物理實驗教學研究

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物理實驗教學篇1

實驗教學在高校培養高質量創新人才以及對學生進行全面素質教育中具有獨特的作用。物理學是自然科學的基礎學科，而物理實驗在物理教學中占有極其重要的地位，實驗課不僅能鞏固、加深學生對課堂知識的理解和掌握，更重要的是對學生能力、科學素養的培養發揮著重要的作用。物理實驗技能的訓練培養了學生的實際動手能力，提高了科學分析問題、解決問題的能力，能為今后專業知識的學習及工作打下良好的基礎。然而大學實驗教學中仍然存在一系列問題：我校理工科、農科、醫科各專業都要開展物理實驗教學，大部分學生認為自己專業與物理實驗教學內容相差太遠，根本沒有關系，做物理實驗是在花時間做無用功。這些學生未認識到物理實驗課的重要性，沒有學習熱情，更談不上學習主動性、積極性，學生做完實驗還是對實驗原理似懂非懂，不知所學所做，實驗報告更是雜亂無章，教師學生牢騷一堆。物理實驗課應采取何種更加有效的教學方法，如何抓住學生的學習心理，如何提高學生的學習熱情和積極性等，是目前物理實驗教學工作者亟須解決的問題，實驗教師必須高度關注、積極思考。筆者對自身教學過程中存在的問題進行了深入思考和探索，在本文中提出了一些改進措施。

一、改革實驗教學方法

（一）“保姆式學習”向自主學習轉變

目前物理實驗在教學方法上沿襲傳統教學模式，教師是實驗教學的主體，手把手演示實驗過程，實驗過程中學生機械地、被動地“照方抓藥”。這種手把手教的“保姆式”教學模式使學生產生依賴心理，束縛了學生的手腳，束縛了學生的思維，扼殺了學生的求知欲。學生在實驗中更多的是被動地接受，缺乏積極主動的思考，片面地追求結果，導致學生的動手能力差、分析問題和解決問題的能力得不到培養，更談不上探索精神和創造力的培養。實驗過程中，教師應給予學生更多的自主權，營造一種積極、主動的教學環境，充分發揮學生的主動性和創造性。但是我們的“放手”并非“放羊”，實驗教師在實驗過程中是“導”師，而不是“教”師，教師應起到引導者和管理者的作用，給予學生適當的提示和點撥。

（二）由單純的“手動”操作轉變為“口動、手動”相結合

在手動操作實驗的同時，教師可以隨時提問，或提供一些可以討論的問題，或學生自己提出問題。問題的討論在同學之間或學生與教師之間進行，實驗過程中學生之間可以互相“診斷”，這樣把死板的實驗課變得更加活躍，不僅提高了學生的學習興趣和自主創新意識，還增強了同學之間的友誼。不必要求每人一套實驗儀器，可以兩個同學共同完成實驗，這樣不僅節約財力，同學之間還可以進行討論，互相交流，進而加深對實驗的理解、掌握對儀器的使用，更好地培養團隊精神。這樣的安排活躍了學生的思維，使學生的主體地位得到了充分的體現與尊重。

（三）適時進行思路提示，引導學生積極思考

實驗過程中教師應適時進行思路提示，以便更好地提高學生的創新思維能力。學生做完實驗后，總有這樣的心理傾向：這是傳統驗證性實驗，實驗設計很完善。所以不去動腦思考，很少有學生嘗試去改進實驗方法。建議教師在實驗過程中或之后，要求學生對實驗方法提出改進措施或一些想法。例如金屬絲拉伸楊氏模量實驗中，教師可以提出這樣的問題：除了利用光杠桿法測量微小變化量外，還可以采用什么方法測量？對實驗數據的處理，除了逐差法外，還可以采用什么方法來計算？等等。對每個實驗，要鼓勵同學多思考、多發現、多提問。

（四）將傳統的驗證型實驗轉變成應用型實驗，調動學生學習興趣

目前的實驗教學項目大部分還是停留在驗證實驗的層面上，學生的思維空間得不到開發，鮮有教師引導學生研究和設計它的應用。實際上有很多驗證型實驗在實際中有很重要的應用，而且有很大的開發空間，而這些方面的知識也正是學生最想了解的，更能調動他們的學習積極性，把被動學習真正轉化為積極的、主動的學習。例如邁克爾遜干涉在大學物理光學實驗中是一個很重要、很典型的實驗，但是對于它的實際應用，特別是在大學物理實驗中沒有做深入的介紹和研究。在教學過程中，我們充分地利用教學資源對該實驗進行延伸，測量透明介質的折射率或介質厚度，這樣既能調動學生學習興趣，還拓寬了學生的知識領域和視野，發揮了學生的主觀能動性，讓他們用自己的思維空間去設計、去探索。

