探究型教学模式下大学物理实验的改革与实践

范　婷，刘云虎，汤国富，曹旭乐，张建军

(石河子大学，新疆 石河子　832003)

*通讯联系人

探究型教学模式下大学物理实验的改革与实践

范婷，刘云虎，汤国富，曹旭乐，张建军*

(石河子大学，新疆 石河子832003)

摘 要：基于探究型教学模式，构建了大学物理实验教学的全新过程。设计并应用新型研究性物理实验报告模板，建设适于研究性学习的网络预习资源，采用多样化的课堂教学模式，改革实验评价体系和考核方式，引导学生将实验课堂延展到课外研究，激励学生自觉自发地开展实验研究。

关键词：大学物理实验；探究型教学模式；研究性实验报告；网络预习资源

大学物理实验是理工农医科开设的一门公共必修课，融物理思想、理论、方法于一体，培养学生的科学素养、动手实践和创新能力，是学生系统接受科学训练的开端。如何开展大学物理实验教学，发挥实验教学在创新人才培养方面的作用和优势，一直以来都是研究的热点。本文基于探究型教学模式，构建了大学物理实验教学的全新过程，并在教学中进行改革创新和实践。

1摒弃传统实验报告的弊端，采用新型研究性物理实验报告

目前学校一般采用的是传统实验报告，模式拘泥于形式，格式固定,学生抄袭便利，不利于调动学生的学习主动性，同时，面对千篇一律的实验报告，易导致教师评分失真。变革实验报告写法的基本思想是:引导学生将所做实验当作自己的一项科研活动,经过自己的前期预习，研究实验，取得成果，归纳和拓展。新型实验报告模板包括：

1.1研究性问题

我们根据每个实验的特点，设计出5-7个预习探究问题，问题内容包括实验意义目的，实验器材，注意事项，实验原理，实验设计思路，实验关联技术知识，实验改进思路等。问题由浅入深引导学生熟悉实验内容，开拓实验思维。要求学生上课前通过阅读教材，查阅文献，查看网上预习资源等方式完成，并在问题右侧留有空白，可待学生实验后对问题解答再行修改和完善，也可由学生提出自己的问题。

1.2实验数据及处理分析

为了弱化长期形成的惯于模仿的思维，我们这里去掉了书写实验步骤这一环节，着重强调了学生自我实验的过程性，在操作的过程中锻炼学生的思维，使其思维模式在实验操作中得到表达和开拓。数据表格由学生自己来设计，鼓励在完成必做内容的基础上自行扩展实验内容。需要重视对实验数据的处理，通过误差分析的结果，得到实验过程可行性的直接反馈。

1.3实验思考及自我拓展

新型实验报告在数据处理之后，加上了“实验思考及自我拓展”这一模块，主要以问题的方式为学生自主拓展学习指明方向与思路。每一个问题都是结合实验精心设计，融合了逆向思维，能力提高，类比实验，归纳总结，生活运用等方向，促使学生熟练掌握实验操作的同时，能够在不同实验条件下举一反三，锻炼思维模式，拓展学习思路。

2联通课堂内外，建设适于研究性学习的网络预习资源

预习是探究型实验教学中非常重要的一个环节，以往学生预习主要看实验指导书，因缺乏对实验仪器的直观感受，以至于达不到预习期效，不能充分利用课堂时间来开展实验研究。如何将实验课堂延伸到课下，启发学生进行研究性学习，建设合理的网络预习资源是一个很好的途径。网络预习资源包含以下模块：

2.1实验仪器设备图片及简要介绍

制作好的图库，学生可以选择分仪器检索和分实验项目检索两种方式。(1)分仪器检索可以看到实验室中所有的大中小型实验仪器的单独图片，并配有简要文字来说明仪器型号、参数，测量用途等；(2)分实验项目检索可以得到每个实验项目需要的基本仪器的所有图片及实验测量基本要求。方便学生了解实验仪器的同时，结合实验室现有仪器有的放矢地进行综合创新性实验研究。

