地方工科院校大学物理实验开放教学对策

邢永强，李国峰，武 娥，杨友松

(内蒙古科技大学 数理与生物工程学院，内蒙古 包头 014010)

地方工科院校大学物理实验开放教学对策

邢永强，李国峰，武 娥，杨友松

(内蒙古科技大学 数理与生物工程学院，内蒙古 包头 014010)

内蒙古科技大学是位于中西部地区的一所以冶金、采矿、煤炭、稀土为特色的院校。做好大学期间的基础课教育是培养 “上手快、留得住、后劲足”的毕业生的关键环节。以内蒙古科技大学大学物理实验示范中心为研究对象，探讨了大学物理实验课程开放教学目前存在的困难，并从选排课、物理仿真实验与考试系统、实验报告的评阅、开设实验选修课和创新性实验四个方面对实现地方工科院校的大学物理实验开放教学提出了对策。

开放式实验教学；教学改革；科学素养；工科院校

内蒙古科技大学是一所以冶金、采矿、煤炭、稀土为特色，以工科为主，工、理、文、管、经、法、艺术协调发展的多科性大学。学校以培养“上手快、留得住、后劲足”的毕业生为培养目标，2012年，学校被中华人民共和国国务院授予“全国就业先进工作单位”光荣称号。

物理学是一门以实验为基础的研究物质结构、基本运动形式、相互作用及其转化规律的学科，是科学实验的先驱，体现了大多数科学实验的共性，在实验思想、实验方法以及实验手段等方面是各学科科学实验的基础[1-4]。从科学的来源讲，有两个最基本的来源：归纳、演绎。归纳是从实践到理论的过程，演绎是从理论到理论的过程，且理论最终需要实验来检验。然而，由于实验条件和高考形式的限制，现今的中学教育较为重视演绎而不够重视实验，大学物理实验是弥补入学新生在这方面不足和训练其形成正确科学思维的一个绝佳时机。本文以内蒙古科技大学大学物理实验开放教学实现过程中存在的问题和对策为研究对象，探索适合地方以工为主高校的基础课程开放教学策略。

1 大学物理实验课程开放教学面临的困难

我校大学物理实验室2008年获评自治区级物理实验示范中心，2009年以来，学校先后投入300万余元，实验项目总数由最初的16个增加到目前的40个，同时投入近50万元对已淘汰的实验仪器进行改造。实验室每学期承担着学校约4 000名本科生的教学任务。每名学生需修完16个实验项目(春学期8个+秋学期8个)。针对这样庞大的教学工作量，如何为学生合理地安排实验项目？为避免与学生其他课程上课时间冲突，一直以来都采取传统的手工排课方式。每学期第一周，教师为每名学生手工安排一学期每个实验的上课时间和地点，并制作成绩记录卡片。近年来，随着学生数量的增长和可开设实验项目的增加，手工排课的弊病也不断暴露：(1)很难针对学生专业背景的不同以及学生的个人兴趣安排实验项目；(2)部分学生周一至周五没有合适的上课时间，只能将实验时间延长到周六或周日；(3)教师排课任务繁重；(4)学期末手工计算实验成绩工作量大，且容易出错。

随着网络技术的发展，实验教学的开放式管理已是必然趋势。2012年开始着手建设物理实验网络化教学与管理平台。经过近二年的努力，大学物理实验选课和成绩管理系统的平台已基本搭建成功。然而，在运行期间也暴露出了一系列亟待解决的问题：(1)由于学生实现了实验项目的自主选择，上课时间的自由选择，每次上课的学生专业背景互不相同，知识层次参差不齐。由于同班级的学生不在同一时间和同一实验室上课，不能相互提醒，经常出现迟到、记错实验时间和实验项目的现象。(2)出现扎堆儿选课现象，例如，临近节假日和期末考试的时间选课的学生较少；少部分选课晚的学生由于可选择的上课时间较少且与其他课程冲突，不能成功选课，上述种种现象造成实验室资源的不合理利用。(3)实验报告单的管理比较混乱，由于部分实验学生不能在课堂上完成数据处理，课后学生不能及时将纸质报告提交到任课教师处，造成学生实验成绩不及格等现象。(4)学生替做实验的现象增加。

