农业院校大学物理实验现状及教学实践与探索

姜贵君 曹学成 王永刚

关键词 大学物理 设计性实验 研究性实验 教学改革

中图分类号：G424                                    文献标识码：A   DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.09.061

Abstract At present， the country is promoting the construction of "double-first-class" universities， and "cultivating top-notch innovative talents" is an important content in the teaching reform of Chinese colleges and universities. According to the actual situation of physics experiment teaching in agricultural universities in China， taking Shandong Agricultural University as an example， the reform and exploration of university physics experiment teaching were carried out， and the physical experiment projects were studied and developed， which were applied to the experiment teaching practice and achieved good teaching results.

Keywords college physics; designing experiment; research experiment; teaching reform

大学物物理实验课是对学生进行科学实验基本训练的一门独立的、必修的基础课程。大学物理实验教学改革的主要方向是培养学生的实践能力和创新精神，注重应用性、研究性和创造性。为此，我校大学物理实验教学中心根据本科人才培养目标的要求，大力推进实验教学改革。对大学物理实验内容及架构进行了整合，由基础实验和验证性实验为主，逐步加大设计性和研究性实验的比例。根据农业院校特点及现有条件进行研究开发一些设计性、研究性实验项目，运用到实验教学实践当中，培养学生把理论知识转化为能力，为毕业设计、科学研究和学术论文撰写奠定基础，取得了良好的教学效果。

1 农业院校大学物理实验现状

长期以来，由于基础物理实验教学内容固定、更新迟缓，传统的物理实验教学中往往是验证性和測量性实验多，设计性、研究性实验少，不利于培养学生的综合实践能力和创新精神，不能满足当今社会对人才的需求。[2]

目前，国家正在大力推进高等学校“双一流”建设、特色建设、高质量建设，教育部在开展高等学校实验教学示范中心建设和评审工作的通知中指出，先进的实验教学体系、内容和方法应当从人才培养体系整体出发，建立以能力培养为主线，分层次、多模块、相互衔接的科学系统的实验教学体系，加强设计性、研究性实验。所谓设计性、研究性实验是指让学生独立自主地对实验方法进行设计并对实验结果进行分析和研究的物理实验。为加强学生的创新意识和实践能力的培养，大多数高校大学物理实验的内容均包含设计性、研究性物理实验，并且设计性、研究性物理实验在大学物理实验内容中所占的比例呈上升趋势。从全国大学物理实验室建设和教学改革来看，都在不同程度上对物理实验教学的内容进行了系统的整合。很多高校在不同程度上删除了一些陈旧的实验内容，在原来的普通物理实验的基础上结合学校自身实际情况增加了设计性、研究性实验。

经调查，全国高等农业院校的大学物理实验很多是以基础实验为主，设计性、研究性实验偏少。为改变这一现状，我校物理实验教学中心结合本校“拔尖型、创新型、复合型、专业型”人才培养目标和要求，大力推进实验教学改革，面向不同专业的需求，对大学物理实验内容及结构进行了整合，减少了验证性大学物理实验，增加了应用性强的设计性和研究性实验，[3]并增加一些与学生专业背景相关的设计性、研究性实验，使农业院校大学物理实验教学体系及教学方案更加完善。

2 设计性、研究性实验项目的开发

2.1 实验项目开发过程

（1）选题。实验项目在设计的内容和探究的程度上，都要受到学生的知识基础和能力发展水平的制约。对实验的难易程度要在设计之初加以预测，课题太难，实施难度较大时，会使学生丧失积极性，而选题太容易学生也会失去兴趣。因此，所选的实验课题的难易程度要适当，要考虑学生能否从某个途径获取相关资料以及实验室能否提供所需的实验仪器设备。

（2）拟定可行的实验方案。根据所选的实验课题，制订出一个可行的实验方案，其中最为重要的是理论为依据制定出实验方法和实施步骤。

（3）不断完善实验内容。学生通过拟定的实验方案查找资料，进行可行性分析，并根据实施情况不断完善实验内容。设计性、研究性实验教学以讨论式、启发式为主，也可采用其他更为灵活的方式。

2.2 实验项目开发类型

在研究开发大学物理设计性、研究性实验项目时，除满足上述“选题”要求外，还要根据学校自身特点、专业需求及现有的实验仪器设备而进行分类开发设计。[4]（1）基于单一物理量测量而设计。这类实验密切结合学生专业（如水利、食品科学等专业），是培养学生创造性、发散性思维能力的重要途径。（2）基于验证物理规律而设计。这类实验对于培养学生科学探究能力是非常重要的。（3）面向专业需求而设计。这类实验依据不同专业背景进行的设计性、研究性实验项目，能使学生从实验中感受和体会学有所用的乐趣，既能激发学生的创新欲望，又能提高学生的创新兴趣，培养学生的创新能力，为今后开展专业性的科研和论文撰写奠定基础。（4）基于探索物理规律而设计。这类实验能很好地培养学生科学探索的兴趣和能力，有利于培养学生的科学态度和用实验的方法研究和解决问题的物理思想。

