大学物理实验多元化教学模式的构建与实践

甘路+别业广+闵锐

[摘 要]大学物理实验是理工科大学生的第一门基础实验课，它对培养学生的素质和能力有着非常重要的作用。传统的物理实验教学中存在着诸多问题，必须要对大学物理实验多元化教学进行改革：更新大学物理实验教学的内容，强调实验基础，培养学生养成基本的科学规范；有效利用仿真实验和虚拟仪器，加强物理实验预习；改革教学方法，变填鸭式为启发式、引导式教学；将实验教学和科研创新有效结合起来，以使物理实验在培养综合型、创造型人才中进一步发挥其应有作用，全面提高学生的综合素质。

[关键词]物理实验；改进措施；提高教学质量

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）08-0088-03

大学物理实验是理工科大学生的第一门基础实验课，它对培养学生的素质和能力有着非常重要的作用。其教学目的第一是让学生受到基本的、系统的理工科实验技能训练，掌握进行科学实验的基本知识、方法和技巧；第二是培养学生在具体实践过程中的观察能力和对各种实验现象的思维能力，培养学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力，促进学生动手能力、创新能力和实践能力，特别是与现代科技文明发展相适应的综合能力和创新精神。

进入21世纪以后，随着科学技术的飞速发展，现代社会对各类人才的培养提出了更高的要求，各大院校也随之提出了自己的人才培养计划。作为基础实验课的大学物理实验，也需要跟上时代的步伐，与学校和社会的要求与时俱进，着力培养更具创新精神和符合时代要求的优秀学生。怎样在新时代背景下，提高物理实验课的教学质量，激发学生学习兴趣，培养他们学习过程中的主动性、创造性，锻炼他们的动手实践能力、分析思维能力、自主创新设计能力，是大学物理实验教学的重点问题和探索方向。

时代的发展日新月异，科学技术和教学理念不断推陈出新，对大学物理实验教学起到了很好的启发作用。我们要将这些新的科学技术和教学理念，深刻地融入大学物理实验教学当中，结合自身条件和实际情况，形成一种新的多元化教学模式，贯彻“基础强化、培养能力、鼓励创新”的新型实验教学思想，明确培养“知识、能力、素质”全面发展的应用型人才的目标。

一、目前物理实验教学的现状及分析

传统的物理实验教学存在许多问题，与飞速发展的新技术、新理论发生脱节，主要表现在以下几个方面：

（一）实验环境和项目陈旧，项目本身也挖掘不够。

由于学校环境的制约，大学物理实验的各种项目都存在设备陈旧、新增设计型实验和创新型实验不够的问题，甚至有些实验项目都还处于中学范畴，没有在项目上体现深化和提高。具体到每个实验，项目本身不够深化拓展，不少实验往往是只要求测出数据、计算结果而已，没有进行有效的延伸和扩展，浪费了开阔学生视野和激发学生学习兴趣的重要机会。

（二）教学方法理念方法落后和特色缺失

一般的实验教学最经常使用的是封闭式教学方法。实验教师在课堂上讲解实验原理和实验步骤，并对实验仪器进行演示；学生根据教师的演示，亦步亦趋地完成实验任务，测出实验数据。这样的做法可以传授定量的知识，学生也容易接受，但学生缺少了自身对实验目的、实验意义进行独立思考的机会，相应的拓展和延伸也无法进行。这样的做法是对学生思维的一种桎梏，极大地限制了学生实践能力和创新能力的培养。

另外，实验课时不够，让学生自主动手和思考的时间有限。在单位实验教学时间内，教师要对实验原理和步骤进行讲解，告诉学生相应的教学规范和注意事项后，真正留给学生动手操作仪器获取实验数据的时间非常紧张，更不用说留时间让学生思考实验的意义和拓展视野了。结果必然导致学生学习兴趣降低，其独立思考和分析解决问题的能力无法得到加强和提高，更谈不上培养创新能力了。