2.2实验教学视频在线播放

根据每个实验的特点，有针对性的制作出不同类别的视频。(1)对于操作简单，现象明显的实验，制作成“演示实验视频”，演示实验视频内含简单原理介绍，实验现象展示及生活中的应用。视频播放时间控制在3分钟之内。(2)对于原理复杂，理论课重点教学内容相应的实验，将原理讲解和实验操作结合，利用多种媒体方式，由经验丰富的教师讲解，制作成“微课教学视频”。视频播放时间控制在10分钟之内。(3)对于特色实验课堂教学，录制成“课堂实验教学视频”。视频的访问量可随时反映学生预习的情况和学习的积极性。

2.3实验探究问题库

除了实验报告中的研究性问题和拓展问题，针对每个实验的不同特点，设计出大量的问题情境，提出各种难易程度的探究任务，以供不同专业和层次的学生来选择完成。

2.4学习资源下载库

这里提供给学生可供下载的学习资料有：实验教学大纲，考试大纲，实验室管理条例，实验绪论课PPT、实验讲义、新型实验报告模板、实验相关论文、实验研究文献等。任课教师根据实际教学情况不断更新和补充相关内容。

2.5虚拟仿真实验

物理仿真实验[1-3]是利用软件虚拟仪器，充分利用了计算机强大的图形界面( 软面板)和数据处理功能，建立虚拟的实验环境，学生在这个环境中操作仪器，模拟真实的实验过程，对被测对象进行真实的测量与测试。目前，我们使用的仿真实验资源来自于中国科学技术大学开发的《大学物理仿真实验2.0 for Windows》。

3采用多样化的课堂教学模式，组织师生间的有效交流

通过探究问题的提出，将学生置于有意义的问题情境中，启发学生自我解决，自我探索，协同实践。除了给学生开展探究提供必要的资料、设备外，更重要的是在指导方面提供恰当的支持，必须组织有效的表达和交流，帮助学生在自己探究的基础上加深认识，达到教学目的。

大学物理“演示实验”[4]，比如辉光球、听话的小球、激光琴、同自己握手、记忆合金水车、梦幻点阵、雅各布天梯等，现象生动有趣，且调试容易，对操作者的实验水平要求不高。以此作为学生进入实验教学的第一课，由教师带领学生参观讲解后，由学生动手亲自尝试，这种“导游”式的教学方式让学生意犹未尽。丰富的实验现象冲击学生视觉的同时必然触动学生的内心，激发学生的好奇心和求知欲，自觉自发地探索现象的物理本质，营造出良好的探究性物理实验氛围。

对于网络预习资源丰富的实验内容，在课堂教学过程中，实施“翻转课堂”[5]教学，学生课前利用网络先自学，带着“问题”到课堂讨论和交流，教师在学生实践过程中指出存在的问题，教授正确的操作方法。这种先做后教的“翻转课堂”实验教学模式，增加了师生的互动和个性化沟通，对于教学目的和任务明确的大学物理实验有着独特的教学优势。

为了完成实验的测量任务，教师和分成小组实验的学生围坐在摆放有仪器的实验桌旁，每个人都可以看到其他人的眼睛，大家用耐心和尊重参与到课题讨论中，相互汲取新的灵感和思路，这样的“圆桌教学”[6]，以学生为课堂的中心，以讨论为课堂的基础，以合作和激励为相互支持，适合于综合研究型实验题目的展开。

结合具体的实验内容，还可采用“阶段分析”、“问题收集”、“小组互助”等教学模式。例如，“阶段分析”模式是将实验分为若干个阶段，比如：仪器认识、线路连接、原理理解、实验操作、数据收集、归纳总结等阶段，教师通过讲解和答疑引导学生完成一个阶段，然后进行下一个阶段，如此反复进行，直至试验完成。这种模式非常适合难度大的实验，将实验分步细化，发现问题及时纠正解决，避免了问题的积累，减少了实验失败的概率、增强了实验信心。

不同的教学模式针对不同的实验，教师根据学生的特点和情况，进行适时地调整和综合应用，教无定式，凡是能达到锻炼学生思维，培养学生探究能力的目的，即为适合的教学模式。

4改革实验评价体系和考核方式，激励学生进行创新性实验的探究

目前的大学物理实验教学中，对学生考核通常是完成实验报告、实验思考题等笔头作业，或在期末操作考试中放入实验笔试题，这种评价忽略了实验过程中学生所表现出来的实践能力、探索精神、情感、态度与价值观，导致学生只关注实验的结论，轻视实验的过程，限制了学生解决实际问题的灵活性和创造性[7]。不利于探究性实验教学过程的开展。

