蓋雙旗，陳偉華，曾福軍

(梧州學(xué)院，廣西 梧州　543002)

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地方院校應(yīng)用轉(zhuǎn)型中大學(xué)物理實驗項目的構(gòu)建模式研究

蓋雙旗，陳偉華，曾福軍

(梧州學(xué)院，廣西 梧州543002)

摘 要：針對地方院校轉(zhuǎn)型需要，基于提高學(xué)生的應(yīng)用能力，提出了依托學(xué)生實驗中發(fā)現(xiàn)問題設(shè)置設(shè)計性實驗課題、引入近現(xiàn)代物理實驗拓展實驗體系、應(yīng)用實際工程測量技術(shù)提升實驗品質(zhì)、加入計算機技術(shù)輔助提高學(xué)習(xí)價值、從生活出發(fā)設(shè)計實驗項目增強學(xué)習(xí)興趣等構(gòu)建大學(xué)物理實驗項目的模式。

關(guān)鍵詞：地方院校；應(yīng)用能力；大學(xué)物理實驗；構(gòu)建模式

近年來，在借鑒國外成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，國內(nèi)許多高校對大學(xué)物理實驗課程進行了不斷的改革和創(chuàng)新，其中一些做法得到了普遍的認(rèn)同，如建立逐級提高的多層次實驗教學(xué)體系，增加“綜合性”和“設(shè)計性”實驗，以網(wǎng)絡(luò)為平臺建立開放實驗教學(xué)模式等[1]。對于地方院校而言，雖然有應(yīng)用轉(zhuǎn)型的迫切需要，但由于經(jīng)費、人員、場地等諸多方面的限制，很多學(xué)校對大學(xué)物理實驗項目基本沒做太大的調(diào)整和改進，開設(shè)的“綜合性”和“設(shè)計性”實驗也未達(dá)到預(yù)期的效果，學(xué)生的興趣和應(yīng)用能力并未得到有效提高[2]。

1對于地方院校大學(xué)物理實驗教學(xué)的一些認(rèn)識

1.1地方性本科院校學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)

地方性本科院校一般作為“應(yīng)用型大學(xué)”，首先要適應(yīng)當(dāng)前社會發(fā)展的需要，所以其培養(yǎng)學(xué)生的目標(biāo)應(yīng)該是能適用于當(dāng)前社會的復(fù)合型、技能型和應(yīng)用型人才。這不單單是社會的現(xiàn)實需求，更是絕大部分學(xué)生對學(xué)習(xí)目標(biāo)的認(rèn)知和學(xué)習(xí)意圖的體現(xiàn)。因此他們會對大學(xué)物理實驗產(chǎn)生諸如理論陳舊、手段落后、應(yīng)用價值低、與科技發(fā)展脫節(jié)等等片面看法就不難理解了。

1.2驗證性實驗是大學(xué)物理實驗的主體

驗證性實驗是大學(xué)物理實驗的主體部分，其中的一些經(jīng)典實驗是應(yīng)該堅持開設(shè)的[3]。我們不能過分貶低驗證性實驗的作用，這些經(jīng)典實驗有助于學(xué)生理解物理學(xué)的基本概念和基本理論。特別是大學(xué)物理實驗主要針對低年級學(xué)生開設(shè)，地方院校的學(xué)生水平又參差不齊，從認(rèn)知規(guī)律出發(fā)，也不能過分強調(diào)實驗的設(shè)計和創(chuàng)新[4]。

1.3充分利用現(xiàn)有的實驗室資源

對于任何一個國家的基礎(chǔ)物理實驗室來說，籌集建設(shè)資金都是一大難題，特別是對地方院校而言尤為困難。我們不必過于強調(diào)實驗儀器的更新?lián)Q代，實驗項目的改頭換面，在充分利用好學(xué)校現(xiàn)有物理實驗室資源的基礎(chǔ)上，提高認(rèn)識，克服困難，也可以達(dá)到改革大學(xué)物理實驗的目的。

2地方院校大學(xué)物理實驗項目構(gòu)建的設(shè)計思想

2.1增強大學(xué)物理實驗的內(nèi)涵

現(xiàn)行大學(xué)物理實驗項目的設(shè)計基本上是為了驗證某個物理學(xué)理論、某個物理學(xué)定律的正確與否。而學(xué)生總在潛意識中已經(jīng)認(rèn)定這些理論、定律是“一定正確且毫無疑問”的，讓學(xué)生單純?yōu)轵炞C而實驗是提不起學(xué)生興趣，發(fā)揮不了學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性的。我們要擴展大學(xué)物理實驗的內(nèi)涵，要通過實驗指明物理學(xué)理論大廈是怎樣建立在實驗基礎(chǔ)之上的，讓學(xué)生真正懂得怎樣通過實驗去認(rèn)識真實的物理世界，即物理世界不象理論上描述的那么簡單，事物也不象理論上分析的那么純粹。