（三）学生对大学物理实验课程的学习，缺乏学习积极性

学生對物理实验课程的重要性认识不够，缺乏学习积极性。这种心理的出现，一方面和我们的教学方法及目前的教学体系有关，另一方面也和目前高度竞争的社会环境密切相关。在如今这个就业压力大、就业形势严峻的大环境下，学生刚刚入校，就面临着巨大的压力，这样的压力同样也负担在每一所大学和大学里的每个院系的肩上。这种压力造成的心理，体现在物理实验课程上，就是不受学生重视，部分学生应付了事，在实验室草草完成实验过程，实验报告也是马马虎虎、漫不经心。因此如何激发学生的学习兴趣，调动学生实验积极性是目前大学物理实验教学的重要课题。

总之，传统的物理实验教学已经不太符合目前社会的发展和学生、学校的需求。高校急需新的技术手段和科学理论来更新完善大学物理实验，让它成为培养学生实践能力、研究能力和创新能力的新型教学平台。

二、大学物理实验多元化教学模式的几点建议

针对上述问题，为了贯彻“基础强化、培养能力、鼓励创新”的新型实验教学思想，我们提出改革大学物理实验，引入多元化教学模式，为提高实验课程教学质量展开讨论，并提出以下几点建议。

（一）更新大学物理实验教学的内容，强调实验基础，培养学生养成基本的科学规范

利用网络技术，在每一届学生进入物理实验室之前进行基础训练。这里包括大学物理实验的一些基本知识和规范：误差、不确定度、有效数字的基本概念和计算方法，数据处理的基本方法，实验报告的书写，最基本测量工具的使用方法和注意事项等。这部分内容过去都是分散在每个实验项目中，由各个实验教师自主介绍的。具体实践中，这种介绍方式使学生的记忆并不深刻，非常容易混淆。因此我们可以采用网络技术，将这部分内容先行传到网上，系统性教授，让学生自主学习。学习完后布置习题，学生以实验报告的形式完成作业，加深印象，并把这个成绩计入最后总分。在日后的实验过程中，学生遇到相关问题时如果忘记了，还可以通过重温内容来强化印象，起到事半功倍的效果。endprint

（二）有效利用仿真实验和虚拟仪器，加强物理实验预习

预习阶段是物理实验的开始阶段。由于物理实验的时间有限，没有好的预习，会让最终的教学效果大打折扣。目前的大学物理实验预习，主要是让学生在课前自行看书或完成布置的部分预习习题。但由于学生没有接触实验仪器，对实验过程没有感性认识，看书的过程中往往一知半解，预习效果不好。仿真仪器和虚拟仪器的使用，可以有效地解决这个问题。当前网络的发展和普及为教师和学生提供了很好的学习平台。虚拟仪器甚至成了当前教学科研的热点，相关的理论和技术已经非常成熟。利用好仿真仪器和虚拟仪器，学生可以在网站上阅读实验原理，形象化地了解实验仪器的型号、结构和功能，以及相关的要点和注意事项，做好预习报告。比如大学物理实验中的光学实验抽象性较强，学生对实验原理和实验过程理解不够，影响学生的学习效果和学习兴趣。但利用仿真技术和虚拟仪器，可以方便地模拟光学光路，帮助学生建立直观印象，培养学生的感性认识，刺激学生的思维，培养其独立思考能力和动手实践能力。

（三）改革教学方法，变填鸭式为启发式、引导式教学

大学物理实验基本上都是沿袭多年的教学程序：教师讲解和演示，学生模仿操作仪器获取数据，撰写实验报告。这种程式化的填鸭式教学方法使教师负担较重，往往没有余力去启发学生，同时也容易桎梏学生的思维，不利于学生的独立思考能力、创新能力的培养。在新的模式下，教师可以在介绍实验项目的阶段就提出问题，让学生思考，然后和学生一起讨论，刺激学生的思维。在具体实验过程中，教师可以针对学生遇到的问题，引导学生思考，让其利用自己学习到的物理原理去解释问题的发生，思考解决的办法。在实验数据测出后，不主动去说试验结果的对错，让学生根据自己掌握的物理理论来对试验结果进行分析判断，结果正确讲出正确的理由，结果错误也要讲出错误的原因。

