浅谈物理实验教学的改革与探索

２００８年第３期（总第１０１期）　王竞哮　素　３５　浅谈物理雾　教　的改革　掾系　黄金华　’　（辽宁石油化工大学物理实验中心，辽宁抚顺１１３００１）　［摘要］物理实验是科学实验的先驱，具有重要的地位。在物理实验教学改革中，我们首先确立了科学　的、先进的教育观念，对现有的不完善的教学体系、教学手段和方法进行了改革，建立了多层次教学体　系，既注重三基的训练，又突出创新思维和创新能力的培养，取得了较显著的教学效果。　［关键词］物理实验；教学改革；多层次教学；创新能力　Ｂｒｉｅｆ　Ｔａｌｋ　ｏｎ　Ｔｅａｃｈｉｎｇ　Ｒｅｆｏｒｍ　ａｎｄ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　Ｈｕａｎｇ　Ｊｉｎｈｕａ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｈｙｓｉｃｓ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｉｓ　ａ　ｐｉｏｎｅｅｒ　ｉｎ　ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｉｔ　ｏｃｃｕｐｉｅｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｐｏｓｉ—　ｔｉｏｎ．Ｉｎ　ｐｈｙｓｉｃｓ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｒｅｆｏｒｍ，ｗｅ　ｆｉｒｓｔ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ａ　ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ａｎｄ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌ　ｃｏｎｃｅｐｔ，ｔｈａｔ　ｉｓ。ｔｈｅ　ｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｉｎａｄｅｑｕａｃｉｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｍｅａｎｓ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅｎ，ａ　ｍｕｌｔｉ—ｌｅｖｅｌ　ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｉｔ　ｌａｙｓ　ｓｔｒｅｓｓ　ｏｎ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｂａｓｉｃ　ｔｒａｉｎｉｎｇ　（ｂａｓｉｃ　ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ，ｂａｓｉｃ　ｓｋｉｌｌｓ　ａｎｄ　ｂａｓｉｃ　ｍｅｔｈｏｄ）ｂｕｔ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｃｒｅａｔｉｖｅ　ｔｈｉｎｋｉｎｇ　ａｎｄ　ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ａｂｉｌｉ—　ｔｉｅｓ．Ａｎｄ　ｉｔ　ｈａｓ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｐｒｏｍｉｎｅｎｔ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ　ｉｎ　ｔｅａｃｈｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ；Ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｒｅｆｏｒｍ；Ｍｕｌｔｉ—ｌｅｖｅｌ　ｔｅａｃｈｉｎｇ￣Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　一、引言　发学生的学习兴趣和主动性。　