第一篇：大學物理實驗教學改革的背景與思考_3

大學物理實驗教學改革的背景與思考

本世紀以數(shù)字化為核心的信息技術的高度發(fā)展，預示人類社會在21世紀又將經(jīng)歷一次重大變革。如果說前世紀的工業(yè)革命使人類從依靠體力的勞動中擺脫出來，那么今天的信息革命將使人類社會從繁雜的形式化腦力勞動中解放出來，大規(guī)模memory的記憶容量，計算機的運算速度，Internet網(wǎng)的交互管理能力，智能數(shù)據(jù)庫、CAD等各種應用軟件的功能，以及它們的準確性都是人腦所不能比擬的，21世紀人類對待這類腦力勞動如同操縱機器完成體力勞動一樣簡單。也就是說將來的腦力勞動性質(zhì)將發(fā)生深刻的變化，站在這個角度來思考對未來科技人才培養(yǎng)的目標，它應該是具有對所學知識的凌駕程度，具有對知識的探索，應用開發(fā)能力的新型腦力勞動者。但是，我們的理工科教學長期受到教學條件、環(huán)境和師資水平的限制，因襲多年的傳統(tǒng)教學模式客觀上引導學生向形式化，記憶型方式學習，過重的學習負擔也制約了學生的創(chuàng)新能力及科學素質(zhì)的養(yǎng)成。

物理學在人的科學素質(zhì)培養(yǎng)中具有重要的地位，物理實驗課程曾經(jīng)為培養(yǎng)20世紀的優(yōu)秀人才作出了卓越的貢獻，實驗為物理學的基礎，它反映了理工科實驗的共性和普遍性問題。當我們從21世紀培養(yǎng)合格科技人才的角度看，當前物理課程體系與教學內(nèi)容與新世紀的新觀念、新的思維方法及交叉學科的發(fā)展不甚適應。本世紀中葉以來，以計算機信息科學技術、生命科學、空間科學、材料科學等為代表的新的科學技術革命，極大地加速了科學技術的發(fā)展和各學科之間的相互交叉和滲透，新的綜合化趨勢已成為科學發(fā)展的主流。因此，高等教育人才培養(yǎng)的思路必然要適應這些變化，課程體系，教學內(nèi)容和教學方法、手段必須由封閉型向開放型轉變?；A物理實驗作為大學生在進校后的第一門科學實驗課程，不僅應讓學生受到嚴格的、系統(tǒng)的實驗技能訓練，掌握科學實驗的基本知識、方法和技巧，更主要的是要培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W思維能力和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際、分析和解決實際問題的能力，特別是與科學技術的發(fā)展相適應的綜合能力，因而實驗教學應該面對時代的發(fā)展，科技進步的新趨勢和新挑戰(zhàn)，不斷有所創(chuàng)新。只有這樣，才能適應社會對人才知識和科學素質(zhì)越來越高的要求。根據(jù)上述的想法，我們反省目前教學上存在的弊端如下：

? 長期以來，我國大學基礎實驗教學基本上處于一種封閉的狀態(tài)，多年不變的教學體系和教學內(nèi)容與當今飛速發(fā)展的前沿科學新理論，新技術嚴重脫節(jié)，陳舊落后的實驗教學設備，因襲多年的傳統(tǒng)教學模式、方法和手段更是遠遠落后于科學技術進步的步伐。就大學物理實驗而言，原有的大學基礎物理實驗被分割為普通物理與近代物理兩門獨立課程，其中普通物理又被分為力、熱、電、光等各自獨立部分?；A物理實驗實際上只是處于課堂教學的從屬地位，其內(nèi)容往往只是教科書上已有的基本物理規(guī)律、定律的簡單重復。二十世紀后期，科學技術發(fā)展的巨大成就很少能在基礎物理實驗中得到反映。因此，學生對基礎物理實驗課越來越感到枯燥無味，相當嚴重地阻礙了學生學習的積極性、主動性、創(chuàng)造性以及現(xiàn)代科學思維方法的形成。

