大學物理教學改革實踐教育

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摘要：為培養具備現代科技素質的高質量高層次創新人才，物理實驗教學必須在教學內容、教學方法、教學手段和教學的環境條件等各個方面展開全方位的改革實踐，建立一種適合當代科技發展的教學新體系，以滿足各層次學生學習需要，并達到激發學生學習積極性、主動性的目的。

關鍵詞：大學教學；物理實驗；改革實踐

Abstract：Thisarticlediscussesthenecessityofamultifacetreformintheteachingmaterials，methods，andenvironmentofcollegephysicsexperimentsandoftheestablishmentofanewteachingsystemcommensuratewithmodernscientificdevelopments.Thesewillhelpmeetstudentsdifferentneeds，motivatetheirinitiative，andenhancetheirquality.

Keywords：collegeteaching；physicsexperiment；reformpractice

從21世紀科技發展和對人才科學素質要求的角度考慮，物理實驗教學的改革必須建立一種適合當代科技發展、有利于培養具有深厚的基礎知識的創造性人才的教學新體系。教學內容應反映當代教育思想和高科技成果，教學方法和手段應改變過去的單一模式，建立多級開放實驗室，滿足不同層次的學生獨立進行學習和研究的需求，采用CAI\，Internet網等現代教學手段，改善教學條件，形成多元化的教學環境，激發學生學習的主動性。

中國科技大學“理科實驗教學培養學生創新思維創新能力的研究與實踐”項目組，在認真研究了我國當前高等教育改革的趨勢以及教學方法存在的主要弊端的基礎上，對物理實驗教學進行了系統的改革，并取得了初步成果。

一、發展教育技術，創新教學模式

教育資源的缺乏是長期困擾教學質量提高的難題，也是制約教學改革深化的瓶頸。時代的發展和科技的進步對教學提出的越來越高的要求，對學生創新思維和實踐能力的培養需要一種趨向個性化的教學，需要比普通公共教學占用更多的教育技術、創新教育手段來解決。在這些方面，中國科技大學天文與應用物理系進行了多年的探索與研究，研究和開發了一批物理教學軟件。其中，1996年他們在國際上首創開發出第一套仿真實驗教學軟件，1998年升級為Windows版本，其規模和虛擬技術水平得到進一步提高和完善，達到國際領先水平。1999年又推出了《大學物理虛擬實驗》的Internet網遠程教學系統，在國際和國內物理教學界產生了很大的影響，得到了廣泛的應用和贊揚。它的意義主要體現在如下三個方面：(1)開創了物理實驗教學的新模式，該成果利用計算機把實驗設計、教學內容(包括理論教學)、教師指導和學習者的思考、操作有機融合為一體，形成了一部可操作的、活的教科書，為物理實驗改革提供了有力的工具，同時克服了實驗教學長期受到課堂、課時限制的困擾，使實驗教學在時間和空間上得到延伸；(2)為網絡教育最難實現的遠程實驗教學開創了一種新的方法和途徑；(3)開拓了CAI研究的新思路，帶動了國內CAI的發展，同時為學校開創了新的教學模式。

1.實驗理論教學與實驗教學相結合。對有利于深化物理學概念，發現、總結規律并對規律本質做出解釋的典型實驗，通過仿真軟件的虛擬實驗環境用于教學中，將實驗的方法引入新的概念和規律，把理論教學與實驗教學有機地融為一體。對一些典型的知識點，通過CAI教學軟件介紹它的應用。

2.利用CAI軟件教學，開設“物理思想進化啟迪”Seminar課程。按照物理學的發展，從機械觀的興起、場與相對論到量子觀，針對物理概念的重大革新和在其中起過重要作用的著名實驗為線索來探索物理學發展的規律、理論與實驗的關系，以科學研究與技術創新的關系、培養學生的思維能力和科學素質。

