工科大学物理实验课程教学改革尝试和研究

王征　朱祥

摘要：简述了郑州轻工业学院物理实验教学改革的新进展，详细论述了物理实验教学在大学教学中的定位、作用以及课程体系和教学方法的改革，并将实验教学与应用实践相结合，开拓了学生创新素质培养物理实验教学新的教学模式。

关键词：物理实验；教学改革；创新能力

中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）24-0076-02

物理实验课教学是高等理工科院校对学生进行科学实验基本训练的必修基础课程，是本科生接受系统实验方法和实验技能训练的开端。在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面具有其他实践类课程不可替代的作用。[1，2]郑州轻工业学院十分重视大学物理实验课程的教学和建设，物理实验中心为河南省实验教学示范中心。为提高物理实验教学质量，对课程的教学内容、教学体系进行调整和改革，将基础物理实验分为基础实验、提高性实验、综合性实验和课题型应用性研究实验，建立了新的教学模式，提高了学生的动手能力和实验素质。

一、实验教学定位与规划

大学物理实验是全校理工科院系各专业学生的一门重要的必修基础课。物理实验课程不仅为提高学生的实验基本技能打下了良好的基础，而且可以培养学生的思维方法、研究能力和创新精神。[3，4]更新教学观念，是深化教学改革的前提和保证；转变人才培养模式，是全面推进素质教育和深化教学改革的核心问题。根据高等学校人才培养目标要求，实验中心确立了实验教学理念和实验教学定位。

1.理念定位

将实验教学与理论教学相结合，通过物理实验更深入地了解和掌握物理学基本规律与原理；能力培养与素质提高相结合，强调严谨的科学态度，实验操作和实验报告都要一丝不苟。课程实验与工程训练、创新设计、科学研究有机结合，建立创新素质培养课题型物理实验。以学生为本，知识、能力、素质协调发展，培养具有实验创新能力的应用型人才。

2.地位定位

把实验教学作为提高教学质量、培养创新型应用人才的基础性工作，把实验室作为校内理工科专业学生基本实践能力和创新能力培养的主要基地。

3.目标定位

以省级实验教学示范中心为契机，面向应用、注重实践、强化能力、培育创新型应用人才；建设一支观念新、素质高、能力强的教师队伍；深化课程体系、教学模式、教学内容、教学方法改革。

二、实验教学改革

传统的物理实验教学，教学内容陈旧，教学方法和手段较落后，已不能适应新时期人才培养的要求。近年来，郑州轻工业学院物理实验课程教学改革一直在不间断进行，结合学院实际情况制定了适合自身特点的物理实验教学方案，并分步实施。

1.课程体系改革

郑州轻工业学院是以工科为主的学校，绝大部分专业为工科，涉及电气、自动化、机电工程、化工、计算机、食品工程、电子科技、材料等方向；学生的基础实验能力培养十分重要，对物理实验教学要求较高。物理实验课程结构必须以基础为核心，确保基础实验教学任务的落实和完成。在此基础上开出一定数量的综合应用性、设计性实验和研究探索性实验，以拓宽学生的知识面，激发学生的学习兴趣，启迪学生的创新思维，为基础和专业实验架起桥梁。主干课程结构的设置分为四个台阶：[5]第一台阶——基础实验部分。主要包括基础实验理论（实验误差和数据处理，占课程比例的10%左右）和基础实验（占课程比例的30%左右）。基础实验主要包括基本测量方法及基本仪器操作，多数实验项目以技能性实验内容为主，例如转动惯量的测量实验、分光计的调整使用实验等。第二台阶——提高性实验部分。占课程比例的20%左右。实验项目无论是内容还是涉及的仪器操作都高于基础实验，内容更为丰富，仪器种类增加，复杂程度有所提高，例如声速测量综合实验、霍尔效应实验等。第三台阶——综合应用性实验部分。占课程比例的20%左右。该部分实验为系列实验，内容以物理原理为基础，向近现代科学技术领域延伸。实验内容由浅入深，逐步渐进，涵盖了3～4个实验内容，进行系统训练，学时为10～12个，例如电光声光磁光效应实验、多用电表设计改装实验等。第四台阶——设计性实验部分。占课程比例的20%左右。在完成上述三个台阶层次的实验教学基础上，根据学生的知识水平和操作能力，选出4～6项设计性实验内容，学生可以根据自身专业特点和兴趣选取一项学习，从实验方案、资料收集、仪器选择、线路设计与制作到测试与数据处理全过程独立完成，每项实验学时为10～12个左右，例如热力学综合实验、电学综合实验、光学综合实验。在实验教学实施过程中，基础实验、提高性实验必做，综合性、设计性实验选做，形成基本实验分层次、综合设计性实验分专业、分系列的项目体系和教学模式。