? 對本科生的實驗教學一般一項實驗課時是3—4個學時，在這樣一個很短時間內(nèi)要學生了解實驗原理、儀器原理、熟悉儀器的操作使用并完成實驗是不太可能的，沒有辦法只好在實驗教學過程中教師對實驗原理、實驗步驟、儀器操作方法等盡量交待清楚一點，讓學生自己思考的太少，很多學生是盲目操作，走了過場，這實際上是一種呆板的模仿型教學。

? 現(xiàn)代科學技術的創(chuàng)新都是在實驗室里產(chǎn)生的。目前大學本科開設的有些物理實驗是當時科技發(fā)展的突破性成果。有的實驗對物理概念的深化、發(fā)現(xiàn)、總結規(guī)律和對規(guī)律本質(zhì)的解釋做出了歷史性的巨大貢獻。但教學中沒有作太多講解，學生認識不到當時科學家為什么要設計這樣一個實驗，科學的概念和規(guī)律是怎么產(chǎn)生的；還有一些實驗成果為后來的科技發(fā)展開辟了新的研究范圍，派生出很多研究方向，但在教學中也沒有通過這

些例子介紹學科的相關性，展寬學生的思路；有的實驗成果則產(chǎn)生了一個新的科學領域或者一個新的產(chǎn)業(yè)，但在我們教學中沒有介紹當時的科學技術背景和經(jīng)濟背景，學生不了解當時的科學家和工程師怎么聯(lián)想到它的應用方向，以及發(fā)展過程。這些內(nèi)容是培養(yǎng)學生科學素質(zhì)、創(chuàng)新意識的重要環(huán)節(jié)和很好的教材。

? 物理學是以實驗作為基礎的科學，它的概念和規(guī)律是通過實驗形成的。愛因斯坦把物理理論稱之為“理想實驗”的結果。在我們的理論教學中對概念的引進缺乏對實驗背景和該概念前的學科背景講解。這樣雖然學生理解了概念，但不理解概念是通過怎樣的思考、怎樣的實驗產(chǎn)生和進化而來。這樣的學習容易使學生把概念絕對化，形成對理論的形式化理解，這樣的學習不利于科學素質(zhì)和理論聯(lián)系實際的思考能力的培養(yǎng)。從面向21世紀科技發(fā)展和人才科學素質(zhì)需求的角度來考慮，物理實驗教學的改革，必須建立一種適合當代科技發(fā)展、有利于培養(yǎng)具有深厚的基礎知識的創(chuàng)造性人才的教學新體系。教學內(nèi)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(wǎng)等現(xiàn)代教學手段，改善我們的教學條件，形成多元化的教學環(huán)境，激發(fā)學生學習的主動性。

大學物理實驗教學改革的基本內(nèi)容與實踐

? 發(fā)展教育技術，創(chuàng)新教學模式

教育資源的缺乏是長期困擾教學質(zhì)量提高的難題，也是教學改革發(fā)展的瓶頸。隨著時代的發(fā)展，科技進步對教育提出越來越高的要求，對人才的創(chuàng)新思維和實踐能力的培養(yǎng)是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學資源，對公共教育來講也要進一步提高教學質(zhì)量和教學效益，這些矛盾只能通過發(fā)展教育技術、創(chuàng)新教育手段來解決。在這些方面，我們進行了多年的探索與研究，研制和開發(fā)一批物理教學軟件。其中，96年我們在國際上首創(chuàng)開發(fā)出第一套仿真實驗教學軟件；98年升級為Windows版本，在規(guī)模和虛擬技術水平上得到進一步提高和完善，實現(xiàn)國際領先水平。99年我們又推出了《大學物理虛擬實驗》的Internet網(wǎng)遠程教學系統(tǒng)，在國際和國內(nèi)物理教學界都產(chǎn)生了很大的影響，得到了廣泛應用和贊揚。它的意義主要在如下三個方面：

