統(tǒng)一的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式如何“提優(yōu)補(bǔ)差”*

李冬萍 姜永清 趙培剛

(中國(guó)海洋大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 山東 青島 266003)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是理工科大學(xué)生進(jìn)行科學(xué)基本訓(xùn)練的必修課，開(kāi)設(shè)課程的目的是讓學(xué)生受到嚴(yán)格的、系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，掌握實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)、方法和技術(shù)，更重要的是通過(guò)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)啟發(fā)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探索精神.2000年隨著高校招生規(guī)模擴(kuò)大，我校實(shí)驗(yàn)中心對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行了改革，不再將力、熱、電磁、光和近代物理分割單獨(dú)設(shè)課，而是針對(duì)全校本科生構(gòu)建了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和科研訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)等多層次課程體系.按照學(xué)校的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求，保證每學(xué)期近2 500名本科生必修大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室全部開(kāi)放，采取統(tǒng)一教學(xué)模式組班實(shí)驗(yàn)，每學(xué)期開(kāi)設(shè)12個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生循環(huán)上課，最大限度利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件.對(duì)于如何提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率，一直是實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作者積極探索的問(wèn)題.

1 問(wèn)題的提出

2014年教育部對(duì)各省中學(xué)教學(xué)進(jìn)行了規(guī)模和力度很大的課程改革及高考模式改革，導(dǎo)致中學(xué)階段選修物理課程的人數(shù)大幅度下滑[1]；學(xué)校設(shè)置的理科專(zhuān)業(yè)(物理類(lèi)、大氣類(lèi)、地球物理類(lèi))招生時(shí)對(duì)高考物理有硬性要求，而生物類(lèi)、醫(yī)藥、水產(chǎn)及部分工科專(zhuān)業(yè)對(duì)物理沒(méi)有硬性規(guī)定，導(dǎo)致近幾年錄取的新生基礎(chǔ)物理知識(shí)結(jié)構(gòu)完全不同，再有不同中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)條件的差異，更是造成本科生實(shí)驗(yàn)基本技能的千差萬(wàn)別，甚至部分學(xué)生根本沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，使得原來(lái)統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)無(wú)法順利開(kāi)展下去.

在保證絕大多數(shù)學(xué)生順利完成學(xué)習(xí)任務(wù)的前提下，如何在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件下有效幫助物理基礎(chǔ)差的學(xué)生提高自己的基本能力，使他們盡快達(dá)到實(shí)驗(yàn)課程要求，如何在統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中滿足物理基礎(chǔ)好的學(xué)生進(jìn)一步的求知需求[2]，如何更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的積極性，充分發(fā)揮學(xué)生主動(dòng)性和創(chuàng)造性，都成了統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中急需解決的問(wèn)題.

為了在統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)“提優(yōu)補(bǔ)差”，教學(xué)中針對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)多個(gè)物理量測(cè)量的教學(xué)思路，通過(guò)實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)積木式的組裝，形成分級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容.即同一物理實(shí)驗(yàn)儀器，按不同學(xué)生的基礎(chǔ)、不同專(zhuān)業(yè)要求、專(zhuān)業(yè)不同層次要求，設(shè)計(jì)預(yù)備級(jí)、基礎(chǔ)級(jí)和拓展級(jí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并付諸實(shí)踐，全面提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)素質(zhì)和提高學(xué)生思維能力.

2 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)分級(jí)設(shè)計(jì)

目前實(shí)驗(yàn)室教學(xué)現(xiàn)狀，是將來(lái)自不同省份不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生組織到一個(gè)教學(xué)班統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)，由于物理基礎(chǔ)知識(shí)的不統(tǒng)一，導(dǎo)致教學(xué)進(jìn)度很難把控.建議將大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)再細(xì)分為預(yù)備級(jí)、基礎(chǔ)級(jí)和拓展級(jí)[3，4].

2.1 預(yù)備級(jí)

理工農(nóng)醫(yī)類(lèi)新生入校必修的第一門(mén)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)差距懸殊，特別是邊遠(yuǎn)地區(qū)生源和中學(xué)未選修物理課程的學(xué)生，物理實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知水平極低，若不采取措施補(bǔ)救，很難順利完成大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí).為此需要設(shè)計(jì)預(yù)備級(jí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以幫助這類(lèi)學(xué)生盡快掌握最基本的實(shí)驗(yàn)知識(shí)和技能.

預(yù)備級(jí)實(shí)驗(yàn)占用1個(gè)實(shí)驗(yàn)室，擺放一些基本的實(shí)驗(yàn)儀器、測(cè)量用具，有些儀器整套擺放，有些則是儀器的零部件，在每個(gè)器件旁均配有相應(yīng)的使用說(shuō)明和用途[5]，實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放3周且全天開(kāi)放，室內(nèi)安排實(shí)驗(yàn)員輪流值守，隨時(shí)幫助學(xué)生答疑解惑.

2.2 基礎(chǔ)級(jí)

為了最大限度地利用實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)儀器，高效率完成眾多本科生的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)，基礎(chǔ)級(jí)實(shí)驗(yàn)仍按傳統(tǒng)的統(tǒng)一教學(xué)模式：學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)室預(yù)先安排的課表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)時(shí)間均沒(méi)有選擇余地.

基礎(chǔ)級(jí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置側(cè)重實(shí)驗(yàn)技巧、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)素質(zhì)的培養(yǎng)，掌握經(jīng)典的、常用的、重要的儀器設(shè)備的使用，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法以及誤差結(jié)果分析等方面的訓(xùn)練.基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)共設(shè)12個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，面向全校所有理工類(lèi)、生命類(lèi)和農(nóng)醫(yī)藥類(lèi)等專(zhuān)業(yè)的本科生必修開(kāi)放，要求所有選課學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和掌握實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn).