3 物理实验教学改革实践探索

我校是一所以农业科学为优势，生命科学为特色，融农林、理工等多学科于一体的综合性大学。开设大学物理实验的专业主要有理工、农林及生命科学类近60个本科专业。结合我校人才培养目标和要求，物理实验教学中心打破了力、热、电、光、近代物理封闭的传统物理实验课程体系，注重物理实验的时代性与先进性，在大学物理实验体系建设中，实行四层次实验课程体系：基础性实验、综合性实验、设计性实验和研究性实验。从专业上把大学物理实验分为理科、工科和农林及生命科学学科。我校大学物理实验教学分为为三个阶段进行：第一阶段进行的是“基础性实验”和部分“综合性实验”教学，属于必修课，一般是在大一第二学期、大二第一或第二学期开设;第二阶段进行的是“综合性实验”和“设计性实验”教学，属于选修课，一般是在大二第二学期或大三第一学期开设;第三阶段进行的是“研究性实验”教学，属于开放性实验，一般是为参加科技大赛或科学研究的学生开设的物理实验。下面重点论述设计性物理实验教学改革与实践。

我校设计性物理实验主要是通过选修课进行实践教学。学生由基础性实验逐步到创新设计性实验阶段，为更好地开设大学物理实验选修课奠定了良好基础。设计性物理实验，一部分项目已在必修课上完成，其余项目作为选修课供学生选做。学生通过选修设计性物理实验课程，完成一定数目的设计性物理实验，根据实验项目自己进行查阅资料、设计、装配、调试实验装置等，直至完成整个实验。为了便于指导设计性物理实验项目，我们把专业分为理工类和农林及生命科学类两个模块，根据教师专长及兴趣组建这两类实验的指导教师团队，分别对学生进行设计性实验的指导。学生根据自己的专业或需求选择模块，然后再从模块中的实验项目选择三到四个实验题目。学生选定题目后，经一周的时间对自己所选的其中一个实验题目查阅资料，设计实验方案，并写出预习实验报告。在做实验前把预习实验报告交给指导教师检查，师生之间也可展开讨论，认定可行后，学生方可进行实验操作，如果预习实验报告没有完成，实验方案不可行，取消本次实验。学生可重新选定实验题目或者对上次的实验题目重新设计实验方案，并写出预习实验报告。学生在实验操作时，指导老师会巡视学生实验操作，并给予指导。测得的实验数据让指导老师审查后，再处理数据，完成后将实验报告交给指导老师。实验室对每个实验项目都制定了具体的考核办法和评分标准。指导老师依据评分标准，根据学生在实验各环节的完成情况对本次的实验进行综合教学评价。实验报告应由预习实验报告、实验过程、结果分析三大部分组成。课程成绩按百分制评定，每个环节具体分值分配为：预习实验报告40分，实验操作过程30分，处理数据及结果分析30分，最后成绩取所有實验成绩的平均值。

设计性物理实验和专业课教学内容有机整合，使学生学以致用。根据不同的专业需求，开设与学生专业背景相关的设计性实验，增强实用性，提高学生的科研兴趣。[5]例如：对农林专业的学生增设温度、湿度等传感器在农业领域中应用方面设计性实验;对于电气类专业可增设示波器电路等电学方面的设计性实验。在设计性实验教学中，为学生提供了自主创造的空间，学生可以做自己想做的事情，有效培养了学生的独立思考能力和科研能力。增强动手能力和解决问题能力，有助于创新意识的培养。

4 结语

经过几年的探索与实践，我们认识到开设设计性、研究性实验，能因材施教，重视学生的个性化教育，使学生的创造力得到应有的发挥，是农业高等院校进行物理实验改革的有效途径之一。设计性、研究性物理实验，延伸了实验教学的空间，以适应与时俱进的课程发展的需要。因此，各个学校的大学物理实验教学改革成功经验都值得研究和借鉴，根据自己学校特点，进一步补充和完善大学物理实验教学内容，形成适合本校特点的大学物理实验教学模式。

基金项目：2018年度中华农业科教基金教材建设研究项目：设计性及研究性大学物理实验数字化资源库建设与研究（NKJ201803006）;2018年度中华农业科教基金教材建设研究项目：大学物理融媒体教材与课堂一体化教学改革研究（NKJ201802010）;2018年度中华农业科教基金教材建设研究项目：农业大学物理理论课数字化教材建设的研究（NKJ201803005）

参考文献

[1] 教育部，财政部，国家发展改革委印发.关于高等学校加快“双一流”建设的指导意见[EB/OL].教研（2018）5号.http：//www.moe.gov.cn/.

[2] 朱盼盼，王旗.以创新能力培养为目标的大学物理实验教学改革[J].大学物理实验，2017.30（3）：146-148.

[3] 杨迪，孙丽媛，周永军，等.在大学物理实验课程中创新人才培养的研究与实践[J].大学物理实验，2017.30（6）：139-141.

[4] 张映辉.设计性研究性实验题目设置和教学方法初探[J].大学物理实验，2015.28（1）：107-109.

[5] 王帆，姚庆香，樊丽娜，等.独立学院大学物理实验开发的研究[J].物理之友，2016.32（6）：17-19.