? 開創(chuàng)了物理實驗教學的新模式，該成果利用計算機把實驗設備、教學內(nèi)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，形成一部可操作的活的教科書，為物理實驗改革提供了有力工具，同時克服了實驗教學長期受到課堂、課時限制的困擾，使實驗教學內(nèi)容在時間和空間上得到延伸；

? 為網(wǎng)絡教育最難實現(xiàn)的遠程實驗教學開創(chuàng)了一種新的方法和途徑；

? 開拓了CAI研究的新思路，帶動了國內(nèi)CAI發(fā)展的新趨勢，同時為它的應用開辟了重要的方向和更寬廣的應用領域。

這項新的教育技術為我校的教學改革提供了有力武器，開創(chuàng)了新的教學模式。

? 實現(xiàn)理論教學與實驗教學的結合：針對物理學概念的深化，發(fā)現(xiàn)、總結規(guī)律和對規(guī)律本質(zhì)的解釋作出了歷史性的巨大貢獻的典型實驗，利用仿真軟件的虛擬實驗環(huán)境于教學中，通過實驗的方法引入新的概念和規(guī)律，把理論教學與實驗教學有機的融為一體，按照科學探索和研究的過程進行教學。對一些典型的知識點，通過CAI教學軟件展開應用的介紹。這種教學模式在過去的教學環(huán)境條件下是不太可能的。

? 利用CAI軟件多媒體教學，開設“物理思想進化啟迪”Seminar課程，按照物理學的發(fā)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討科學發(fā)展的規(guī)律，理論與實驗的關系，科學研究與技術創(chuàng)新的關系，培養(yǎng)學生的軟思維能力和科學素質(zhì)。? 在提高公共物理實驗教學水平與質(zhì)量，培養(yǎng)學生實踐能力上，對一些難度高、復雜的實驗，學生在3～4個學時內(nèi)對實驗設備原理、使用方法、實驗的設計原理難以仔細消化，對實驗中所遇到的現(xiàn)象也很難通過短時間分析建立起認識，因此復雜的實驗不能容許學生自行設計實驗參數(shù)，反復調(diào)整后，觀察實驗現(xiàn)象，分析實驗結果。針對這些問題，我們采用虛擬實驗、遠程教學（在校園網(wǎng)上完成虛擬實驗）與實際實驗相結合的二段、三段式等的教學模式，使學生在課堂外可充分消化實驗內(nèi)容，在課堂內(nèi)獨立完成實際實驗，有充分的思考與分析的時間，使學生真正受益，同時，合理配置教學資源，針對實驗課量大質(zhì)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(nèi)容，適當擴大設計性實驗，綜合性實驗的單項實驗課時到5～8學時。大量的一般性實驗可通過仿真實驗進行，取得很好的教學效果。激發(fā)了學生的學習主動性和積極性，大大提高了實驗教學的質(zhì)量和水平。

? 以素質(zhì)教育為目標，建立物理實驗課程新體系

新實驗課程的組成部分為：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、從接授知識到培養(yǎng)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(nèi)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(lián)起來構成的實驗系列。使學生從較高起點上進入大學物理實驗，一個臺階、一個臺階地走向科學的高峰。其中：

一級物理實驗，主要為基本物理量的測量、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、近代和物理各個學科，為普及性實驗，適合于理、工、文商學院各專業(yè)學生的學習和基本訓練。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，通過這兩級物理實驗課程，激發(fā)學生的學習熱情，變被動學習為主動學習。由以前教師排好實驗、準備好儀器、學生來做實驗的狀態(tài)，過渡到學生在教師指導下，自己設計方案來完成實驗，從而培養(yǎng)學生的綜合思維和創(chuàng)造能力。學生通過做設計實驗，從成功與失敗中受到訓練，得到素質(zhì)的提高。