另外，针对一些综合性、设计性实验，教师也可以只给实验题目和要求，并根据题目设计不同的系列问题来刺激学生思维，进行启发式指导，让学生根据实验室仪器条件，自己设计实验技术参数，实验测量方法，自己只是从旁指点一二，对学生实行完全放手的教学形式。与一般的物理实验教学相比，这样会让学生有更多的主动性。教师只进行引导、提问、质疑，不进行具体的教学指导，直至实验完成。最后学生完成实验，写出小论文或实验报告提交给教师并回答教师提出的问题。这种做法对学生和教师而言都更具挑战性，但对培养教师的能力，对刺激学生独立思考，使其勇于创新实践，灵活运用知识解决实际问题，是有很大裨益的。

（四）将实验教学和科研创新有效结合起来

目前，在物理实验室中，有一些大型仪器可以加以利用，这些大型仪器涉及多种物理现象和物理特性。通过向学生讲解这些仪器的原理和应用领域，可以让学生将基础理论知识和实际应用密切联系起来，加深对基础理论的理解和吸收。比如通过我校实验室现有的真空镀膜系统，对物理学上的光、热、电、磁现象都有涉及，通过对这些的详解和说明，可刺激学生的好奇心和求知欲。又比如单色仪，结合我们物理实验中的分光计的调整和三棱镜折射率测量的实验，可向学生介绍该分光原理和使用方法及在该系统中所起的作用。这种介绍和讲解对于学生开阔视野有很好的作用。

另外，为了培养学生的创新和应用能力，实验室除了建设演示实验室等，还可以建立大学生创新和应用实践平台，把选拔人才和培养人才结合起来，创立一个开放式的交流创新研究平台。选拔优秀学生来实验室学习，加强学术交流，促进学科交叉，能充分发挥学生的创造能力和创新能力，培养更优秀的，有着扎实理論基础、较强应用能力，并有一定创新意识的应用型人才。

教师可以将科研手段和物理实验课程相结合。模拟仿真技术的飞速发展，正广泛应用在各种国计民生领域。数值计算法是建立问题的数学模型，通过计算机软件对较少简化的数学模型运用模拟计算方法进行计算，再和理论分析、实验结果进行对比，得到最后需要的实际结果。随着各种数学物理方法的出现，学生可以利用现有的大型软件，如ANSYS，MATLAB等软件对物理现象进行理论分析和计算，并得到实验的验证，从而发现新的规律，认识新的问题。同时，使用模拟分析方法来进行物理实验教学，可以通过计算机把实验内容、教师指导、学习者的思考操作有机结合起来，形成新的教学平台。这个可以摆脱物理实验室受场地、设备、时间限制的困扰，学生可以自主完成理论分析到实验验证的完整过程，体验现代科学研究的基本方法，从而延长了物理实验室的空间，提高了学生的各种能力。

三、结论

本文提出大学物理实验的多元化教学新模式，结合自身的实验室环境来做出具体措施以指导学生的物理实验课程。让学生由以前的被动式学习转变为主动的学习，激发学生学习的主动性和积极性，提高学生的动手实践能力，自主思考分析问题解决问题的能力，激发学生的创新创造能力，实现教与学的全面开放。为了提高教学质量，不断探索研究新的教学模式，找出新的教学方法，研究新的教学仪器和设备，是每位实验教师的责任和重负，我们将为此做出更多的努力。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 姚列明.将科研项目引入大学物理实验的尝试[J].实验技术与管理，2009（6）.

[2] 张晓鹏.大学物理实验教学改革方案设计与实践 [J].大学物理实验，2015（3）.

[责任编辑：刘凤华]endprint