張昉

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應(yīng)用型高校大學(xué)物理實驗課程教學(xué)改革之我見

張昉

（鄭州科技學(xué)院 基礎(chǔ)部，河南 鄭州 450064）

高校大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)，應(yīng)以科學(xué)態(tài)度的樹立、實驗技能與實驗研究基本方法的掌握為首要目標，在此基礎(chǔ)上著力于問題分析能力和創(chuàng)新能力的提高。應(yīng)用型高校大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)改革，既要注重通過增設(shè)和優(yōu)化設(shè)計性、研究性實驗提高學(xué)生的問題分析能力和創(chuàng)新能力，也要注重通過改善驗證性實驗使學(xué)生更好地掌握實驗技能與實驗研究基本方法。

應(yīng)用型高校；大學(xué)物理實驗；教學(xué)目標；教學(xué)效果；驗證性實驗

物理學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)研究物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)和物質(zhì)運動最一般規(guī)律的科學(xué)，其基本理論及實驗技能在自然科學(xué)的各個領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。大學(xué)物理實驗課程是大學(xué)生掌握科學(xué)實驗方法的開端，是他們接受專業(yè)技能訓(xùn)練的基礎(chǔ)。“物理實驗課覆蓋面廣，具有豐富的實驗思想、方法、手段，同時能提供綜合性很強的基本實驗技能訓(xùn)練，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實驗?zāi)芰?、提高科學(xué)素質(zhì)的重要基礎(chǔ)。它在培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、活躍的創(chuàng)新意識、理論聯(lián)系實際和適應(yīng)科技發(fā)展的綜合應(yīng)用能力等方面具有其他實踐類課程不可替代的作用?！?①

傳統(tǒng)的大學(xué)物理實驗項目以驗證性實驗為主。驗證性實驗有利于學(xué)生掌握常用儀器儀表的使用方法和數(shù)據(jù)處理方法，加深對物理基本理論的理解，但在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生創(chuàng)新能力方面，功能明顯不足。20世紀90年代前后，國家教委曾兩次組織高等學(xué)校相關(guān)教學(xué)指導(dǎo)委員會制定物理基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求，對指導(dǎo)和規(guī)范我國高等學(xué)校物理基礎(chǔ)課程教學(xué)、確保教學(xué)質(zhì)量起到了重要作用。為使大學(xué)物理課程教學(xué)更好地適應(yīng)高等學(xué)校教育教學(xué)改革的需要，充分提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，經(jīng)過兩年多的調(diào)研和討論，教育部高等學(xué)校物理學(xué)與天文學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會于2008年3月發(fā)布了《理工科類大學(xué)物理實驗課程教學(xué)基本要求》（以下簡稱《基本要求》），兩年后又發(fā)布了其2010年版本，形成了大學(xué)物理實驗課程教學(xué)的指導(dǎo)性文件?！痘疽蟆肥歉鞲咝Ｖ贫ù髮W(xué)物理實驗課程教學(xué)計劃和教學(xué)大綱的依據(jù)，也是該課程教師編寫教材和開展教學(xué)改革的依據(jù)。近年來的大學(xué)物理實驗課程教學(xué)改革研究，多數(shù)立足于通過強化探究性實驗等措施提高大學(xué)生的問題分析能力和創(chuàng)新能力，而關(guān)于驗證性實驗改進方面的研究較少，這容易使人對《基本要求》產(chǎn)生片面認識。鑒于此，本文以應(yīng)用型高校為例，以《基本要求》為指導(dǎo)，從總體教學(xué)目標、實驗項目與教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)動力等方面探討大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)改革。

一、總體教學(xué)目標

關(guān)于大學(xué)物理實驗課程的總體教學(xué)目標，《基本要求》提出：“本課程的具體任務(wù)是：1. 培養(yǎng)學(xué)生的基本科學(xué)實驗技能，提高學(xué)生的科學(xué)實驗基本素質(zhì)，使學(xué)生初步掌握實驗科學(xué)的思想和方法。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新意識，使學(xué)生掌握實驗研究的基本方法，提高學(xué)生的分析能力和創(chuàng)新能力。2. 提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際和實事求是的科學(xué)作風(fēng)，認真嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，積極主動的探索精神，遵守紀律，團結(jié)協(xié)作，愛護公共財產(chǎn)的優(yōu)良品德?！盵1]2不難看出，第二個任務(wù)其實是關(guān)于紀律、治學(xué)態(tài)度等方面的目標要求，而第一個任務(wù)包含實驗技能和創(chuàng)新能力兩大目標要求。盡管《基本要求》并未區(qū)分高等學(xué)校的層次，只是強調(diào)各高校應(yīng)根據(jù)實際情況合理安排，但這一總體教學(xué)目標對各類高等學(xué)校工科專業(yè)和理科非物理專業(yè)的本科物理實驗教學(xué)都是適用的，關(guān)鍵是我們要深刻地理解其精神。