（五）必須采取淘汰制度

一些學生跟不上或不認真做實驗，成績不及格是很正常的，有一定的淘汰率才可能保證教學質量。實驗課成績的評定主觀性強，而我們的教師又總懷著仁慈的態度，長此以往，導致每屆學生都“信心滿滿”，肯定能過。這樣肯定會助長部分學生的不良學風，惡性循環。所以，實驗課一定要和理論課一樣，留出不及格學生比例，并嚴格執行。

二、嚴格實驗課紀律，健全考核制度

（一）規定實驗操作時間

不同難度的實驗規定不同的合理操作時間，實驗課不允許拖堂。若學生在規定時間內未完成實驗，沒有補課機會，當然實驗課的成績也會受到影響。

（二）改革考核方式，嚴格考核實驗

實驗成績加大平時操作成績、期末操作考試成績的比重，減少實驗報告成績的比重，這樣可以激發學生的學習主動性，大大減少學生對實驗課程不重視和互相抄襲等問題。除了按要求寫實驗報告外，還要求學生進行口頭報告，促使學生真正重視實驗，同時口頭報告也是對學生語言表達能力的培養與鍛煉。

三、結語

以上是筆者從教學實踐中總結出的一些提高物理實驗課教學效果的改革措施，通過這些措施的實施，我們明顯感覺到學生的學習主動性和積極性，實驗動手能力、分析和解決問題的能力都大有進步。但同時我們也認識到還有許多不足之處，希望和廣大實驗工作者共同探討。

作者:張秀云 張金波 趙新麗 吳永萍 單位:揚州大學物理科學與技術學院

物理實驗教學篇2

一引言

大學物理實驗課是高等學校的一門重要的公共基礎實踐課，根據教育部發布的本科專業目錄顯示，目前在全國本科專業中電子、計算機、土木、建筑、工程、通訊、機械、材料、能源、數學等300多個專業開設了大學物理實驗課程。大學物理實驗作為大學生實踐教學的重要環節，它對高素質創新人才的培養有著不可替代的作用，在理工科專業中的重要性地位不言而喻，尤其是在理工科為主的學校，物理實驗課作為理工科專業學生的一門必修課，是學生進入大學接受高等教育系統的實驗技能訓練和實驗系統方法的開端。在上個世紀，物理實驗課程曾經為培養優秀人才作出了卓越的貢獻，而進入二十一世紀后，隨著各產業之間的相互融合逐步加強，社會對畢業生的綜合能力與創新能力要求也越來越高，而與此同時，隨著高校的擴招，高校學生層次的區別與專業的廣泛性明顯提高，大學物理實驗教學狀況不容樂觀,“重結果、輕過程”現象越來越明顯,同時，在大學物理實驗的教學內容方面雖基礎全面但相對陳舊，與各行業的實際應用與發展脫節比較嚴重。因此，很多高校對大學物理實驗教學從教學內容、教學方式、教學手段等多方面進行了改革[1-6]，并取得了很多成績，這些教學改革的研究已被越來越的應用于課堂教學中，成為提高大學物理教學質量、教學效果的有利手段。為了使其在大學物理實驗教學中發揮更大的作用，筆者查閱了《知網》等數據庫，統計了近年來的文獻，從文獻研究內容分析總結了十年來我國大學物理實驗教學改革的研究進展與取得的成就。以期收到拋磚引玉的效果。

二教學內容的改革方面

通過上述分析可以看出10年來我國的教育工作者主要進行了以下改革：在教學內容改革方面主要是通過更新實驗內容：淘汰落后、簡單和驗證型實驗題目，增加新型的綜合性、創新性實驗內容，學以致用，加強實驗內容的前言、實用性。例如，長春工程學院的李素文等人將實驗內容劃分為三個層次，即：基礎性實驗、演示實驗和創新性設計研究實驗，并根據每個學生的學習能力不同，采用不同的教學計劃和教學方法。通過基礎與驗證性實驗來提高學生的實驗操作能力。通過演示性實驗內容來增加實驗的趣味性，調動學生的學習熱情與學習興趣，并為后續開設創新性實驗做鋪墊。所設計出的研究性實驗的題目既開拓了學生的視野，又激發學生的潛能，還使學生對學科發展的前沿有一定的了解，形成專業的基本素質和基本技能。在進行研究性創新實驗教學時，他們改變了傳統的教學模式，讓學生根據已了解的問題，查閱相關科技前沿發展動態，通過獨立選題、獨立研究、獨立設計、獨立操作、獨立分析問題和解決問題的方法，實現學生自主學習、自由發揮、自主創新，充分施展個人才能，培養提高他們的創新意識，創新素質和創新能力[7]。