四級物理實驗以科學小實踐為主題，組織若干個圍繞基礎物理實驗的課題，以科研方式進行實驗，培養(yǎng)學生的研究、開發(fā)應用能力。

在課程安排上一級物理面向全校各學科專業(yè)學生開課，二、三級物理實驗對理工類專業(yè)開課，第四級物理實驗為物理類各專業(yè)學生必修課，理科非物理類各專業(yè)學生的選修課。

我校一從95級學生開始全面實行四級物理實驗體系。

? 注重物理實驗的時代性與先進性，改革實驗教學內(nèi)容

物理實驗必須與現(xiàn)代科學技術接軌，才能激發(fā)學生的學習積極性與熱情，也才能使現(xiàn)代科技進步的成果滲透

到傳統(tǒng)的經(jīng)典課程內(nèi)容之中，例如將計算機技術、光纖技術、光聲譜技術、磁共振技術、核物理技術、軟X射線顯微技術、光譜技術、真空技術、傳感器技術等現(xiàn)代科研成果用于學生物理實驗之中。在對我校量大面廣的工、商、文科學生在一、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。開設這些項目的目的是為了從物理實驗的設計思想、物理實驗方法、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(yǎng)他們綜合實驗能力。在多年的教學中起到了非常好的作用。

? 營造創(chuàng)新人才培養(yǎng)的多元化教學環(huán)境

目前我校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(wǎng)絡實驗、開放實驗等。? 利用現(xiàn)代教育技術開設“大學物理實驗遠程教學”

通過開設遠程網(wǎng)上物理實驗教學以來，學生利用校園網(wǎng)或Internet網(wǎng)對實驗教學內(nèi)容進行課前預習和課后復習，使實驗教學與課堂理論教學一樣，使教學內(nèi)容在時間和空間上得到延伸，學生能夠充分的學習和掌握實驗教學內(nèi)容。開設網(wǎng)上虛擬物理實驗選修課，學生可以根據(jù)自己的時間，在任何地點自主的進行學習，開拓學生的眼界，滿足不同層次學生的學習需求和給學生提供了自學物理實驗的環(huán)境，培養(yǎng)學生對實驗的自學能力。

? 開設開放服務實驗室

在每一級物理實驗中，開設開放服務實驗室，它不僅時間上對學生開放，而且在內(nèi)容上也開放，它不同與公共教學，是一種個性教學模式，滿足學生求知、探索和創(chuàng)新的欲望，側重創(chuàng)新精神與能力培養(yǎng)，近兩年我們開放實驗的項目有:擺的運動規(guī)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(fā)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，允許失敗，最后以小論文的形式在Seminar課中上臺發(fā)表，討論和總結成功和失敗的原因，自己的創(chuàng)新點。

? 仿真實驗室

實驗室提供計算機和物理實驗教學軟件，根據(jù)實驗的特點和復雜性，與實際實驗相配合，進行多種方式的教學組合，完成各種物理實驗。

主要貢獻和成果

?近幾年獲得省部級以上教學成果獎獎項5項

(1)97年“大學物理仿真實驗（for dos）” 獲國家級教學成果二等獎。(2)96年“大學物理仿真實驗（for dos）” 獲中國科學院教學成果一等獎。

(3)97年“大學物理仿真實驗(for windows 第一部分)獲教育部全國優(yōu)秀教學成果二等獎。(4)99年“大學物理仿真實驗（for windows 第二部分）獲安徽省優(yōu)秀CAI成果一等獎。(5)99年“物理學CAI” 獲安徽省優(yōu)秀CAI成果一等獎。

? 多年來我們對大學物理實驗的課程體系，教學內(nèi)容，教學模式，教學方法進行改革，承擔了省部級以上教學研究項目十一項：

(1)“理科實驗教學培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的研究與實踐”（世界銀行貸款21 世紀初高等教育教學改革項目）

