充分利用综合性实验培养学生的综合素质

邢红宏， 梁承红， 张纪磊

（海军航空工程学院基础实验部理化实验中心，山东烟台 264001）

0 引言

实验教学是培养学生综合素质和创新能力的重要手段，而大学物理实验作为一门必修基础实践课，是学生进入大学以后接受系统实验方法和实验技能的开端［1］。随着时代的发展和科学技术的进步，物理实验教学中的新理念、新内容、新手段不断涌现，实验课不再依赖理论课，逐渐成为独立于理论课而自行发展的新体系。实验项目也不再以传统的力、热、电、光、原子和近代物理来划分，而是按照教学内容和训练方式将课程结构分为基础性实验、综合性实验、设计性和自主性实验及创新实践活动四个教学层次，各个层次各有侧重［2-4］。在综合实验阶段，由于实验项目不仅包含一些经典物理实验，也涉及物理前沿问题和当前的高新技术，项目多学生自主选择范围大，授课方式也以学生自主实操为主，对于培养学生的综合素质将起到重要的作用，在大学物理实验中占的比重越来越大，日益受到重视。

1 综合性实验设置的意义

在基础性实验阶段本着囊括基本物理量的测量、基本实验仪器的使用、基本实验技能的训练和基本测量方法等内容，选择实验项目涵盖力、电、光等方面，不求高、新、尖，但要充分展现基础性、实践性。像示波器的使用、干涉法测几何量等，教师的讲解可以面面俱到，要对学生进行超常规的基本物理实验技能的严格训练，确保学生熟悉实验室的规定及实验课的流程、掌握实验数据的处理方法，能够独立完成实验报告，使学生具备一定的实验能力。基础性实验阶段的主要任务就是打牢基础，但是学生的培养只停留在这个阶段，仅仅满足于在教师抱着走的前提下完成一些常规的实验项目，对学生动手能力的锻炼和综合素质的提高显然是不够的。按照人才培养方案及大学物理实验课程标准的要求，在完成基础性实验后将进入综合性实验的学习。

综合性实验是指在学生具有一定基础知识和基本操作技能的基础上运用某一课程或多门课程的综合知识，对学生实验技能和实验方法进行综合训练的一种复合性实验［5-6］。通俗地讲综合性实验要求在两个方面具有综合性：①在知识点上要有综合性，内容涉及一门课程的两个主要章节以上的多个知识点或两门以上相关课程的综合知识;② 在实验手段上要有综合性，所使用的实验仪器和实验手段应包括物理学两个或两个以上的分支，学生需要应用不同的知识和不同的实验技能才能完成［7］。因此综合性实验要求学生具有一定基础知识和基本操作技能后才开设，主要是培养学生的综合分析能力、实验动手能力、数据处理能力、查阅资料能力、运用多学科知识解决问题的能力［8］。综合性实验所体现出的实验内容的复合性、实验方法的多元性、实验手段的多样性、人才培养的综合性［9］，更有助于展现大学物理实验在培养学生动手能力和综合素质方面的重要作用。

纵观近代物理基础性实验的发展，可以清楚地看到：物理实验是新理论、新技术、新仪器发明的先导与源泉，它不仅推动物理学科本身的发展，而且是其他相关学科革命的动力。如果把对近代物理学发展和对现代科技有重要影响的实验项目引入实践教学环节，将会大大丰富物理实验课程的教学内涵与提升物理实验课程的整体水平，对于培养学生的综合素质将起到很好的作用。由于基础性实验阶段的主要目的是给学生夯实基础，因此实验项目的选择难免会把侧重点落在基础上，演示性、验证性的实验项目偏多［10］。综合性实验学时多，更适合安排这些实验项目。从这个意义上说，综合性的大学物理实验在创造性思维的培养中，具有得天独厚的优势［11］。综合性实验的授课方式以教师引导学生自主实操为主，把学生推到了教学的主体地位，有利于充分调动学生的学习积极性，并且由于我们在实验项目选择上的匠心独具，会使学生在实验过程中发现所学的理论知识在实践中得到运用，各学科的知识也是相互联系而不是孤立的，势必增强学生学习的自主性，让教学过程形成良性循环，学生的综合素质也得到稳步提高。

2 综合性实验的实施

2.1 实验项目的选择

综合性实验开设的目的是巩固学生在此之前的学习成果，进一步学习近代物理各个领域的知识、技术和方法，使学生掌握较为复杂、精密、现代化仪器的操作，培养学生综合运用知识的能力。所以设置的实验项目不仅要精、还要紧跟时代的进步，有助于更好地激发学生的学习热情与强烈的求知欲，开阔学生的眼界和思路。因此为使学生了解新技术和新方法，我们开设了传感器综合实验、磁阻效应、核磁共振等;为使学生掌握较为复杂和精密仪器的使用，我们相应的选择了激光干涉调制通信、双棱镜干涉实验;高温超导实验、黑体辐射、CCD光栅光谱仪等实验则充分地利用了计算机技术。总之，选择综合实验项目要从多个角度出发，基本原则就是充实和活跃学生的物理思想，培养学生在比较复杂的条件下，观察现象、测试数据、处理数据、综合判断、解决问题的综合分析能力，使学生的实验综合素质得到加强。