三教學方法的改革

在教學方法改革方面也有許多突出的成就，延邊大學在實驗教學中針對同一個實驗題目，根據不同專業學生的學習能力的差別，采用不同的授課模式和教學方法進行教學，做到因材施教，調動了學生的學習積極性，提高了教學效果[8]。大連海洋大學把實驗內容體系按循序漸進、由淺入深的認識規律分四階段進行，采取梯次推進的教學方式[9,10]，并將“啟發式”、“引導式”、“構想式”、“研究討論式”等多種教學方法引入實驗教學，第一階段為“預備實驗”，著重物理實驗的預備知識和技能的訓練，主要采用“啟發式”的教學方法，如在學習長度的測量實驗時，讓學生通過對比普通米尺、游標卡尺、螺旋測微器、到利用光的干涉測量微小長度的變化，來啟發學生只要不斷創新才能進步。對第一階段的實驗通常采用先由教師指導上課，后面再作為開放實驗開出。第二階段是“基礎性實驗”，重點在于使學生了解和掌握各種基本物理量的測量和基本測量方法。主要采用“引導式”教學方式，使學生對實驗設計的指導思想和實驗原理都清楚。第三階段為“綜合性實驗”，目的是培養學生綜合實驗能力和實驗設計創新能力，加強知識的深度和廣度。在實驗內容上突出綜合性、多層次的特點．主要采用“討論式”教學方法，體現多種儀器使用的綜合和學科分支知識與實驗方法的綜合。第四階段是“設計性實驗”，采用“構想式”、“研究討論式”教學方法，培養學生分析問題解決問題的能力，調動學生的積極性和實驗興趣，例如，對于“電橋法測量電阻”這一實驗，他們打破了傳統的教學方法，先提出如何測量一未知電阻的阻值這一問題，讓學生自己思考并設計出測量方法，然后讓學生對他們設計的方法進行討論，分析不同方法的優缺點，最后再將“用電橋法測量電阻”介紹給學生并讓他們與其它方法進行比較。這對培養學生科學實驗素質和創新能力有重要作用。

四教學手段的改革

在教學手段改革方面，黑龍江科技大學張曉鵬等人建立了學校的物理實驗電子系統，開設了實驗背景、實驗技巧要領、實驗要求、實驗步驟和實驗相關思考題等模塊[11]。學生不僅能夠通過這一平臺對實驗提前進行了解，還可以下載相關資料，與任課教師進行網上交流互動，他們還利用Flash軟件，開發出了虛擬仿真實驗．放在網上供學生進行遠程操作，這些可以進一步加深學生對實驗要領的掌握、實驗步驟的理解，提升學生物理實驗的積極性，提高教學效果。李穎將信息技術應用于物理實驗教學，不僅豐富了實驗教學內容，也使一些教學內容變得直觀、易懂，從而有效的提高了學生的學習興趣、創新思維和創造能力[12]。

五考核制度的改革

在實驗考核改革方面主要是通過將學生遵守實驗室規章制度情況；預習及撰寫預習報告情況；動手能力及儀器操作使用情況；數據測取、記錄及實驗報告撰寫情況獨立分析和解決實際問題情況；作為平時的考核依據；同時加入期末考核，通過學生抽簽形式現場進行實驗并給出實驗結果，同時，有些學校為鼓勵學生探索創新還規定，對在實驗中有所發明、創新或在綜合性、設計性實驗中有較大突破的學生給予一定的實驗加分,甚至免于實驗考試,另外，有些學校為了克服物理實驗的評分主觀因素影響大的缺點，要求每個實驗室的實驗教師都應該把實驗操作細則列出，并根據學生課堂表現，如原理是否清楚、觀察是否仔細，操作正確與否、遇到問題是否能獨立解決、獲得數據可信度等給出課堂表現分。對于實驗報告的評分，有些學校要求學生不僅要有實驗結果還要對實驗結果進行適當分析，尤其是對于誤差較大的實驗結果要分析產生原因，并調整了以往只注重實驗結果是否正確和實驗報告是否規范的評定標準，把學生對實驗結果的分析作為一個給分點，對于數據不好的實驗報告如果學生能進行合理的分析討論，明確誤差產生的原因、知道如何改進或對實驗能有實實在在的體會、想法也同樣給以好的分數,張道清等對不同年級的學生采取不同考核方式，通過讓學生進行科技制作、拍實驗微課和完成創新設計實驗等多種形式來對學生進行考核，取得了較好的教學效果[16]。