(2)“九五”國家重點科技攻關項目計算機輔助教學軟件研制開發(fā)與應用：“大學物理仿真實驗for Windows”；(3)“九五”國家重點科技攻關項目計算機輔助教學軟件研制開發(fā)與應用：“物理學”；(4)“九五”國家重點科技攻關項目計算機輔助教學軟件研制開發(fā)與應用：“物理實驗CAI”；(5)教育部“九五”重點教材和面向21世紀教材：“物理實驗”（一，二，三，四冊）的編寫；(6)“四級物理實驗教學模式的研究”（安徽省重點課題）；(7)國家理科基地創(chuàng)名牌課程“大學物理實驗”；

(8)教育部教改項目（子課題）一：“面向21世紀高等工科教育教學內(nèi)容和課程體系改革”；(9)教育部教改項目（子課題）二：“面向21世紀教學內(nèi)容和課程體系改革研究計劃”；(10)教育部遠程教學試點課程：“大學物理虛擬實驗”；

(11)“大學物理虛擬實驗遠程教學系統(tǒng)”（安徽省教學研究課題）

? 作為我們的教學成果近幾年研制開發(fā)的教學軟件和教材有17部，由高等教育出版社出版教材一部（共計四冊），物理教學軟件五部：

(1)“大學物理仿真實驗for windows ”（第一部分）(2)“大學物理仿真實驗for windows ”（第二部分）(3)“大學物理”

(4)“基礎物理學CAI”

(5)“大學物理仿真實驗for DOS”(6)“大學物理虛擬實驗遠程教學系統(tǒng)”

(7)面向二十一世紀教育部“九五”重點教材：“大學物理實驗”（一，二，三，四冊）(8)《幾何光學實驗設計平臺》（三維、用VR眼鏡）(9)《天體物理學》

(10)《廣播電視大學大學物理虛擬實驗》(11)《物理學史的啟迪》(12)《天文概論》網(wǎng)絡課程(13)《數(shù)理方法》網(wǎng)絡課程

(14)《微電子學》網(wǎng)絡課程(15)《物理化學》網(wǎng)絡課程(16)《材料科學》網(wǎng)絡課程(17)《現(xiàn)代光學》網(wǎng)絡課程

其中“大學物理仿真實驗for windows ”（第一部分）；“大學物理仿真實驗for windows ”（第二部分）；“大學物理”；“基礎物理學CAI”；“大學物理仿真實驗for DOS”；及教材“大學物理實驗”（一，二，三，四冊）共計六部，已由高等教育出版社出版。

? 在國內(nèi)核心雜志和重要國際會議上，發(fā)表物理實驗教學改革相關論文26篇（見附錄）? 推廣應用情況：

從九五年我們開始啟動了新的實驗課程體系，教學內(nèi)容和教學方法改革后，大大激發(fā)了學生的學習積極性與熱情，取得了很好的教學效果。98年被評為教育部首批創(chuàng)名牌課程，與新體系配套的物理實驗教材作為國家“九五重點教材和教育部面向21世紀教材將于2000年由高等教育出版社出版。在學?！熬盼濉苯?jīng)費支持下，我校九六年創(chuàng)建了國內(nèi)第一個物理仿真虛擬實驗室。近五年來我校有8千多學生受益，使物理實驗跨入了一個新水平。到目前包括香港地區(qū)的香港大學，香港中文大學，香港城市大學等以及內(nèi)地150多所大學應用了“大學物理仿真實驗for Windows”，相繼建立了物理仿真教學實驗室。99年我們又推出了《大學物理虛擬實驗遠程教學系統(tǒng)》，香港大學、香港中文大學、北京郵電大學、北京航天大學等近十所大學在internet網(wǎng)上開設了遠程物理實驗課，并被列為教育部遠程教學試點課程。99年受日本應用物理學會邀請赴日本學會大會展示并已出資決定翻譯成日文版本。近幾年來有先后有數(shù)十所大學組團專程來我校學習和交流。我校在兄弟院校的支持下,先后在北京,上海,西安,武漢,海南等地舉辦了6次物理教學現(xiàn)代化學術報告會。98年在國際物理教育學會ICPE,國際理論物理中心ICTP,國際應用物理IUPAP組織的贊助下,在我校成功召開了“物理教學新技術”國際會議。這些教學成果的推廣應用在國際國內(nèi)都產(chǎn)生了較大影響。99年7月教育部和中國科學院陳至立、陸永祥等領導親臨視察，對我們的工作進行了指導和鼓勵，教育部領導評價我們的工作，說：“這是推動物理實驗教學改革邁出的重大步伐，并取得顯著效果，在全國起了示范作用?！?/p>