對于大學(xué)物理實驗課程的總體教學(xué)目標，筆者認為：第一，實事求是的科學(xué)作風(fēng)、認真嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度等，是大學(xué)生通過實驗課訓(xùn)練掌握實驗技能、提高問題分析能力與創(chuàng)新能力的基本保證，如果在實驗過程中教師任憑學(xué)生弄虛作假、敷衍了事，那么無論多么優(yōu)秀的實驗方案，其教學(xué)目標都無法實現(xiàn)，提高教學(xué)效果只能是空談；第二，學(xué)生通過實驗掌握實驗研究基本方法、提高實驗技能的過程，也是其問題分析能力和創(chuàng)新能力同步提高的過程，基礎(chǔ)性實驗、綜合性實驗、設(shè)計性實驗、研究性實驗皆有如此功能，只是基礎(chǔ)性實驗的功能更偏重于實驗技能與實驗研究基本方法的掌握，設(shè)計性、研究性實驗的功能更偏重于問題分析能力和創(chuàng)新能力的提高；第三，通過實驗提高分析能力與創(chuàng)新能力，離不開實驗技能與實驗研究基本方法的掌握，對于學(xué)生基礎(chǔ)相對較差的應(yīng)用型高校來說，一味地強調(diào)前者而弱化后者，往往欲速則不達。因此，應(yīng)用型高校大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)，應(yīng)以科學(xué)態(tài)度的樹立、實驗技能與實驗研究基本方法的掌握為首要目標，在此基礎(chǔ)上著力于問題分析能力和創(chuàng)新能力的提高。

二、實驗項目與教學(xué)內(nèi)容

《基本要求》“分層次教學(xué)基本要求”指出，各高?？筛鶕?jù)實際情況設(shè)置實驗項目，其原則是：基礎(chǔ)性實驗占60%左右，重在基本物理量的測量、基本實驗儀器的使用、數(shù)據(jù)處理等基本的實驗技能與方法；綜合性實驗占30%左右，重在鞏固基礎(chǔ)性實驗階段取得的成果，提高綜合運用能力；設(shè)計性實驗和研究性實驗共占10%左右，重在培養(yǎng)提高獨立實驗?zāi)芰瓦\用所學(xué)知識解決實際問題的能力[1]5。顯然，這里的“分層次教學(xué)”，是指按由簡單到復(fù)雜的原則實施分階段教學(xué)，而不是按學(xué)生的基礎(chǔ)和興趣實施分班教學(xué)。大學(xué)物理實驗課程教學(xué)項目的設(shè)置，應(yīng)打破按力、熱、電、光、近代物理順序展開的傳統(tǒng)模式，“遵循由淺入深、循序漸進的教學(xué)原則，按時間的先后分三個層次（即基礎(chǔ)性實驗、提高性實驗和綜合設(shè)計性實驗）組織教學(xué)內(nèi)容”，其中“綜合設(shè)計性實驗的設(shè)計要考慮學(xué)生的實際水平”[2]94。當(dāng)然，為了滿足不同基礎(chǔ)學(xué)生的需要，切實有效地提高學(xué)生的問題分析能力和創(chuàng)新能力，在綜合性實驗階段和設(shè)計研究性實驗階段，教師可提供不同難度的實驗項目讓學(xué)生選擇。

根據(jù)實驗的目的和背景，大學(xué)物理實驗可分為兩大類：一類是驗證性實驗，是指在對研究對象和結(jié)論有一定了解的基礎(chǔ)上所進行的實驗，學(xué)生只要按給定的方案執(zhí)行，就可順利地完成實驗；另一類是探究性實驗，是指為研究某一物理規(guī)律而進行的實驗，實驗方案由學(xué)生獨立設(shè)計或在教師指導(dǎo)下設(shè)計。設(shè)計性實驗和研究性實驗都屬于探究性實驗，只是前者的難度較小，且教師會提出具體要求?；A(chǔ)性、綜合性、設(shè)計性、研究性四類實驗的難度是由低到高遞增的，因此基礎(chǔ)性實驗和綜合性實驗都應(yīng)該是驗證性實驗，也就是說《基本要求》并沒有否定驗證性實驗。與探究性實驗相比，驗證性實驗更能讓學(xué)生將注意力集中于實驗設(shè)備的性能與使用方法、數(shù)據(jù)處理方法等方面，從而快速掌握基本實驗技能?！皩嶒瀮?nèi)容要以理論教學(xué)為依托，實驗理論為基礎(chǔ)，形成一種由易入難、由低到高、循序漸近的課程新體系，同時要突出現(xiàn)代實驗的特點?！盵3]102長期以來我國中學(xué)物理課“重知識傳授、輕能力培養(yǎng)”“重理論、輕實踐”的教學(xué)模式，導(dǎo)致很多學(xué)生進入大學(xué)時自主學(xué)習(xí)能力和實驗技能低下，這決定了作為理工科基礎(chǔ)課程的大學(xué)物理實驗只能從基本的驗證性實驗入手。