六其它方面的改革

除了教學內容、教學方法和考核制度改革外，還有很多教師在實驗室開放、教學模式等方面進行了改革與探索[17,18]，例如，張曉鵬等人建立了學校的物理實驗電子系統，開設了實驗背景、實驗技巧要領、實驗要求、實驗步驟和實驗相關思考題等模塊。學生不僅能夠通過這一平臺對實驗提前進行了解，還可以下載相關資料，與任課教師進行網上交流互動，他們還利用Flash軟件，開發出了虛擬仿真實驗．放在網上供學生進行遠程操作，這些可以進一步加深學生對實驗要領的掌握、實驗步驟的理解，提升學生物理實驗的積極性，提高教學效果。有些學校將PPT和微課小視頻用于實驗教學也取得了很好的教學效果。

作者:白亞鄉 唐茂勇 王麗娜 單位:大連海洋大學理學院

物理實驗教學篇3

物理學是研究自然界物質基本結構、作用規律和運動規律的科學，其理論既充分應用數學作為自己的工作語言，又以實驗作為檢驗理論正確性的唯一標準，是最精密的一門自然科學學科。據統計，從1901年到2018年兩百多位諾貝爾物理學獎中，有約75%是與物理實驗有關，可見，物理實驗的重要性不言而喻。大學物理實驗在高等教育中作為理工農醫類學生的一門基礎必修課程，在培養學生的動手操作能力、自學能力、提出問題、分析問題和解決問題及創新能力方面有著重要作用。然而，長期以來，我國的大學物理實驗教學模式主要以傳統的授課模式為主，大多數實驗還是停留在教師講，學生聽，教師演示，學生模仿的教學模式，師生間的互動很少，學生的主動性不高。在2017年全國高等學校物理基礎課程青年教師講課比賽中，12個教師里只有5名教師在講課時與學生進行了互動［1］。且實驗內容大多數屬于驗證性實驗，不利于培養學生的創新能力。因此，對大學物理實驗教學內容、教學方法進行改革研究是一項長期的過程。

1實驗內容的改革

大學物理實驗課內容按照原理涉及的主要領域可分為:力學實驗、熱學實驗、電學實驗、光學實驗和近代物理實驗;按照難易程度一般可以分為以下幾種類型:基礎性實驗、驗證性實驗、綜合性實驗和研究性實驗。長期以來，我國的大學物理實驗課程內容主要以驗證性的實驗為主，部分實驗內容比較陳舊，學生只要按照教材上的實驗步驟或演示過程做實驗即可得到實驗結果，整過實驗過程學生缺乏主動性、思考性和獨立性。作為基礎課程的大學物理實驗，學生大致可分為理學類、工學類、農林醫學類甚至還有文史經管類。不同專業學生的理論基礎不同，要求的層次不同，課時也不同。由于有各專業特點不一樣，因此在實驗內容的選擇上，應該有不同的安排。比如文科類學生的實驗項目，首先在課程設置上可把大學物理實驗設置成全校公選課，其次由于文科生的思維方式，動手操作能力和物理基礎知識掌握程度與理工科學生不同，所以在實驗項目的選擇上要傾向于直觀演示及趣聞性強的實驗現象和基本儀器的使用為主［2］，實驗報告主要以定性分析為主;對農林醫學類學生，由于其物理基礎知識也較薄弱，因而實驗內容的選擇上也盡可能是驗證性和常用儀器的使用為主，并有少量的綜合研究性實驗(實驗內容最好與各專業應用相聯系)，實驗報告數據處理只做簡單的處理分析即可;而對理工類學生，實驗內容除了幾種較復雜的基本儀器使用外，其余實驗項目盡量以綜合性、探究性、研究設計性為主，并盡量與其專業相關度大一些，實驗過程中不僅要嚴格要求數據的規范記錄，還要對數據處理有較深層次的處理手段和方法。中國大學生物理學術競賽(CUPT)，是中國借鑒國際青年物理學家錦標賽的模式創辦的全國賽事，該項活動得到了教育部的支持，并被列入中國物理學會物理教學指導委員會的工作計劃，是實踐國家創新驅動發展戰略綱要和國家教育中長期發展規劃綱要的重要大學生創新競賽活動之一。其競賽題目基本是貼近生活的開放性物理問題，內容基本涵蓋了力學、熱學、電磁學和光學等物理分支，需要的實驗器材并不復雜，大多可借助實驗室現有的儀器完成［3］。因此，可針對性選一些題目引入到大學物理實驗中作為設計性和綜合性實驗，由學生動手設計實驗，搭建儀器，完成實驗并分析實驗結果等。這樣既鍛煉了學生的動手能力、思考能力、團隊協作能力，同時在考核方面也能對學生的能力有較好的區分，也有利于激發學生對物理實驗的興趣。

