理实验教学的缺失，与大学物理实验教学无关。道理虽如此，但“因材施教”是教育工作者应该明白的最浅显的道理。但如果我们为了让学生了解、掌握实验测量仪器的使用与读数，而专门开设一个实验项目是有困难的，这也完全背离了大学物理实验大纲。这就要求我们对物理实验项目有新的变革。如我们可以开设验证阿基米德定律的补充实验，在实验过程中，我们可以给出不同的液体和不同形状的物块，要求学生先确定液体或物块的密度，即密度的测量。如此，我们就巧妙地把各种实验测量仪器的使用与读数结合起来了，也很好的与高中内容联系起来了，学生的兴趣也就调动起来了。

（2）大学物理实验课程设计的第二阶梯应该是普通物理实验的综合部分，即按教学大纲来安排实验项目，但最好是把同类或类似放在一起开设，这样更有启发性，同时要注意对不同专业的学生设计相关的实验项目，以便为其后的专业课程打基础，实验项目的一脉相承更有利于创新。

物理课程的内容跨度很大，包含力、热、光、电、磁和近代部分，各实验技术有其自己的特点。比如，对某物理量可直接测量也可通过间接方法测量（如“比较”法、“补偿”法等），而这些技术在其它后续的专业实验或更高级实验技术中都要用到。传统的实验教学过程对这些具体的实验技术的讲授犹如蜻蜓点水，甚至轻轻带过，且把相关实验分立开来，致使学生只能得到零星知识，印象并不深刻。但，如果我们在实验教学中注意系统归纳讲授实验技术，在实验教学中围绕某一种技术或某一专业去安排相应的实验训练，学生对大学物理实验技术的特色就会有较深刻的掌握。即对于同性质实验放在一起开设（如电阻的测量有伏安法、惠更斯电桥法等等），让学生对电阻的测量方法有更加深刻的认识和体会，也有利于知识的融会贯通，起到事半功倍的效果。另外，对不同专业的学生要有针对性，这样才能让学生身临其境的体会到物理实验的有用性。如有些以光学为主的实验，就可以专门对光信息专业的学生开放；与力学有联系的实验就对机械学院的学生开放等等。如此，相关专业的学生肯定感兴趣，兴趣和实验结合在一起，创新就成了有源之水，成功也就有了基础。如果在实验教学中，我们能做到有计划且合理地安排，相信对不同专业学生的实验和创造性能力的培养是大有益处的。大学物理实验对其后续的专业实验就有所帮助。只有这样，学生才有兴趣专注于大学物理实验过程。

另外，物理实验教学内容还要有时代性，适应学生的认知需求，这是让学生产生兴趣的重要因素。如当下电子信息技术及其相关的IT技术开始受到公众瞩目时，物理实验应该主动适应社会的需求，设置一些与其有关的实验项目。我们必须加强关于物理实验教学应该满足学生对知识需求的观念。

（3）大学物理实验课程设计的第三阶梯应该是近代物理实验的提高部分，此部分的实验项目对学生要更加自由与开放，不预设任何前提，没有限制与约束，充分发挥各个学生的想像和创造空间。

近代物理实验教学中设置的学生实验项目，应改变过去教科书上单一的、验证性的特点，要突出“探究”的学习方式，更不能以失败论英雄。物理实验教学不同于其他学科，除了知识和技能的传授外，还需要培养学生的探索兴趣与能力、良好思维习惯和创新意识，使其树立正确的科学观，即从掌握科学知识向理解科学过程的转变，从知识积累向探求知识的转变。因此，该部分要选择以探究的方式来处理学生的学习活动。只有这样，学生学习的积极性才容易调动，好奇心才能得以保持。通过探究方式的亲身体验，才能让学生获得感悟，才能使学生真正掌握科学的研究方法。

（4）物理实验课程设计的第四阶梯应该是课外实验创作部分，其目的是希望通过以上阶段的实验训练，能调动学生的创造积极性，能对现有实验装置进行改进或为解决某一问题而自己组装实验仪器。

把实验装置的自组装和制作引进课堂，这是我国培养创新型人才发展的战略需要，也是实验教学过程的最终目标。各种简单的科学制作比科学器材本身更原始、质朴，能直接、简练地反映科学技术的本质，更容易为学生理解。各种实验器材由学生亲手制造、亲手操作，可以拨开科学器材神秘的面纱，增加了学生对科学的亲近感。

4 结 论

大学物理实验课程目前面临的最大困境还是大学生在实验过程中的兴趣不足，而阶梯分专业式物理实验课程的设计就是针对当前物理实验教学对学生吸引力下降而因地制宜的一种变革方法，既可以提高学生对物理实验的兴趣，也可以培养学生的综合实验能力，更为创新型人才的培养提供了一种可尝试的新方法，具有一定的参考价值。

[1]贺雅奇.多学科跨专业物理实验教学研究[J].大学物理实验，2007（2）：71－74.

[2]余雪里，李端勇，张昱，秦平力.大学物理实验课的综合成绩评定[J].物理通报，2010（3）：11－13.

[3]张娟.大学物理开放室管理工作的体会[J].大学物理实验，2010（4）.

[4]谭保华.工科大学物理实验探讨与优化[J].大学物理实验，2010（3）.