2.2 教学模式和方法选择

和基础实验相比，综合性实验应充分尊重学生特长，鼓励学生个性发展，从传授知识转变到侧重培养学生的综合实验能力。可指导学生选择切合专业特点和本身感兴趣的实验项目，为专业学习作铺垫。大学物理综合性实验共有20个实验项目，学生可根据自己的兴趣和专业特点从中选择4个项目，每个项目3学时。按照课程标准，大学物理综合实验要求在教师指导下，由学生独立完成每一个实验，每个综合性实验就是一个小课题。教师不再像基础和基本实验采取全面讲解的模式，授课方式以学生自主实操为主，真正体现以学生为中心、由教师加以引导的综合实验教学模式［12］。为了达到良好的教学效果，教师须抓住课前预习、课中实操、课后总结三个环节。

教师在实验前可通过校园网详细介绍各个综合性实验项目涉及的相关基础学科或交叉学科的内容和知识、所用实验仪器的结构和性能参数，推荐相关参考资料，还通过网上选课系统设置了针对每个实验项目的预习题，涵盖实验原理、实验仪器、实验内容及实验数据处理等相关内容，学生只有通过了预习题的测试才能选择相应的实验项目，并且要求学生就仪器的选择、实验方法采用、实验过程中应注意的问题等方面写出预习报告，以这样的方式督促学生课前查阅资料进行准备，在于调动学生自身的主动性，使其自觉学习和运用不同领域的知识。凡事预则立，充分的预习是课内高效率地独立完成实验的基础。

课内实操是完成实验的关键。实验前教师首先请学生详细阅读自己所做项目的实验说明书，修改预习报告，特别强调需要关注针对该项目实验操作过程中的注意事项，对实验流程确实是心中有数了才可以开始实验。在实验进程中，教师应注重启发引导，根据实验过程的具体进展情况以及出现的问题，有针对性地组织学生讨论，鼓励学生在实验中多动脑筋、独立思考，形成学生主动参与、教师解答指导的互动式教学氛围。学生能力的提高是从不断发现问题、解决问题中锻炼出来的，因此一定要让学生切切实实地进行实际操作，不能光看不练。综合性实验的结果对学生能力的依赖程度更高，需要学生一丝不苟地操作，对于实验现象学生要认真观察，尤其是对于出现的与理论结果不符的情况更要追根溯源，不放过一个小的细节，不要笼统地以为是实验误差就打发了，或是随意更改实验数据应付，每种现象的出现都是有其原因的，引导学生从多角度仔细分析原因，才能锻炼学生综合运用多种知识分析解决问题的能力，提升学生的综合素质［13］。

实验后的归纳、反思、总结是实验的重要环节。学生在实验室操作时由于受学时所限，基本上都是把重心放在如何在规定时间内完成实验，对解决实验过程中出现的问题也缺乏深入思考，实验结束后不进行及时的总结，无法给学生留下深刻的印象，时间长了难免会有遗忘和混淆的情况。综合性实验对学生的要求不是仅仅完成完整的实验报告即可，更注重于学生实验过程中对问题处理时的所思所想，要求学生对实验进行总结，比如是如何发现问题，分析问题，运用了哪些相关知识解决问题，是否还有更好的解决方法，同样的实验项目是否还有不同的实验方法，相应的知识和方法还可以用在哪些实验项目和实际生活中。在做完每一个实验后进行这样的提炼和感悟，才能真正锻炼学生理论联系实际的能力和创新精神，使学生的实验技能和综合素质得到更好的培养。

3 结语

综合性实验项目的选择比较关键，应立足于综合实验的界定标准，选择实验规模适中。规模太小，达不到锻炼;规模太大，则会受限于学时数而使实验流于形式。另外还应注意在实验内容、实验材料、实验技术和方法等方面对综合实验进行适时改革更新，增强实验教学的时效性、实用性和先进性［14-15］。在对学生的综合实验进行评价时不应局限于是否有理想的结果，可以把关注点放在学生在整个实验过程中分析问题、解决问题、理论联系实际等方面的表现。

总之，只有在项目选择、教学模式、评价方式等方面体现出综合性实验的特点，才能使综合实验确实发挥培养学生综合素质的功能，提升大学物理实验在人才培养方面的作用。

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