第二篇：大學物理實驗教學改革的思考論文

摘要：本文通過對國內(nèi)外大學物理實驗現(xiàn)狀的分析，比較國內(nèi)外教學模式，針對我國大學物理實驗具體現(xiàn)狀，在教學模式、教學方法以及最后成績的評估等方面提出了改進意見，以具體實驗為例進行具體分析，并且給出具體解決辦法，通過把學習主動權交還給學生來激發(fā)學生學習熱情，以達到提高大學物理實驗課程質(zhì)量的目的。

關鍵詞：物理實驗；教學模式；傳統(tǒng)教學；教學改革；教學方法；評估模式

一、概述

物理學是自然科學中最重要，最活躍的帶頭學科之一，也是許多新興學科、交叉學科和新技術學科產(chǎn)生、成長、發(fā)展的基礎和前導。大學物理實驗是對理工科專業(yè)學生開設的一門基礎必修課，是理工科大學學生進入大學后接觸的第一個系統(tǒng)的實驗訓練，是對學生進行科學實驗基本訓練的開端。該課旨在使學生獲得基本的實驗知識、方法和技能方面的訓練，是后續(xù)課程的實驗基礎，是提高實驗能力和綜合素質(zhì)培養(yǎng)的重要起點。

二、國內(nèi)外現(xiàn)狀

國外對于物理實驗非常重視，鼓勵學生有自己的見解和思考，所以國外的大學物理實驗在教學內(nèi)容上，基本屬于設計性實驗，且與實踐緊密結合。注重為學生提供足夠的條件，由學生選擇實驗題目，查閱資料，查找實驗原理，確定實驗步驟和實驗方法，再測量數(shù)據(jù)，分析實驗結果。國內(nèi)越來越多的高校把大學物理實驗課作為獨立課程開設，對大學物理實驗課的重視也日益得到加強。無論從教學理念、實驗內(nèi)容還是教學形式、實驗手段，都在進行全方位的改革。近年來，由于科學技術進步所帶來的實驗儀器進步以及教育部開展的精品課程建設，實驗室示范中心建設，使我國許多高校的大學物理實驗課程的整體水平提高較快，與發(fā)達國家大學的差距日益縮短。國內(nèi)目前主流的實驗教學模式是：老師講解，學生做實驗，再完成報告。這種方式的優(yōu)點是能提高實驗效率，保證絕大部分學生在規(guī)定的時間內(nèi)完成實驗，但卻容易使學生養(yǎng)成課前不認真預習（甚至不預習），聽老師講完后一邊看書一邊做實驗的習慣，所謂做實驗就是測數(shù)據(jù)，至于實驗的真正目的是什么，為什么要這么做，學生根本不愿去思考；另一方面，老師對實驗成績的評定也主要是以數(shù)據(jù)或報告為主，缺乏對實驗過程的評價，這也是導致學生重結果、輕過程、甚至為了成績而去偽造數(shù)據(jù)的重要因素。