物理学本质上是一门实验科学。物理实验是科学实　二、更新观念、以注重综合能力培养为改革目标　验的先驱，体现了大多数科学实验的共性，在实验思想、　大学物理实验课作为本科生接受系统实验方法和技　实验方法以及实验手段等方面是各学科科学实验的基　能训练的开端，在人才的科学素质培养中占有重要的地　础。它的基本理论渗透在自然科学的各个领域，应用于　位，是培养学生科学实验能力、提高科学素质的重要基　生产技术的许多部门，是自然科学和工程技术的基础。　础。它在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理　从面向２１世纪科技发展和人才科学素质需求的角　论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面具有　度来考虑，未来的科技人才应该具有深厚的基础知识、具　其他实践类课程不可替代的作用。　有对新知识积极探索的浓厚兴趣、具有应用开发能力的　我校在５０余年的办学历程中，形成了重视实践教学　创造性人才。因此，物理实验教学的改革必须适应当代　的优良传统，秉承“问学穿石，修身诚化”的校训，坚持“团　科技发展，在教学内容、课程体系、教学方法、教学手段等　结、求实、严谨、创新”的学校校风。物理实验教学中心根　各方面进行新的探索和尝试，形成多元化的教学体系，激　据我校的具体情况，确立了“厚基础、宽Ｅｌ径、重个性、强　［作者简介］黄金华（１９６２一），男，高工，物理实验中心主任。　维普资讯 http://www.cqvip.com ３６　浅谈物理实验教学的改革与探索　能力、求创新”的人才培养方针，坚持“加强基础、注重应　用、培养能力、探索创新”的实验教学理念。我们始终认　为实验教学与理论教学同样重要，从教学形式』二看，实验　教学更有利于激发同学们的主动探索精神。我们注重培　养理工学生的科学素养、动手能力、创新精神，因材施教，　为所有优秀人才提供发展空间。实验内容的安排既强调　实验内容的基础性、物理性，同时又注意加强实验内容的　应用性、前沿性、方法手段的先进性。　物理实验中心建设过程中积极进行教学改革研究，　逐步统一思想，按照“增加层次、更新内容、开放实验、因　材施教”的思路，以基础物理实验、综合性实验、设计性研　究性的创新实验及开放式创新基地为重点进行实验内容　体系改革和实验室建设。近年来，我们先后建成了维修　和自制、创新与制作、趣味与演示等特色实验室，建成了　物理实验中心网站，开发研制了物理实验选课和管理系　统，实现了实验室开放。　三、以学生为主体，完善物理实验教学体系　结合我校的实际情况及特点，重新整合实验内容，彻　底打破过去按力、热、电、光等学科设置实验项目的界限，　依据教学目标、实验难易程度和对学生实验知识、技能的　要求，逐步形成并完善了基础物理实验（含预备实验）平　台、综合与近代实验平台、设计、研究性实验平台、演示实　验与创新基地平台、实验教学网络平台的建设，构建了一　个从浅入深、从基础到前沿、从接受知识到培养综合能力　逐级提高的“一体化、分层次、全面开放”的创新物理实验　教学体系，既注重了基础性，又突出了实践性，体现了综　合性、先进性和创新性。　通过建立物理实验教学网站，我们开发了学生选课　系统和实验教学综合管理系统，网络课程资源也正在逐　步完善。对实验考核内容和方法进行了改革，形成了具　有实验教学开放化、辅助教学网络化、教学管理现代化、　考核管理规范化的物理实验教学模式。　（一）注重基础物理实验教学，培养学生基本实验技能　强化学生在基本知识、基本方法和基本技能方面（三　基）的严格而系统的训练。　教学重点在于让学生掌握实验原理和实验思想，掌　握如何选择和正确使用各种基本实验仪器，掌握基本物　理量的测量和控制的基本方法与技能以及基本的数据处　理方法等，目的是培养学生基本的实验技能、良好的实验　规范以及敏锐的观察能力。这种三基训练可能会比较枯　燥，却是完全必要的。