除主干课程外，另设置有辅助性教学手段，主要包括：一是引入网络环境支持的计算机仿真物理实验远程教学系统。该系统有丰富的实验项目资源和良好的操作界面，是一种新型实验环境和教学手段。学生在任何时间和任一地点均可上线学习，全面开放，任意选择，是主干实验课程的有效扩展和补充，它可以帮助学生预习实验课程，深化教学内容。二是全面开放“物理演示与探索实验室”。学生可以随时进入实验室观察丰富多彩的实验现象，操作演示实验仪器，研究实验原理，提出演示实验仪器设计新思路、新方案等。三是开出部分近代与综合应用物理实验供学生自选。

2.教学方法与手段改革

转变传统实验教学观念：改变以教师为主体、系统讲解、全程指导、学生被动接受的教学模式，形成以学生为主体、全面开放实验室和实验项目、由学生自主选择、教师讲解、指导结合课堂讨论、发表见解等多形式的引导启发式教学模式。实施多元化实验教学方案：实验教学全面推行多媒体课件授课，增加信息量，丰富实验项目内涵。引入网络化仿真实验，提高实验预习效果及观察探索研究性实验，多方位、多角度提高学生的实验能力。全面推行网络选课：改变传统实验教学由教师统一分组、统一安排实验内容和时间的做法，在完成教学大纲规定学时的前提下，凡选做实验将全部实验由学生根据个人专业特点、兴趣自主选择，充分调动学生的学习兴趣和实验操作积极性。在实验教学中，充分利用各种工具软件进行自主实验设计，如MATLAB、Pspice、Labview等，这些工具软件是工程应用中的常用工具，使学生更好地理解设计参数对实验结果及设计结果的影响，加强学生对实验的理解，培养学生的工程设计能力。推行实验教学多元化考试方法：根据新的课程体系要求，制定科学合理的实验考试细则、每个阶段采取不同的考核方式和要求。第一、二台阶实验教学：实施实验基本理论和操作测试；第三台阶研究性物理实验教学：要求学生在完成系列实验后提交專题实验论文；第四台阶：要求学生提交设计性实验报告书（统一模板）及相关设计成果。

三、实验教学与应用实践相结合，提高学生创新能力

实验中心始终重视实验教学、科研和工程实践的紧密结合。积极组织优秀高年级学生和广大青年教师联合申报校内各种创新素质培养项目，并免费开放实验室各种仪器设备，激励学生和教师参与自主性实验的开发，充分调动学生学习的积极性，提高青年教师的业务水平。为了培养学生的工程应用能力和创新意识，让学生贴近工程实践，实验中心成立了“电子工坊”科技小组。由指导教师提出课题，例如“飞思卡尔”智能车制作、太阳能充电装置的研究等，让学生运用在实验教学中获得的基础理论和各项技能提出设计思路并亲自动手实现，激发了学生强烈的实践求知欲和主动思考、勇于创新的能力。

四、结束语

物理实验教学改革体现了以学生为中心，以专业为指引，因材施教，使学生的求知欲望得到了满足；利用基础实验提高了学生的基本实验理论和技术水平，利用高阶实验夯实了学生的专业实验基础，学生学有兴趣、术有专攻，最大限度地调动了学生的学习积极性和主动性，大幅度提高了物理实验的教学质量和学生的创新能力。这些有益尝试在省级实验示范中心申请过程中得到专家一致好评，并顺利获得立项。

参考文献：

[1]任洪梅.在物理实验教学中培养学生的创新思维能力[J].中国电力教育，2008，（2）：97-98.

[2]吕斯骅，段家忯.全面改革物理实验教学体系与内容 培养有坚实基础的创新人才[J].大学物理，2003，22（1）：34-36.

[3]徐志君.面向21世纪物理课程改革和发展的思考[J].实验室研究与探索，1997，（5）：1-3.

[4]凌银海.自主物理实验的运行和作用[J].实验室研究与探索，2002，21（5）：26-28.

[5]吕斯骅.基础物理实验选题问题[J].大学物理，2006，25（5）：1-3.

（责任编辑：孙晴）