2.2大學(xué)物理實驗要更多體現(xiàn)科技發(fā)展和科技進步

考慮到有很多非物理專業(yè)的學(xué)生要做大學(xué)物理實驗，我們不能總拿一些十九世紀(jì)內(nèi)容的物理實驗來滿足他們，可以把一些具有近現(xiàn)代內(nèi)容的物理實驗引入到大學(xué)物理實驗中[5]。可針對不同專業(yè)學(xué)生的專業(yè)特點選擇相應(yīng)的近現(xiàn)代物理實驗項目予以引入，并根據(jù)這些學(xué)生的知識水平和專業(yè)特點修訂實驗內(nèi)容。

在傳統(tǒng)的大學(xué)物理實驗中，可以精選保留一部分經(jīng)典的實驗項目，更新一些實驗內(nèi)容或測量方法與現(xiàn)代科技發(fā)展嚴(yán)重脫節(jié)的實驗項目?？梢园严嚓P(guān)的新技術(shù)、新工藝滲透到大學(xué)物理實驗項目中，增加新的實驗內(nèi)容，提升其實驗檔次[6]。這樣大學(xué)物理實驗與現(xiàn)實生活、科學(xué)技術(shù)結(jié)合得更加緊密，能夠激發(fā)學(xué)生對物理實驗的興趣，并感到能學(xué)以致用。

現(xiàn)代科技的發(fā)展離不開計算機技術(shù)的作用，計算機應(yīng)用能力已成為當(dāng)代大學(xué)生的一種必備能力。計算機的投入是構(gòu)建大學(xué)物理實驗項目的一個重要組成部分，其作用一方面可以用來進行繁瑣的數(shù)據(jù)運算，提高實驗效率；更可以考慮將傳感器、單片機、計算機組合起來，組成實驗數(shù)據(jù)的采集、傳送、計算、分析、打印的一體化系統(tǒng)[7]。

2.3增強大學(xué)物理實驗的趣味性

增強實驗的趣味性，是指在原有的大學(xué)物理實驗項目基礎(chǔ)上，保留基本的實驗原理不變，從學(xué)生感興趣的生活現(xiàn)象和工程應(yīng)用入手，通過改變實驗器材、實驗結(jié)構(gòu)、實驗內(nèi)容、實驗要求等來重新構(gòu)建實驗項目。這樣實驗就帶有了一些研究性質(zhì)，內(nèi)容比較新穎，學(xué)生自由度較大，并能培養(yǎng)學(xué)生積極的學(xué)習(xí)態(tài)度。

3地方院校大學(xué)物理實驗項目的構(gòu)建模式

針對地方院校特點，為提高學(xué)生的應(yīng)用能力，在高效利用現(xiàn)有實驗室資源的基礎(chǔ)上，通過師生交流、合作、創(chuàng)新，我們總結(jié)出一些行之有效的構(gòu)建大學(xué)物理實驗項目的模式。

3.1依托學(xué)生實驗中發(fā)現(xiàn)問題設(shè)置設(shè)計性實驗課題

該模式基本操作流程為：“學(xué)生實驗發(fā)現(xiàn)并提出問題” →“教師分析問題價值” →“教師設(shè)置新實驗要求” →“學(xué)生進行實驗設(shè)計” →“學(xué)生實驗解決問題”。

學(xué)生在進行大學(xué)物理實驗的過程中會發(fā)現(xiàn)各種各樣的問題，教師可注意收集學(xué)生發(fā)現(xiàn)的具有普遍性和研究價值的問題，以此為基礎(chǔ)設(shè)置設(shè)計性實驗課題讓學(xué)生開展研究、探索。這種開展設(shè)計性實驗的方式是在原有驗證性實驗的基礎(chǔ)上進行，即可以拓寬學(xué)生對原有實驗原理的認(rèn)識和提高了實驗儀器的利用率；又可以保證學(xué)生有充足的興趣進行科學(xué)探究，達(dá)到設(shè)計性實驗的目的，可謂一舉兩得[8]。