必须首先保证这一要求的实现，没　有这种严格的基本训练，很难成为高素质的人才。这个　层次的实验内容安排在实验的第一学期，比例在５５　左　右。　（二）加强综合性实验，培养学生解决问题及应用能力　重点在于让学生学习、认识各种物理现象之间的相　互关联，培养他们处理复杂问题的能力和利用综合知识　的能力，同时进一步强化在第一层次所培养起来的各项　技能。　物理实验必须与现代科学技术接轨，才能使科技成　果渗透到传统的经典课程内容之中，也才能激发学生的　学习热情。随着传感器技术在实验中的广泛应用，使原　来单纯的力、热、光、电及近代实验改变成力、热、光、电、　磁、计（计算机及接口技术）、近代实验的相互融合，实现　了实验内容的综合型跨越。我们通过对原有设备的改造　和引进的方式，先后建成了多个综合实验项目。比如：用　迈克尔逊实验仪测量固体线胀系数，用ＣＣＤ实现牛顿环　实验，分光计实验的教学演示系统，用计算机实测物理参　数（５项）实验等项目。在当今信息化社会中，大学物理实　验要跟上信息时代的步伐，必然要将现代化的信息教育　技术理念与手段运用到实验中去。这个层次的实验内容　安排在第一、二学期，重点放在二学期，比例在３０　左右。　（三）引入设计性、研究性实验（创新实验），培养学生　的创新意识　重点在于培养学生提出问题和通过实验解决问　题的能力，使其具备初步的科研素养和良好的科学创新　精神。这个层次的实验内容重点安排在第二学期，比例　在１５　左右。　为了加强学生动手能力，研究能力，特别是创新能力　的培养，物理实验中心开设了大学物理创新实验课程（选　修课）。本课程主要内容是设计性研究性实验，暂时　于大学物理实验，是一种较高层次的实验训练。实验中　心每学期开设１５个左右的实验项目，由学生自己选题。　它要求学生学会自己查找和阅读各种参考资料，在此基　础上，根据一定的要求，自行选择实验仪器、设计实验步　骤、观察和记录实验现象和数据、研究实验过程中发现的　种种问题，最后完成实验。虽然这种实验一般要花费较　多的时间，而且往往要经历某种失败、甚至多次的失败，　但的确是培养学生从事科学研究工作能力，特别是　创新能力所必需的。　（四）建立开放研究型演示实验室、培养学生学习兴趣　实验中心有演示实验７０多个，可进行创新组合实验　１００多项，主要对低年级学生及社会开放，每周开放３０个　小时。中心目前建成三个演示实验室，分为光学与近代、　力热、电磁演示实验。每个实验室都配有创新组合实验　仪器，学生可以根据自己的需要，设计好实验方案和实验　内容，动手自组实验装置并完成实验。演示内容与物理　理论课程教学紧密联系，注重物理现象与物理原理间的　联系，强调学生的参与。丰富多彩的物理现象演示，加深　了学生对物理知识的理解，激发了学生学习物理实验的　兴趣和求知的欲望。　我们认为，演示实验不仅要发挥其演示功能，还应在　常规工作的基础上扩展其工作内容，提升演示实验室功　能。我们的目标是要将演示实验室建设成为既要实现实　维普资讯 http://www.cqvip.com

戋谈物理实验教学的改革与探索　物演示，课件演示，又要实现物理ＣＡＩ、典型实验、趣味物　理及科普、探索性实验研究的研究型多功能开放实验室。　（五）建立创新实验基地、培养学生综合实验素质　能力　我们以演示实验室和维修与自制、创新与制作室为　依托，成立创新实验基地。实验基地服务于全校各年级　的学生，学生可以按以下几种方式参与：参加物理创新实　验课（选修）、参加物理兴趣小组（按学院组织报名）、个人　预约报名等形式参与创新活动。　创新基地作为一个服务平台，中心主要组织了如下　活动：　ｌ＿教师给定实验项目，学生自选实验题目进行创新　活动（选修课形式）。　２．举行创新趣味物理实验大赛，以兴趣小组为单位　参加。我们已经举办了“鸡蛋撞地球”、“水火箭”、“逆风　行舟”等项目的比赛。　３．利用实验中心提供的资源，鼓励学生参与制作与　组装。其中，一种方式是选定导师，由导师带领学生参加　自制仪器的项目；第二种方式是学生自定题目（须经中心　审核批准），到基地进行活动；另一种方式是由中心提供　项目和材料，学生参加组装训练，如万用表（数字、指针　式）、半导体收音机等。　