基于层次化物理实验教学的改革与探索

侯秀芳 陈亮

【摘要】以培养学生实验能力和实验创新能力为核心，结合学生的专业类别，对基于层次化物理实验教学进行了改革与探索，提出层次化、系列化、多样化的教学体系，满足了不同层次、不同专业学生对实验能力和创新能力培养的需要。

【关键词】物理实验改革探索系列化层次化多样化

【基金项目】河南理工大学校教改重点项目“理工科院校物理实验分类教学体系研究与实践”。

【中图分类号】O4-33 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）06-0156-02

大学物理实验是大学实验课程中的第一门实践性课程,开设该课程的目的不仅是让学生受到严格、系统的实验技能训练,掌握科学实验的基本知识、方法和技巧,而且可以巩固所学理论知识,培养学生理论联系实际、分析和解决实际问题的能力,培养学生严谨的科学思维能力和创新精神,特别是与科学技术发展相适应的综合能力。但是在建立高校物理实验教学体系时，专业需求差异、学生认知发展水平差异以及实验资源利用率的差异等因素必须考虑在内，用一种统一的模式，对学生进行不加区别的物理实验教学是难以实现预期效果的。为此我们结合学生的专业类别和培养目标，对基于分层次与创新培养的物理实验教学改革进行探索。

1.大学物理实验教学体系改革的必要性

目前，国内高校中实验教学内容体系形式上主要有两种：一种是分层次实验体系，如上海交通大学将物理实验分为基础训练物理实验；基本物理实验；综合设计性物理实验；理科物理实验；近代物理实验。另一种是分级实验体系，如中国科学技术大学的四级实验教学体系，打破力、热、电、光、普物与近物的界限，将物理实验分为一、二、三、四级物理实验。这两种实验教学体系其实质是相同的，都是以实验的重要性及实验的难易程度为重点，将实验分为不同层次。这种分层教学体系并没有考虑学生的专业方向和将要达到的不同的培养标准，不同专业类型的学生接受的物理实验训练内容依然相同。

2.基于层次化物理实验教学的改革探索

2.1层次化

2.1.1教学内容层次化

为了适应新形式的要求，在教學内容上删除一些陈旧的实验项目，增加一些反映新技术的实验项目。同时将实验项目层次化，将实验项目分为三个层次。

首先是基础实验，此实验教学阶段着重于对学生物理实验基本知识的培养，基本仪器的使用。通过基本实验技能培养，学生掌握各种常用仪器的用途、用法并能熟练使用：掌握基本的操作技巧，熟悉基本实验方法，掌握基本物理量的基本测量方法。其次是综合实验，综合实验提高了仪器设备的复杂程度，提供了许多内容广泛、实验类型齐全、综合性较强，难度较大的实验项目，及时将物理学前沿内容、科研成果经过浓缩提炼转化到实验教学中。许多实验采用了计算机数据处理、数字示波器、传感器等现代化的实验技术。最后是设计实验，设计性实验的最大特点是补充了代表当代物理学发展的实验内容、实验方法和手段。因此开出了传感器系列实验、相片的摄制及图片处理系列实验和微波系列实验等。设计性实验与当今科学技术飞速发展是分不开的，特别是半导体、激光、材料、微电子、计算机等科学和技术的发展,加快了知识更新的速度，新时代要求将与物理学密切相关的新内容、新技术、新方法及时地传授给学生。

2.1.2教学过程的层次化

在对实验项目层次化以后，首先完成必做的基础、综合和设计实验。对于必做的基础或基本实验，我们的要求并不放松,在教学方式、方法上也作了改革尝试：首先，对于一些最基本的实验采用实验室开放的方式来进行。然后对本学期所有开设的实验,分期开放相应的实验室，为学生提供预习实验的良好条件。除此之外，还利用课程网站提供预习方式。在保证有良好预习实验的前提下，我们尝试着改革了目前的教学方法，在学生进入实验室后，指导教师首先检查他们的预习情况，包括提问实验目的、原理、仪器、步骤等部分内容，其次检查预习报告，在合格的情况下学生开始进行实验，指导教师不进行原理、仪器、步骤等内容的详细讲解，只是对该实验的一些注意事项进行强调，避免出现不必要的错误，损坏实验仪器。课程前段时间，要求学生自主实验，互相不要交流，有问题由指导教师帮助解决，在课程后半部分时间，允许学生相互交流，交流实验的体会、过程，讨论实验内容和步骤，完善实验数据。指导教师在指导过程中，一般只进行提示指导，不帮助具体的操作。所有的实验内容一般均由学生独立完成。