根據(jù)我們的實踐經(jīng)驗，只要鼓勵學(xué)生在實驗中去發(fā)現(xiàn)和提出問題，每個大學(xué)物理驗證性實驗都可以開設(shè)出相應(yīng)的設(shè)計性實驗課題。如其它力學(xué)實驗，測量楊氏模量實驗中的“微小伸長量測量方式的研究”；測量轉(zhuǎn)動慣量實驗中的“不規(guī)則物體轉(zhuǎn)動慣量的測量研究”等等[8]。

3.2引入近現(xiàn)代物理實驗拓展實驗體系

該模式基本操作流程為：“專業(yè)特點分析”→“教師選擇實驗項目” →“教師修訂實驗內(nèi)容” →“學(xué)生實驗” →“學(xué)生反饋信息收集”。

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和科技產(chǎn)品對人們生活品質(zhì)的不斷提升，一些原屬于近現(xiàn)代物理實驗的內(nèi)容現(xiàn)在已成為大學(xué)物理實驗范疇，如光電技術(shù)、傳感器技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)等等[9]。特別是對于不能進行近代物理實驗的非物理專業(yè)的學(xué)生而言，將近現(xiàn)代物理實驗項目引入大學(xué)物理實驗中，促使原有的大學(xué)物理實驗與近現(xiàn)代物理實驗間的重組與融合，拓展實驗體系尤為必要。

教學(xué)實踐表明，這些引入的近現(xiàn)代物理實驗由于和學(xué)生專業(yè)較吻合，現(xiàn)代氣息濃厚，又具有較強的應(yīng)用性，修訂后的實驗內(nèi)容適合未學(xué)習(xí)過近代物理的非物理專業(yè)學(xué)生，因此比較受到學(xué)生的歡迎。

3.3應(yīng)用實際工程測量技術(shù)提升實驗品質(zhì)

該模式基本操作流程為：“工程儀器收集” →“教師選擇實驗項目” →“教師編寫實驗內(nèi)容” →“學(xué)生實驗” →“學(xué)生反饋信息收集”。

學(xué)生對現(xiàn)行的大學(xué)物理實驗項目一個很大的詬病就是沒有實用價值，雖然這個看法有些片面，但我們卻不能不重視。其實很多驗證性的實驗項目都和實際工程技術(shù)應(yīng)用有著千絲萬縷的聯(lián)系，我們要做的只是把其發(fā)掘出來，添加到實驗中去，提升實驗品質(zhì)。

此類與大學(xué)物理實驗項目相關(guān)的工程測量儀器有很多，儀器可依托校外合作單位和校內(nèi)專業(yè)實驗室來獲得，引入到適合的大學(xué)物理實驗中，并結(jié)合理工科學(xué)生的專業(yè)特點制定實驗內(nèi)容。

3.4加入計算機技術(shù)輔助提高學(xué)習(xí)價值

該模式基本操作流程為：“選擇實驗項目” →“教師設(shè)置計算機輔助裝置” →“學(xué)生編寫數(shù)據(jù)處理軟件” →“學(xué)生實驗” →“學(xué)生反饋信息收集”。

在物理實驗教學(xué)上，計算機的廣泛使用正是我國和發(fā)達(dá)國家的最大差距，美國大學(xué)的大學(xué)物理實驗中約1/3-1/2 使用計算機輔助[11]。有些實驗教師有種誤解，認(rèn)為計算機技術(shù)投入大學(xué)物理實驗會降低學(xué)生的分析、處理、解決問題的能力，他們認(rèn)為越是一體化、智能化的實驗系統(tǒng)越不能達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生、提高學(xué)生素質(zhì)的實驗?zāi)繕?biāo)。我們則認(rèn)為，計算機只是一種輔助工具，計算機投入實驗?zāi)茏寣嶒炦M行的更加便利，省下大量調(diào)試儀器、采集數(shù)據(jù)、計算處理的時間，而能讓學(xué)生把精力放到理解原理、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題等更有意義、更有價值的學(xué)習(xí)中去。

為把計算機技術(shù)順利引入到大學(xué)物理實驗中，可從師生兩方面入手。在學(xué)生方面，首先對一些計算機編程能力較強的學(xué)生提出要求，即讓他們分組編寫各個大學(xué)物理實驗的數(shù)據(jù)計算和處理程序軟件，目標(biāo)是要達(dá)成實驗數(shù)據(jù)的自動化處理和圖表顯示。然后把這些程序安裝到實驗室計算機中，讓做大學(xué)物理實驗的學(xué)生操作使用并提出反饋意見，加以修改后重復(fù)這一過程，以求最終獲得界面明晰、操作簡單、結(jié)果準(zhǔn)確的程序軟件。在教師方面，借鑒其他高校的經(jīng)驗，我們選取了幾個有代表性的實驗，使用計算機輔助改進實驗手段，使實驗變得簡單直觀。如“牛頓環(huán)干涉實驗”中利用CCD成像系統(tǒng)對其進行改進；“分光計實驗”中在望遠(yuǎn)鏡的目鏡上安裝了視頻攝像工具幫助理解。