４．利用报废仪器，进行拆、装训练，并鼓励学生查找　病因，力争修好仪器（修坏无过、修好有奖），对无维修价　值的仪器，由学生评价哪些部件可作为零配件再使用。　５．引导、鼓励学生进行演示实验课件制作。如被实　验室采用，给学生一定的奖励，并颁发证书。　四、完善了实验教学方法与手段　指导思想：强调自主性，开放式、重在创新能力培养；　改变传统以操作训练为主的上课方式，强调在教师指导　下进行实验研究；从基本实验开始，注意进行科学研究方　法的熏陶、科学作风的培养、创新精神的激发，将研究性　内容贯彻始终。实验技术、方法、手段的发展、实验考核　方法改革等都以此为出发点和归宿。　实验技术：物理实验技术反映科学技术发展的主流，　即积极采用数字式、传感器、计算机等现代化的实验技术　设备，又充分注意不让新技术的应用冲淡实验的物理内　涵。注重将最新的实验设计方法、数据处理方法、计量测　量标准引入到实验教学中来。多采用通用仪器，自行设　计组合式、积木式仪器，给学生提供自主探索研究的条　件，培养创新精神和实验能力。　教学方法：实验中心积极探索教学方法的改革，针对　不同教学内容和实验类型，选择不同的教学方法。例如，　对于“误差理论和实验数据处理”这一部分，采取大班上　课、借助多媒体进行教学；对于课程安排比较饱满的基础　性实验课，采取老师在实验开始前详细讲解，然后学生分　散做实验的方法；对于开放性和设计性实验，要求老师在　实验前不要完全讲透，而要留有余地，以启发同学自己去　思考、去想办法。我们的做法是，先由教师出题，同学来　选；无成熟教材，只有参考资料，甚至只有一两篇最新论　文；无操作指导书，学生思考后与教师一起制订实验方　案，实验室提供必要的器材，学生自行设计和进行实验，　包括必要的硬件设计加工、零部件采购；无预知的结果，　教师必须跟踪实验进程与学生一起研讨。这种实验的前　提是学生愿意花较多的不计学时时间到实验室自主进行　实验，实验室提供开放条件，给学生一个宽松的实验环　境；充分发挥学生的自主性和钻研精神。　实验考核方法：实验平时考核成绩与实验考试相结　合。实验考核成绩由教师考查学生在预习、实验过程及　实验报告中反映出的对实验的理解、动手能力、科学作　风、分析问题能力和探索创新精神，给出综合评定。不以　操作快慢、一次成败或结果与实际值的一致性等作为实　验评价的主要依据，允许课后在定时开放时段重作实验　或研究新内容，允许基本实验中出现失败或挫折，允许反　复。努力营造一种加强师生交流、支持多做实验、启发独　立思考、鼓励深入研究、鼓励创新、鼓励找现有实验存在　的问题，既有一定挑战性，又有比较宽松的实验室学习氛　围。实验中心加强学术讨论与指导，加强评估检查，加强　批改实验报告的责任心教育，确保实验考核及考试的公　正性，激发学生学习物理实验的积极性。　五、结束语　经过多年的改革、建设和教学实践，实验中心具备了　较好的实验教学条件和环境条件，实现了开放式实验教　学，对学生开放实验室。通过实行一体化管理，实现　了学院内资源共享，提高了办学效率。建立了多层次教　学体系，既注重三基的训练，又突出创新思维和创新能力　的培养。通过实验教学的改革与实践，取得了较显著的　教学效果，受到了学生的欢迎和同行的好评。不过，我们　清醒地认识到，教学改革任重而道远，还有很多问题需要　我们去学习和探索，还有很多工作需要我们踏踏实实去　完成，我们还需要做出更多的努力。（责任编辑：张明德）　参考文献：　［１］王平军．物理实验教学改革初探ＥＪ３．实验室科学，　２００５，（３）：２３—２４．　［２］黄柳宾等．开放式物理实验教学的规范化建设ＥＪ３．实　验室研究与探索，２００５，２４（１）：６０—６２．　Ｅ３３ｆ￣竹琴等．设计性物理实验教学调研与初探ＥＪ３．实验　室研究与探索，２００５，２４（８）：１０—１１．　Ｅ４３丁晓昌．深化改革创新机制全面开创实验教学与实　验室建设工作新局面［Ｊ］．实验室研究与探索，２００５，２４　（１０）：１－３．　［５］彭文波等．实验教学体系的设计与探讨ＥＪ３．实验室科　学，２００６，（５）：６－８．