三、大學物理實驗教學改革的一些建議

（一）教學模式的改革

由于我校的現(xiàn)狀特殊，每學期上課學生人數(shù)都很多，現(xiàn)在上課采取模式是，學生自由選課，老師負責固定的實驗室，這樣有利于儀器維護和維修，但因為學生不固定，老師沒辦法進行教學改革和學習效果跟蹤。如果實驗教學也可以和理論教學一樣，讓老師負責固定的教學班，并且?guī)赀@個教學班所有的實驗，這樣老師就可以認識每一個學生，也可以根據(jù)每堂課每個學生的表現(xiàn)，深入了解他們對大學物理實驗這么課的認知程度，也可以了解他們的學習習慣和能力，從而可以給出相應的教學方法。例如，在“示波器調(diào)整與使用”這個實驗中，我們在教學的時候，按照實驗目的，讓學生掌物示波器的基本調(diào)整方法、工作模式、掌物用示波器觀察信號的方法以及示波器各功能和按鈕。從課堂教學效果來看，學生都可以掌物，但是下課以后他們只會完成實驗報告，過一度時間以后，就有可能忘記。因為示波器不光在大學物理實驗中應用非常廣泛，在各個專業(yè)實驗方面也是常常涉及，所以如果跟班教學，老師可以細細觀眾每個孩子掌物情況，對于那些稍有欠缺的同學，在以后每次講到關于示波器的實驗中，重點提醒和指導，以達到鞏固的目的，以便在以后的實驗中熟練使用示波器。

（二）教學方法的改革

現(xiàn)有的傳統(tǒng)教學模式，老師講解實驗原理、實驗儀器和步驟，最后學生按照固定模式和方式一步一步完成實驗，記錄原始數(shù)據(jù)，再計算數(shù)據(jù)和誤差分析。整個過程，學生都在按照老師的要求按部就班地完成實驗，否則就有可能在規(guī)定時間里完成不了實驗，這樣的傳統(tǒng)教學根本不可能激發(fā)學生的學習積極性和主動性，更不要說激發(fā)學生的自主創(chuàng)新了。采取跟班教學后，老師可以根據(jù)本班學生實際情況采取多樣化的教學方法，如，給出實驗題目，學生自己查資料，自己設計實驗步驟和方法，以激發(fā)學生的學習熱情；也可以把學生分成多個小組，進行小組討論，交流學習，發(fā)揮同伴學習的效果；也可以把學生分成兩個大組，給出實驗現(xiàn)象，讓他們進行正反方辯論；還可以翻轉課堂，給出教學視頻，課前通過教學視頻自學，課堂提問解決問題，諸如此類的教學方法，可以根據(jù)本班學生的實際情況不斷改革和創(chuàng)新，在吸引學生自主學習的同時，可以從中發(fā)掘學生的才能，還可以為每年的大學物理實驗競賽提前選拔人才。例如，在“重力加速度測量”這個實驗中，給出設計要求：要求重力加速度的相對不確定度小于0.5%，即/g0.5%，然后要求學生根據(jù)設計要求，通過查詢資料，確定出實驗方法，推導出測量需要的公式，然后根據(jù)提供的測量工具進行儀器選擇和比較。最后給出一套完整的測量方法，并且驗證所采取的方法是否符合設計要求，如果不符合又該怎么改進。在這個實驗中，我們不僅是可以讓學生自己動手查資料，設計測量方法，還可以根據(jù)實驗過程中出現(xiàn)的各種問題進行討論。比如重力加速度的測量方法有很多，單擺法、復擺法、自由落體法等，在我們的實驗中用的哪種方法，為什么；儀器選擇也可以討論，鋼卷尺，鋼直尺等，每一種儀器也有多種最小分度值的，我們究竟該選擇哪種儀器。通過學生之間的討論，發(fā)揮相互學習相互幫助的優(yōu)勢，互相促進。又比如在“楊氏彈性模量的測量”這個實驗中，無論老師如何細心耐心講解，最后在儀器調(diào)整過程中，很多同學還是花很多時間才能找到標尺的像，這樣課堂時間也不夠，很多同學都不可能在規(guī)定的時間內(nèi)完成實驗，最后就變成惡性循環(huán)，編數(shù)據(jù)，抄數(shù)據(jù)。鑒于這樣的情況，老師可以事先錄制一個簡短視頻，把調(diào)整儀器的方法、要點，步驟等，以及如果某一步未調(diào)好，可能出現(xiàn)的現(xiàn)象等，都一一反應在視頻中。學生課前預習時，除了預習書本上的理論知識，還要觀看視頻，這樣在課堂，學生調(diào)節(jié)儀器的過程時，對儀器調(diào)節(jié)已經(jīng)有一個基本的了解了，在實際操作中，才可以做的又快又準。