以計算機技術(shù)輔助構(gòu)建實驗一體化系統(tǒng)，完成實驗數(shù)據(jù)的采集、傳送、計算、分析、打印，這是大學(xué)物理實驗引入計算機技術(shù)所要達(dá)成的的最終目標(biāo)。

3.5從生活出發(fā)設(shè)計實驗項目增強學(xué)習(xí)興趣

該模式基本操作流程為：“趣味實驗資料收集”→“選擇實驗項目” →“教師設(shè)置趣味性實驗” →“學(xué)生實驗” →“學(xué)生反饋信息收集”。

生活是最好的老師，對于一些和日常生活現(xiàn)象聯(lián)系較緊密的大學(xué)物理實驗，可在保持實驗基本理論知識不變和主要實驗儀器不變的前提下，從應(yīng)用型、趣味性出發(fā)重新設(shè)計了實驗內(nèi)容和實驗要求。如對光學(xué)實驗中的“薄透鏡焦距的測量”進行了重新設(shè)計后，可改變?yōu)椤坝帽⊥哥R模擬眼睛配近視和遠(yuǎn)視眼鏡”。

這類趣味性大學(xué)物理實驗在國外開發(fā)的較早，現(xiàn)在國內(nèi)外都有許多成熟的案例可供借鑒[11-12]。

這種貼近現(xiàn)實生活的實驗難度不高，充滿趣味，是很受學(xué)生們歡迎的。其可根據(jù)各校實驗室的實驗儀器配備情況，聯(lián)系生活實際，轉(zhuǎn)換實驗方式，發(fā)揮教師的創(chuàng)造性，力爭能開出更多此類實驗。

4結(jié)論

對于學(xué)生水平參差不齊，財政基礎(chǔ)薄弱，轉(zhuǎn)型需要迫切的地方院校而言，以上大學(xué)物理實驗項目的構(gòu)建方式具有投入成本低，實用有效，操作性強的優(yōu)點。經(jīng)過幾年的教學(xué)實踐，發(fā)現(xiàn)參與學(xué)生和指導(dǎo)教師在自主創(chuàng)新能力上都有了明顯的改變。學(xué)生方面是充分利用了實驗時間，激發(fā)了其積極主動性：以前許多學(xué)生做實驗是草草測完數(shù)據(jù)后就無所事事，現(xiàn)在這些重新構(gòu)建后的實驗項目讓學(xué)生總能發(fā)現(xiàn)一些自己感興趣的，想要深入研究下去的內(nèi)容，課堂實驗時間不夠用，就利用課外時間進行主動的學(xué)習(xí)和探討。教師方面是形成了一種教學(xué)傳承：每個創(chuàng)新的實驗設(shè)計、每個引入的實驗器材、每個自編的實驗項目指導(dǎo)書都是凝聚了參與師生心血而成[12]，這是一種厚重的傳承資本，不斷更新和改進的自編校本實驗教材更可窺見學(xué)校的師生傳承歷史。而一個高校沒有傳承就沒有基礎(chǔ)，沒有傳承就沒有發(fā)展。

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The Construction of the Project the Students Ability of Application on the University Physics Experiment

GAI Shuang-qi,CHEN Wei-hua,ZENG Fu-jun

(Wuzhou College,Guangxi Wuzhou 543002)

Abstract：According to the characteristics of local colleges,improve the ability of students is put forward based on,relying on students' experimental problems found in design experimental project,introduction of modern physics experiment system,expand the application in practical engineering technology means to improve the experimental quality,joined the computer technology aided method to improve the value of learning,designing the experiment projects from life to enhance interest in learning to construct university physics experiment project.

Key words：application ability；university physics experiment；construct

中圖分類號：G 420

文獻標(biāo)志碼：A

DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.001.030

文章編號：1007-2934(2016)01-0115-04

基金項目：廣西高等教育本科教改工程B類項目( 2015JGB387)；梧州學(xué)院教改項目(Wyjg2013A009)

收稿日期：2015-09-06