对此，结合新型实验报告模板，从课前预习、实验过程、实验素养、实验报告四个方面对学生实验表现进行综合评价。表1是采用发展性和表现性评价标准[8]设计的实验成绩评分量化标准表，以百分制打分，课前预习环节满分30分，采用自我评价与教师评价；实验过程及实验素养环节满分40分，由自我、同伴与教师评价；实验报告环节满分30分，由教师根据“新型实验报告”完成情况给予评价。评价以学生为本，关注学生为达到实验目的所采取的方法、途径，获得的经历和体验等，尊重被评价者的主体性，评价主体的多元化[9-10]。

表1　实验成绩评分量化标准表

在考核方面，保留原有实验考试(包括操作和笔试部分)的基础上，同时也要考虑到学生的个体差异性，采用提交设计性实验报告可申请免试资格的方式来激励学生进行创新性实验的探究。教师从实验的创新性、实践程度和能力提升三个方面对申请免试实验报告进行评估，通过的给予85分以上的成绩、限时修改的给予修改意见后可再次申请免试、不通过的则需要通过考试来获得成绩。对于其中优秀的实验项目，教师可鼓励学生申请国家大学生创新计划项目、校级大学生研究训练计划(SRP)项目等。实践表明，此考核方式大大提高了学生进行实验探究的积极性。

5结束语

改革后的教学模式，将基于问题的探究性教学和学习方式，贯穿于课前、课中和课后的各个环节。新型实验报告模板的完成过程，就是在逐步引导学生将有限的课堂学习延展到无限的课外研究。同时、建设适于研究性学习的网络资源是课下探究的必要保障。通过特色课堂教学，改革考核方式和评价主体的多元化，来激发学生自发自觉的改变原有“临摹式”学习方式，注重提升动手能力和思维能力。实践表明，改革后的大学物理实验教学，充分发挥了探究型教学模式在创新人才培养方面的作用和优势。

参考文献：

[1]谭守标,霍剑青,王晓蒲.计算机虚拟技术在大学物理仿真实验教学系统中的应用[J].中国科学技术大学学报,2005,35(3):429-433.

[2]王晓蒲,霍剑青,杨旭.大学物理仿真实验和教学实践[J].物理实验,2001,21(1):28-29.

[3]王卫国.虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议[J].实验室研究与探索,2013,32(12):5-8.

[4]王刚,徐义爽.大学物理演示实验教学模式分析[J].中国科教创新导刊,2014,(13):107-108.

[5]郭建华.翻转课堂知多少[J].新课程研究:上旬,2014,(8):10-107.

[6]徐星.“圆桌教学”课堂转型在美国[J].红蕾·教育文摘(下旬),2011(11):45-46.

[7]黄晓生,程敏熙.发展性评价在大学物理实验教学中的应用[J].大学物理,2008,27(1):46-50.

[8]李加定,肖化.基于发展性和表现性评价的大学物理实验评价考核方式[J].实验技术与管理,2009,26(11):140-143.

[9]肖立娟.大学物理实验教学的现状与教学改革探索[J].大学物理实验，2015(6)：47-49.

[10] 何光宏，韩忠.大学物理实验探究式教学模式的探索实践[J].大学物理实验，2015(3):55-57.

Reform and Innovation of College Physics Experiment Based on Research-Teaching Mode

FAN Ting,LIU Yun-hu,TANG Guo-fu,CAO Xu-le,ZHANG Jian-jun*

(Shihezi University,Xinjiang Shihezi 832003)

Abstract：Based on research-teaching mode,a whole college physics experiment teaching process were constructed.A new template of study-based physics experimental report was designed and applied.Prep study network resources suitable for research were build.By using variety of classroom teaching pattern,and reform the experiment evaluation system and assessment methods,students were guided to extend extracurricular learning,as well as,students were motivated to carry out experiments consciously and spontaneously.

Key words：college physics experiment；research-based teaching mode；research-based experiment report；network study resources

收稿日期：2015-09-18

文章编号：1007-2934(2016)02-0149-04

中图分类号：G 420

文献标志码：A

DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.002.040