大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)內(nèi)容主要包括：測量誤差與不確定度的基本概念，測量結(jié)果的評估方法；列表法、逐差法、最小二乘法等常用實驗數(shù)據(jù)處理方法；時間、長度、質(zhì)量、電壓、電流、電阻、磁感應(yīng)強度、光強度等物理量的測量；平衡法、比較法、轉(zhuǎn)換法、放大法、模擬法、補償法等常用物理實驗方法；交直流電源、低頻信號發(fā)生器、交直流儀表、電橋、通用示波器、分光儀、光譜儀等常用實驗設(shè)備的性能與使用方法；零位校準、光路調(diào)整、視差消除等實驗操作技術(shù)。在課時有限、學(xué)生實驗基礎(chǔ)較差的前提下，要在有限的實驗項目中融入如此豐富的教學(xué)內(nèi)容，驗證性實驗是理想的選擇。

三、學(xué)習(xí)動力

以自主學(xué)習(xí)為主是實驗課教學(xué)的最大特點，因此，有效提高大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)效果，關(guān)鍵是增強學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。學(xué)生的學(xué)習(xí)動力有兩個來源：一個是由動機和興趣決定的內(nèi)部動力，另一個是受學(xué)習(xí)任務(wù)、教師要求等影響的外部動力。

學(xué)習(xí)興趣對學(xué)生的學(xué)習(xí)具有顯著影響，但在現(xiàn)實中，不少學(xué)生“缺乏實驗興趣，對待實驗的態(tài)度是馬馬虎虎”[4]103。為了提高大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)效果，我們應(yīng)“改革實驗教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，使其具有知識性、時代性，同時又不乏趣味性，以增強大學(xué)物理實驗課對學(xué)生的吸引力……還可以采取如圖片展覽、科技講座、全校性科技競賽等形式展示物理的趣味性和豐富的內(nèi)涵，調(diào)動學(xué)生對物理的興趣”[5]144。

學(xué)習(xí)動機對學(xué)習(xí)和科學(xué)研究的影響是巨大的。例如：魯迅先是為懸壺濟世而學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)，后為喚醒民眾的覺悟而“棄醫(yī)從文”，最終成為著名的無產(chǎn)階級文學(xué)家、思想家、革命家；錢偉長為了科技救國而“棄文從物”，最終成為著名的科學(xué)家、教育家。這些事例也說明人的學(xué)習(xí)動機會受社會大環(huán)境的影響而改變。當(dāng)今世界，學(xué)生的學(xué)習(xí)動機深受互聯(lián)網(wǎng)的影響，導(dǎo)致不少學(xué)生沉迷于網(wǎng)絡(luò)，玩物喪志。因此，教師在教學(xué)中要加強世界觀、人生觀教育，力促學(xué)生樹立遠大的理想，堅定實現(xiàn)遠大理想的決心。

激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教育學(xué)生樹立遠大的理想，對于增強學(xué)生的學(xué)習(xí)動力十分必要，但這不能保證對所有學(xué)生都能產(chǎn)生明顯的效果。為了從整體上提高大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)效果，教師還必須對學(xué)生提出嚴格要求，督促自覺性不強的學(xué)生提高實驗技能。換句話講，教師應(yīng)將“要我學(xué)”與“我要學(xué)”緊密結(jié)合起來?！耙覍W(xué)”不但可以督促自覺性不強的學(xué)生，有效解決部分學(xué)生對實驗敷衍了事的問題，還能改善學(xué)風(fēng)，為“我要學(xué)”的學(xué)生創(chuàng)設(shè)更加良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。為了保證“要我學(xué)”的效果，我們必須優(yōu)化學(xué)生成績考評方案，加強實驗的過程管理。在實驗教學(xué)中，教師必須對預(yù)習(xí)、操作、數(shù)據(jù)處理等實驗環(huán)節(jié)提出嚴格要求，并加強督促檢查，使學(xué)生只有在完成上一實驗環(huán)節(jié)的任務(wù)后才能進入下一實驗環(huán)節(jié)。

注釋：

①引自教育部高等學(xué)校教學(xué)指導(dǎo)委員會通訊2012年第4期《理工科類大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求》《理工科類大學(xué)物理實驗課程教學(xué)基本要求》（http://www.edu.cn/edu/cooperate/ crct/Apr2012/xsjs/201204/t20120406_762557_1.shtml）

[1] 教育部高等學(xué)校物理學(xué)與天文學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會．理工科類大學(xué)物理實驗課程教學(xué)基本要求：2010年版[M]．北京：高等教育出版社，2011．

[2] 黃曉東．高校物理實驗教學(xué)改革探討[J]．天中學(xué)刊，2009(5)：93–94．

[3] 劉鵬，縱榜峰，許海峰，等．應(yīng)用型高校大學(xué)物理實驗教學(xué)改革與實踐[J]．銅仁學(xué)院學(xué)報，2015(4)：102–104．

[4] 楊凱華，高鳳英．我國大學(xué)物理實驗教學(xué)改革研究的幾點思考[J]．高等理科教育，2008(4)：101–104．

[5] 朱二曠，王鎖明．淺談大學(xué)物理實驗教學(xué)改革[J]．中國電力教育，2009(1)：144–145．

2018-08-12

張昉（1989―），女，河南駐馬店人，助教。

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〔責(zé)任編輯 趙賀〕