另外，在规定的实验项目完成后还有部分实验项目可供选做，实验教学方法开放，在实验进行的过程中，教师只负责提供实验条件、指导咨询及课堂纪律检查等，具体的实验步骤、数据采集及取舍直至做完实验完成报告，均由学生独立完成。其目的就是通过开放性实验的实践,培养锻炼学生把已经学过的知识综合、提高，全面灵活地加以运用和发挥，以此来培养学生的创新精神和发现问题、分析问题的能力。

2.1.3教师队伍的层次化

为了统筹兼顾各层次的学生都受到良好的实验训练，确定的物理实验项目对学科分布、不同专业更具有针对性，因此需要教师不仅具有熟练的实验技能，还要掌握多方面的相关知识，同时增加了他们的工作量和教学精力，为了使指导教师把精力主要放在指导进行研究性课题的学生方面，可采用研究生或高年级本科生协助指导一般实验的方法，降低指导教师的工作量。同时,完成研究性课题的学生可由其它教师指导，并给予相应的工作量，减少了实验课指导教师的工作压力。这就迫使教师要加强自身修养，努力提高自身工作能力。

2.2.系列化

按同一物理现象(原理)观测(验证)的多种方法和同一物理方法多种应用的一组实验组成实验系列模块。有利于培养学生发散思维、启发创新。新体系将实验教学分为：激光器系列实验、示波器系列实验、光纤信息系列实验、CCD多功能系列实验、超声波系列实验、光学平台系列实验、相片摄制及图片处理系列实验、微波系列实验、传感器系列实验、物理仿真系列实验10个系列模块。不同的系列实验服务于不同的专业，以超声波系列实验为例，其系列实验项目有：超声声速的测定、多普勒效应测量超声声速、超声驻波中的光衍射与声光调制、超声测液位、利用超声测量厚度、超声光栅的应用、超声无损检测的原理与应用。超声波系列实验主要服务于机械类、土木类，这些专业的学生可以在各自的起点上选择此系列中的相关实验项目，从而获得数量、层次不同的知识与技能信息。

2.3.多样化

我们利用学生上实验课的轮空时间，每学期安排一次集中演示，介绍全息存储，彩色编码，超声测距、光纤通讯、半导体制冷等一系列高新技术实验，激起了学生对高新技术学习的极大兴趣。这样会缩短教学与科研、理论与实践的距离，使学生的独立设计与科研能力得到很好的锻炼，开阔学生视野，拓展学生知识面，使他们对最新的科学进展及其在工程技术上的应用有一定的了解。

3. 基于层次化物理实验教学的改革与探索的预期效果

3.1学生的专业素质明显增强

基于层次化物理实验教学体系，是在结合学校的学生的基础，学科分布及培养目标，进而确定的物理实验项目，并针对不同的专业，提出不同的教学要求。如电气类专业的学生要求必做传感器系列实验，土木类专业的学生要求必做超声波系列实验等等，该体系一定程度上做到了因材施教、因需施教，提高了学生的专业素质。

3.2学生的实验能力明显提高

采用层次化、系列化、多样化的教学体系,各系列模块的教学内容既相互独立，又有机联系，在每个功能模块中又形成层次化结构。通过同一方法解决不同问题和同一问题采用不同方法解决的对比，启发学生纵横联想、发散思维，激发学生的求知欲、想象力和创造力；提高学生应用所学的物理及其他学科知识，解决实际问题的能力；增强了学生的学习动力，培养了学生的发散思维能力、归纳概括能力。

参考文献：

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