2實驗教學方法、手段的改革

對大學物理實驗教學方法的改革，有基于元認知理論和交往學習理論提出了“基于物理規律探索下”的大學物理實驗教學方法的研究［4］;有基于建構主義學習理論下的“啟發式-互動式”大學物理實驗教學模式的探索與應用［5］;有基于OBE理念下的大學物理實驗教學改革的探究［6］等等?？梢哉f，每種教學方法、手段的提出都有一定的理論基礎和現實意義，但在實驗中針對不同實驗層次、不同專業靈活開展多樣化、混合式的教學方法和手段才是最有實際意義。當前我國正處于全球互聯網+時代，各行各業需要的是數字化、智能化、個性化的解決方案和創新型人才。因此在大學物理實驗教學中，我們應從以下幾方面對教學手段方法進行相應的改革:

(1)針對不同層次實驗，可進行不同的授課模式。對驗證性類實驗，由于實驗原理較為簡單，這時應強調學生對基本儀器的使用，讀數，記錄數據等方面的規范及掌握，之后利用半小時左右時間對實驗中的基本問題進行探究式、討論式教學，及時評估學生實驗的情況;對一些經典物理實驗，很多是獲得諾貝爾物理學獎的科學家開創的，這些實驗不僅包含了豐富的物理知識和精妙的設計，更包含了科學家不畏艱難的創造精神，對這類實驗教學時可適當引入物理學史，這樣不僅可以提高學生的興趣，還能讓學生體會物理實驗背后的奧秘;對綜合性研究性實驗，在完成基本的實驗內容后，可對實驗進行一些拓展，讓學生對實驗中的碰到的某些問題、某些實驗現象及應用進行分析討論。

(2)充分利用網絡資源。當今世界是一個互聯網+的時代，可以充分利用各種現代科技手段輔助教學，這樣不僅能大大地提高教學效率，還能加強師生之間的緊密聯系。如在教學中使用微信或QQ建立學習群、公眾號等，一方面可以方便教師向學生傳達相關的詳細資料，另一方面可以監控學生在課堂下的自主學習情況;或制作微課、在線課程，讓學生在上課前選擇大學物理實驗觀看教學視頻，結合教材循序漸進掌握本次實驗的主要知識點。

(3)利用軟件進行虛擬模擬實驗和數據處理。制作大學物理虛擬實驗系統或PPT教學動畫演示，鼓勵學生利用excel，matlab等軟件對實驗數據進行處理，這樣不僅有利于減少甚至避免對貴重儀器的損耗，而且有利于把抽象難理解的實驗概念原理規律比較直觀地呈現出來，便于學生理解，有利于實驗內容擴展和延展，有利于讓學生從復雜的計算中解脫出來，增加學習的興趣。

3實驗考核

我?，F行大學物理實驗考核主要由三部分組成，預習(10%～20%)、操作(30%～40%)和報告(50%)。實驗最終成績由每個實驗取平均值。實驗預習雖然都是手寫，但自己的語言基本沒有，實驗原理和步驟基本上是原封不動照搬課本。數據雖然自己處理，但由于部分實驗是兩人一組，其中很難看出小組之間的數據處理抄襲。為反映學生的真實實驗水平，我們要重視實驗過程考核，實施科學的課程考核評價體系。由于在實驗中很難做到精細的判斷打分，從寫的預習報告及后面交的報告中也很難區分每個學生的真實情況，因而建議實施靈活的實驗考核模式。每學期實驗項目結束后可以得到每個學生所做實驗的平均分，然后可隨機抽取其中部分學生(平時分不及格的學生，對自己的實驗成績分不滿意的學生，及系統隨機抽取的學生)參加期末統一的抽簽項目操作考試并給出最終成績，未抽到的就以平時統計的分數作為這門課的最終成績。這樣一方面可促使學生在平時的實驗中更能積極主動動手及思考，另一方面也可讓那些認為平時得分較低的學生有機會能證明自己的實驗水平。

4總結

以上是筆者對大學物理實驗教學的思考及建議，在大學物理實驗教學中，只有根據專業特點有針對性地選擇實驗項目，提倡多種教學方法和手段，優化考核方案，這樣才能真正發揮這門課的作用，才能很好地培養學生的動手能力，分析問題、解決問題和創新的能力。

作者:詹瓊 單位:貴州大學物理學院