应用型本科院校中分层次模块化大学物理实验模式的构建

孙兴川，崔朝军

（安阳工学院数理学院，河南安阳455000）

随着经济社会和教育事业的发展，我国教育改革已经步入了以提高质量为核心、走内涵式发展道路的历史新阶段，而提高高等教育质量，最重要的就是提高人才培养质量。社会经济发展到如今阶段，生命科学、电气工程、建筑、化学、计算机等各个领域的问题变得越来越复杂,问题间的内部联系更为盘根错节,每类问题出发于同一现象的不同视角而得出迥异结论,技术与理论的研发已经不能局限于一个学科内或学科内的某个分支领域,而大学物理实验基于它的对象和方法的普适性、理论的成熟性,对各个学科具有强大的调和与指导作用，是应用型本科院校建设与发展过程中大学生知识与能力与创新意识协调发展的催化剂，它是通过精心设计准备实验过程，排除了次要干扰因素，使学生预测、验证或获取新的信息,通过技术性操作来观测由预先安排的方法所产生的现象，根据产生的现象来判断假设和预见的真伪；它最大限度地模拟了真实的科学发展的过程，通过多个基础性的实验让学生对物理的力、热、光、电、原子等概念有深刻的认识，对研究与发现过程有清楚的脉络，极大地拓展了学生的视野，在学生的知识结构中加强了学科之间的交叉融合；大学物理实验必然在学校应用型本科转型中起到巨大的推动作用。

1 我校大学物理实验的现状分析

由于我校是一所新建本科院校，物理教师师资队伍、实验条件、科研经费相对不足等原因，在实验教学内容上采取必修与开放式相结合的教学模式，即基础性实验，综合性、设计性实验，与开放性实验相结合。这种实验教学模式虽然包含了大纲要求的大学阶段学生应掌握的实验内容，但是随着我校专业设置不断细化，并向应用化方向发展，这样的实验教学模式在实际应用中开始显露不足。明显的两条是没有紧跟理论课程的步伐，没有针对不同专业需求在内容上很好区别。这样会导致学生理论与实践的脱节，知识不能融会贯通，觉得实验原理无法理解或者认为和所学专业相距甚远而失去对实验的兴趣。即使教学计划硬性地要求，学生们也把实验作为负担而不是实践的机会。笔者结合多年的物理实验教学经验认为分层次模块化大学物理实验模式可以改善这些教学中的不足之处，优化教学资源，不仅可以激发学生学习物理实验的兴趣和主动学习的热情，还能提高他们自主学习、独立思考和独立操作的能力。

2 分层次模块化大学物理实验模式的构建

2.1 分层次模块化大学物理实验模式的基本要求

1）基础性实验的教学地位必须保证。基础性实验指在教学中可以使学生具备基本的实验知识和基本的实验技能类实验，例如长度的测量、密度的测量实验，通过这些实验可以使学生掌握基本的误差计算方法和实验数据的处理方法或实验报告基本写作方法，并能使学生正确使用基本实验仪器进行测量、分析。它是为各理工科专业学生学习专业实践课程做基础性准备的，如果学生不能顺利地完成基础性物理实验，是不可能顺利地完成设计性和综合性实验的。因此，基础性实验的教学地位必须保证的，也就是说它必须包含到每一个模块的第一层次。

2）综合性、设计性实验要与理论课衔接，内容上要从易到难，我们必须根据应用型本科院校学生生源质量总体偏低的特点，理论与实践课程间隔时间段不能太大，课程安排也应由浅入深，逐步提高大学物理实验的教学质量。

3）应用性实验必须结合现有实验条件，根据地方、区域经济发展特点来建设。

2.2 内容构建

根据相关专业，建设模块的具体内容如图1所示。

下面以我校电子信息与电气工程学院通信工程专业为例来具体说明。

2.2.1 基础物理实验阶段

首先，应包含实验理论知识，如：物理基本常识、误差分析，概率分布规律的教学内容,误差分布规律的实验研究如：最小二乘法、实验不确定度计算、有效数字位数等。其次，应包含长度测量、密度测量、读数显微镜、万用表的使用、测金属丝直径等实验，让学生学习物理基本的测量方法与技能，结合直接测量与间接测量、不确定度的传递等理论知识完成实验报告。

这一阶段的教学是以教学为主,教师发挥主导作用。学生必须循序渐进地完成实验的全部内容并写出较为完备的实验报告。这样,既加深了学生对误差分布的统计规律和测量结果不确定度概念的深入理解,又学习了实验测量基础仪器的使用技能,并对物理实验基本程序、实验报告撰写方法等有了基本的了解。

2.2.2 综合性、设计性物理实验阶段

本阶段在完成基础实验的基础上,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,相对于基本实验来说难度较大，又贴合专业特点的实验课题,对于通信工程专业应包含如下实验，示波器的使用实验，惠斯通电桥测电阻实验，电流场模拟静电场实验，电位差计实验，牛顿环测量透镜的曲率半径实验，迈克尔逊干涉仪测激光的波长实验，分光计实验等。这一阶段以学生实践为主，在实验进行的过程中，教师只负责结合理论介绍实验原理，适时地进行指导等，具体的实验步骤的设计、数据采集及整理直至做完实验完成报告，均由学生独立设计并完成，让学生在进行设计性实验时，感到自己是仪器的主人，这样就会为了设计好一个方案，查阅多种资料，反复修改完善。其目的就是通过综合性、设计性实验的实践，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，以此来培养学生的创新精神和发现问题、分析问题、解决问题的能力。

2.2.3 应用性实验阶段

应用性实验是在综合性、设计性实验的基础之上的结合专业特点，对学生的科学研究水平、项目的开发应用水平进行提高的实验内容，它更接近现代科学技术发展方向。对于通信工程专业应包含光信息与光通信综合实验，光电调制实验，声光调制实验，塞曼效应实验，表面磁光克尔效应实验，音频信号在光纤中传输实验等。这些实验都是学生应用通信知识，开发相关技术的基础实验，可以为学生将来作为技术工作者或从事科研工作打下坚实的基础。这一阶段教师主要提供实验条件，可以组织一些大学生创新活动，与学生共同开发一些小发明，来提高学生的兴趣与主观能动性。也可以联系本区域相关领域的公司，让学生进行实地观摩，激发学生的创新积极性。

3 分层次模块化大学物理实验模式的讨论

分层次模块化大学物理实验模式，可以最大限度地利用现有的仪器资源对学生进行专业的培养，其不仅激发了学生学习物理实验的兴趣和主动学习的热情，还提高了他们自主学习、独立思考和独立操作的能力。同时也能合理配置实验教学资源，提高实验教学的质量。对于应用型本科有几点必须注意：首先我校物理实验基本实验阶段学时数尚显不足，而随着分层次模块化实验教学的实施,必然会使教师工作量大大增加。这在一定程度上影响到教学安排和教师积极性的发挥。其次我校某些物理实验虽有一定数量的仪器，但如果对全校学生进行统筹安排却有明显不足。再次，实施分层次模块化大学物理实验，必须建立新的完备的大学物理和物理实验的教学规范和规章制度以及完善的教学评价体系。笔者相信经过几年的探索与实践，不断地改善教学中的问题与不足，分层次模块化大学物理实验教学模式一定会在学校应用型本科转型中起到巨大的推动作用。

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