2.3 拓展級(jí)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用班級(jí)授課模式，即一個(gè)班的部分學(xué)生在同一時(shí)間用相同的儀器做同一個(gè)實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)一教學(xué)模式，顯然不能滿足優(yōu)秀學(xué)生的進(jìn)一步求知需求，著眼于各類(lèi)學(xué)生都能在各自的基礎(chǔ)上得到較好的發(fā)展，教學(xué)中針對(duì)不同層次的學(xué)生實(shí)際，充分體現(xiàn)因材施教的教學(xué)指導(dǎo)思想，拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目?jī)?nèi)容和提高實(shí)驗(yàn)要求，鼓勵(lì)學(xué)有余力的學(xué)生繼續(xù)深入學(xué)習(xí)，并在實(shí)驗(yàn)考核上有所體現(xiàn).

3 實(shí)驗(yàn)分級(jí)設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)踐

3.1 學(xué)生分類(lèi)

基本原則是按不同專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)方案，將修Ⅰ類(lèi)、Ⅱ類(lèi)和Ⅲ類(lèi)大學(xué)物理的學(xué)生分為A類(lèi)和B類(lèi)；講解緒論時(shí)告知學(xué)生修Ⅰ類(lèi)物理屬于A類(lèi)，修Ⅲ類(lèi)物理屬于B類(lèi)，修Ⅱ類(lèi)物理專(zhuān)業(yè)的工科學(xué)生，可以根據(jù)自己的專(zhuān)業(yè)需要選擇A類(lèi)或B類(lèi)；授課過(guò)程中對(duì)A和B類(lèi)學(xué)生提出不同的實(shí)驗(yàn)要求，并在實(shí)驗(yàn)考核環(huán)節(jié)上區(qū)別對(duì)待；要求兩類(lèi)學(xué)生都必須通過(guò)預(yù)備級(jí)的考核才能修大學(xué)物理實(shí)驗(yàn).

3.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分級(jí)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想

B類(lèi)學(xué)生：強(qiáng)基固本，提高實(shí)驗(yàn)素質(zhì).

A類(lèi)學(xué)生：勤思善悟，提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?

3.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分級(jí)設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)踐

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分級(jí)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐和不同類(lèi)別學(xué)生的具體實(shí)驗(yàn)要求詳見(jiàn)表1.

表1 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分級(jí)設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)踐

續(xù)表1

3.4 實(shí)踐效果

預(yù)備級(jí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)初衷是幫助實(shí)驗(yàn)技能較差的學(xué)生補(bǔ)課，出乎預(yù)料的是，取得的實(shí)驗(yàn)效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)預(yù)期.實(shí)驗(yàn)技能差的學(xué)生為了通過(guò)預(yù)備級(jí)實(shí)驗(yàn)考核而獲得能修大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的資格，學(xué)習(xí)主動(dòng)性很強(qiáng)，基礎(chǔ)好的學(xué)生看重預(yù)備級(jí)實(shí)驗(yàn)成績(jī)也會(huì)自覺(jué)前來(lái)補(bǔ)修，實(shí)驗(yàn)室里學(xué)生結(jié)伴學(xué)習(xí)，傳、幫、帶使得實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)夯實(shí)和鞏固.預(yù)備級(jí)考核結(jié)果表明：絕大多數(shù)學(xué)生能掌握預(yù)備級(jí)實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)，為后續(xù)統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)教學(xué)順利地進(jìn)行奠定了基礎(chǔ).

基礎(chǔ)級(jí)實(shí)驗(yàn)是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心.利用課堂引導(dǎo)、啟發(fā)和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合方式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生科學(xué)思維，強(qiáng)化基本實(shí)驗(yàn)技能，全面提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng).分級(jí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，還充分提高了儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室的使用率.

拓展級(jí)實(shí)驗(yàn)是對(duì)必修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的擴(kuò)展和延伸.內(nèi)容的設(shè)計(jì)是將所學(xué)知識(shí)綜合并加以運(yùn)用，更利于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力.2018年學(xué)生將表面張力拓展實(shí)驗(yàn)研究、2019年將光的偏振拓展實(shí)驗(yàn)研究升級(jí)為SRDP項(xiàng)目，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作，充分發(fā)揮學(xué)生的個(gè)性特長(zhǎng)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲杏?xùn)練很好地鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力.

3.5 實(shí)驗(yàn)考核

只對(duì)基礎(chǔ)級(jí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目評(píng)分，并制定相應(yīng)的成績(jī)?cè)u(píng)定方案：?jiǎn)蝹€(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的評(píng)定和總成績(jī)的綜合評(píng)定.B類(lèi)學(xué)生選修A類(lèi)學(xué)生項(xiàng)目?jī)?nèi)容的或完成拓展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的，都可酌情加分；A類(lèi)學(xué)生除了必修項(xiàng)目外，還完成了拓展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也可酌情加分.加分細(xì)則限于篇幅不再贅述.

4 結(jié)束語(yǔ)

同課異構(gòu)，分級(jí)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，豐富課堂實(shí)踐，最大限度地考慮學(xué)生的個(gè)體差異和專(zhuān)業(yè)要求，教學(xué)實(shí)踐中充分激發(fā)學(xué)生內(nèi)在潛力，提高各個(gè)層次學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性，大面積提升教學(xué)質(zhì)量.但也存在一些需要解決的問(wèn)題，比如：實(shí)驗(yàn)方案的多樣性與教學(xué)儀器的局限性，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置的合理性和科學(xué)性以及是否契合學(xué)科發(fā)展的需要，分級(jí)教學(xué)后學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)定的公平性等等，還需要進(jìn)一步研究和討論.