我们对上述问题进行了理性的分析和思考。实验教学的开放式管理是新型的教学管理模式，丰富了大学物理实验课的教学内容，实现了多元化教学方式；充分利用网络资源，扩大学生的知识面，避免了传统实验教学的单一性；实现了大学物理实验课程的开放性服务，为分专业、模块化教学改革的实施奠定了基础[5-10]。但任何客观事物都应具有两面性，物理实验教学的完全开放并不适应我校的校情。因为：(1)我校学生多数毕业于县级、盟市级高中，且大多来自农村，区内外生源比例接近1∶1，整体生源质量处中等偏下水平。2013年的招录分数情况显示，内蒙古本科一批次第一志愿平均录取分数：488.6；内蒙古本科二批次第一志愿平均录取分数：442.3。学生的整体层次较一、二线城市的985、211院校低很多，在进入大学后的学习缺乏自主性。(2)由于实验条件限制，大部分学生对高中物理实验常用仪器的基本操作仅停留在“看”的阶段，且没有形成好的实验习惯。(3)尽管现在可开设的实验项目已逾40个，但由于实验室摆放仪器面积的限制，每学期可摆放的仪器种类受到一定限制。因此，我校学生并不能适应实验教学的全开放式管理。鉴于上述考虑，我们提出适合我校校情的大学物理实验开放教学对策。

2 大学物理实验开放教学对策

2.1 合理地选排课

合理的选排课环节是学生能否顺利完成实验项目的前提，我们提出将手工排课和选课系统自主选课结合的办法去克服目前出现的问题。学期初，教师首先将不同专业的学生分组，尽量保证同一班级的学生在同一时间段上课。接着，要求学生按照分组情况进入网络选课系统自主选择实验项目。这样的选课方法既统筹安排了实验的教学过程，又体现了开放教学的自主性，其优点有：(1)学生上课时，可相互提醒，避免了因记错上课时间而延误实验；(2)可指派班长或学习委员核查学生身份信息，有效遏制了学生替做实验现象；(3)实现了学生根据自己的专业特色和学习兴趣自主选择实验项目的教学目标;(4)选课系统已包括了成绩管理的功能，学期末可直接导出学生的实验平均成绩，克服了手工计算实验成绩的冗繁过程。

2.2 物理仿真实验与考试系统

我校地处国家中西部，尽管随着地区经济和学校的发展，实验条件已有很大改善、实验项目亦在陆续增加，但与清华、北京大学等一流院校相比较，可供学生操作的实验项目毕竟有限。仿真实验是扩展课堂教学内容、拓展学生学习兴趣、培养学生创新能力的有效教学手段。我校已于去年购买了中科大奥锐科技有限公司的大学物理仿真实验系统和考试系统，该系统具有界面友好、实验指导信息丰富，灵活选择实验仪器，实验针对性强等优点。目前包含30个实验项目：用单摆法测量重力加速度、交流谐振电路及介电常数的测量、热敏电阻温度特性研究实验、用凯特摆测重力加速度、不良导体热导率的测量、半导体温度计的设计、双臂电桥测低电阻实验、动态磁滞回线的测量、温度传感器温度特性测试与研究、示波器实验、分光计实验、设计万用表实验、声速的测量、三线摆法测刚体的转动惯量、测量锑化铟片的磁阻特性、偏振光的观察与研究、干涉法测微小量(牛顿环和尖劈)、椭偏仪测折射率和薄膜厚度、迈克耳孙干涉仪、检流计的特性研究、塞曼效应实验、密立根油滴实验、直流电桥测量电阻(自组式和箱式)、拉曼光谱实验、光电效应和普朗克常量的测定、交流电桥、太阳能电池的特性测量、拉伸法测金属丝的杨氏模量、霍尔效应实验、光强调制法测光速。

考核是实验教学中的重要环节，也是教学过程和教学方法的重要组成部分。为此，我们购买了物理实验考试评判系统。该系统包含了上述仿真实验项目和试题库，命题教师也可根据自己的教学情况自主命题。

具体教学过程中，我们鼓励学有余力的学生在修完必做实验项目后，有选择地完成仿真实验。学期末，将根据仿真实验的完成情况和考试成绩，给予加分鼓励。针对重修的学生，可要求其完成仿真实验并进入考试系统进行测试。仿真实验和考试系统的引入极大地丰富了大学物理实验的教学内容教学的灵活性。