3.在提高公共物理實驗教學水平與質量，培養學生實踐能力上，對一些難度高、操作復雜的實驗，項目組采用虛擬實驗、遠程教學(在校園網上完成虛擬實驗)與實際實驗相結合的二段、二段式教學模式，使學生在課堂內獨立完成實際實驗。同時，合理配置教學資源。針對實驗課量大質低的狀況，在總學時不變的情況下，精簡實驗項目，整合實驗教學內容。適當擴大設計性實驗，綜合性實驗的單項實驗安排5～8學時，大量的一般性實驗通過仿真實驗進行。通過上述努力，激發了學生的學習主動性和積極性，大大提高了實驗教學的質量和水平。

二、以素質教育為目標，建立物理實驗課程新體系

新實驗課程的組成分為基本實驗、綜合性實驗、設計性實驗、科學小實驗等，形成從低到高、從基礎到前沿、從接受知識到培養綜合能力，逐級提高的一、二、三級基礎物理實驗課程新體系。每一級物理實驗大致用一個學期的時間完成，不同的級別標志著不同實驗技能和科學思維水平。這樣，基礎物理實驗課不再是課堂教學內容的簡單重復和驗證，也不再是把力、電、光、近代物理等獨立學科的實驗簡單地串聯起來。使學生從較高起點上進入大學物理實驗，逐級走向科學的高峰。

1.一級物理實驗為普及性實驗，主要包括基本物理量的測量、基本實驗儀器的使用、基本實驗技能的訓練和基本測量方法與誤差分析等。涉及到力、熱、電、光、近代物理各個學科，適合于理、工、文、商學院各專業學生的學習和基本訓練。

2.二、三級物理實驗逐步增加綜合性實驗和設計性實驗的比例及難度，有利于激發學生的學習熱情，使他們變被動學習為主動學習。以前由教師排好實驗、準備好儀器、學生做現成實驗的做法，變為在教師指導下自己設計方案完成實驗，從而達到培養學生的綜合思維和創造能力的目的。通過做設計實驗，學生從成功與失敗中受到訓練，素質得到提高。

3.四級物理實驗以科學小實踐方式，圍繞基礎物理實驗組織若干課題，以科研方式進行實驗，培養學生的研究、開發應用能力。

在課程安排上，一級物理實驗面向全校各學科專業學生開課，二、三級物理實驗對理工類專業開課，四級物理實驗為物理類各專業學生必修課、理科非物理類各專業學生選修課。)

三、注重實物實驗的時代性與先進性，改革實驗教學內容

物理實驗必須與現代科學技術接軌，才能使現代科技成果滲透到傳統的經典課程內容之中，也才能激發學生的學習熱情。例如，在對全校工、商、文科學生一、二年級所開設的物理實驗中，已涉及光譜技術、真空技術、磁共振技術、核物理技術、X光衍射的技術、光纖技術、傳感器技術、光學信息處理技術等。開設這些項目是為了從物理實驗的設計思想、實驗方法、儀器的設計原理、結構及其應用等方面拓寬學生的知識面，培養他們的綜合實驗能力。

四、營造創新人才培養的多元化教學環境

目前中國科學技術大學開設的實驗類型有公共必修實驗、選修實驗、仿真實驗、遠程網絡實驗、開放實驗等。

1.利用現代教育技術開設“大學物理實驗遠程教學”

自開設遠程網上物理實驗教學以來，學生利用校園或Internet網對實驗教學內容進行課前預習和課后復習，便于學生充分地學習和掌握實驗教學的內容。通過開設網上虛擬物理實驗選修課，學生可以根據自己的時間在任何地點自主地進行學習，這滿足了不同層次學生的學習需求。

2.開設開放服務實驗室

在每級物理實驗中，開設開放服務實驗室，它不僅在時間上對學生開放，而且在實驗內容上也對學生開放。近兩年開放實驗的項目有：擺的運動規律及應用研究、電學儀器的設計與制作、光學儀器的設計與制作、波的特性研究、教學軟件的設計與開發等。在開放服務實驗室中，學生可利用實驗室提供的設備自己設立題目，教師只是指導和審核學生提出的實驗方案與題目，最后學生以小論文的形式在Seminar課中上臺宣講，討論和總結成功和失敗的原因、自己的創新點等。

3.仿真實驗室

根據實驗的特點和復雜性，實驗室提供計算機和物理實驗教學軟件，與實際實驗相配合，通過多種教學方式完成各種物理實驗。