2.3 实验报告的评阅

我校大学物理实验室对所有的学生实验报告仍采取手工评阅方式。这种评阅方式造成报告评阅后不能及时、甚至无法返回到学生手中，以便学生查证自己实验过程中存在的问题；同时也耗费了教师大量的精力。我们正在尝试学生的部分实验报告采用网络自动评阅的方式进行，学生既可以及时查看自己的实验成绩，也可以发现自己实验过程和结果中存在的问题。目前，已购买了中科大奥锐科技有限公司的实验报告自动评阅系统，但实验项目与我们开设的项目并不完全吻合，需进一步合作完善。

2.4 开设实验选修课和创新性实验

为进一步实现大学物理实验教学的开放，可以在每学期开设大学物理实验选修课和创新性实验。实验选修课的仪器台套数可以少一些，但实验项目数要尽量多，有助于开拓有兴趣学习大学物理实验学生的学术视野、加强动手能力、形成良好的科研素养。创新性实验主要基于现有废旧仪器，鼓励学生去改造发掘新功能，充分调动学生学习物理实验的主观能动性、培养学生的创新能力。

3 结束语

内蒙古科技大学是内蒙古高校管理体制改革试点单位，大学物理实验示范中心作为学校重要的基础教学部门应该因材施教、因地制宜，设计出既有效又适合本校校情的大学物理实验开放教学策略。本文以内蒙古科技大学为例，提出彻底的开放性教学并不适合位于中西部地区的地方工科院校，并给出了相应的解决方案。对“物理实验的开放教学”的理解不能教条化，应根据不同地区、不同生源、不同校情调整对实验开放教学内涵的理解。只有制定出适合本校校情的实验开放教学实施方案，学生才能充分利用实验室的现有资源，才能充分发挥教师的指导作用，才能充分调动学生学习的主动性，才能培养学生的基本科学实验技能、提高学生的科学实验素养、严谨的治学态度和积极主动的探索精神。

[1]教育部高等学校物理基础课程教学指导分委员会.理工科类大学物理实验课程教学基本要求[M].北京:高等教育出版社,2010.

[2]王宙斐.大学物理实验[M].北京:中国农业大学出版社,2009.

[3]张志芹.加强开放实验教学，提高物理实验教学质量[J].实验技术与管理,2011,28(8):288-290.

[4]霍中生,姚列明,邬邵轶,等.全程及全员创新体验式物理实验教学改革的探索与实践[J].实验技术与管理,2014,31(4):196-199

[5]宁智华,祖小涛,董泽淮,等.网络技术在实验教学改革中的应用[J].实验技术与管理,2007,24(5):66-69.

[6]徐燕，刘明熠，张开骁.大学物理开放实验建设的研究与实践[J].大学物理实验，2014,27(2)：109-111.

[7]关寿华,郑建洲,张萍.开放物理实验教学模式的探索与实践[J].实验技术与管理,2011,28(7):238-240.

[8]李未,陈小玲,何玉平.工科院校大学物理开放实验教学模式探讨与实践[J].大学物理实验,2011,24(4):97-98.

[9]赵爱清,杨大鹏,温随群.开放型大学物理实验教学的探讨[J].物理通报,2011,2:45-46.

[10]张潞英,周有平,谢嘉宁,等.大学物理实验课程减学时后的教学改革[J].高校实验室工作研究,2012,114(4):19-21.

Strategy for Open Teaching in Physical Experiment of Local Engineering College

XING Yongqiang, LI Guofeng, WU E, YANG Yousong

(School of Mathematics, Physics and Biological Engineering, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010, China)

Inner Mongolia University Science and Technology is located in central and western area of china, in which the characteristic specialty is metallurgy, mining, coal and rare earth. A good education of basic course during college is critical for producing excellent graduates. In this study, the difficulties of the open teaching in physical experiment were discussed. Furthermore, the strategy of achieving open teaching in physical experiment of local engineering college was proposed from the aspects of selected course, system of simulation experiment and examination, optional course and innovative experiment.

open teaching in experiment; teaching reform; scientific literacy; engineering college

2014-10-02

内蒙古科技大学2013年理科基地教改基金资助项目：大学物理实验教学部网络选课系统的完善资助项目(JY2013109)。

邢永强(1984-)，男，博士，讲师，主要从事大学物理实验教学与科学研究。

G642.423;04-33

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.01.038