（三）多元化的評估模式

傳統(tǒng)教學之后就是期末考試，我們的實驗教學現(xiàn)有考試模式就是筆試和操作。采取多元化教學模式之后，我們與之對應的就應該是多元化的評估模式。除了筆試和操作，老師還可以根據(jù)學生平時學習的情況，給出多樣化的評估方法。如第一學期結束時，由于學生還處在從高中學習過度到大學學習的過程，老師可以給出一個新的實驗題目，讓學生通過查資料完成一份完整的報告，包括原理、方法、步驟和數(shù)據(jù)處理、誤差分析；也可以讓學生寫出本學期的學習心得體會；也可以讓學生寫調(diào)研報告，對教學的改革建議。第二學期結束時，學生已經(jīng)適應大學學習，也已經(jīng)掌物了大學物理實驗的基本技能和方法，所以這個學期的期末考試，老師可以適當增加難度，可以給出一個實驗現(xiàn)象，讓學生自己通過現(xiàn)象判斷對錯，并且給出理由以及相關報告，也可以讓學生自己擬定題目，進行創(chuàng)新實驗，從實驗方法、原理、儀器改進和實驗構建等方面給出完整的報告，老師再從中選擇一些可行的方案，進一步指導學生進行實驗的創(chuàng)新和改革。以上方案并不是孤立的，老師在教學過程中，可以根據(jù)學生的具體情況，把多種評估方式結合使用。

四、結束語

科學實驗在科學技術的發(fā)展中起著關鍵的作用，在人們認識自然、開拓和探索新的科技領域中，實驗是一種不可缺少的方式。作為研究自然界物質(zhì)運動最基本最普遍形式的物理學，其形成和發(fā)展是以實驗為基礎的，由此可見物理實驗的重要性。所以我們要打破傳統(tǒng)的固定教學模式，通過對大學物理實驗教學模式和方法以及最后成績評估的改革，把學習的主動權交還給學生，讓每一個學生都可以積極地投入到學習中，這樣不僅可以調(diào)動學生的積極性和創(chuàng)新性，同樣可以調(diào)動老師的積極性，老師也不再墨守成規(guī)按照老規(guī)矩教學，而是可以接收國內(nèi)外先進的教學理念和模式，最大限度地發(fā)揮自己專長的同時，調(diào)動學生的積極性和創(chuàng)新性，在教與學的過程中達到雙贏的效果。

參考文獻

[1]莊建，青莉，黃玉霖.大學物理實驗教程[M].西南交大出版社，2010.[2]韓忠，黃佳木，何光宏.哈佛大學物理實驗室考察與我國物理實驗教學的思考[J].實驗室研究與探索，2011，30（7）.[3]程君妮.大學物理實驗模式改革與創(chuàng)新實踐[J].榆林學院學報，2015，25（6）.[4]彭宏，苑耕玉，張禮霞.國內(nèi)外物理實驗的教學比較研究[J].創(chuàng)新教育，2015（13）.

第三篇：關于大學物理教學改革的思考

關于大學物理教學改革的思考

王長春（池州學院物理與機電工程系，安徽池州２４７０００）

［摘要］分析了我院大學物理教學改革的現(xiàn)狀，介紹了近幾年大學物理教學改革的初步經(jīng)驗，進一步提出了提高大學物理教學質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新人才的設想。

［關鍵詞］大學物理；教學改革；創(chuàng)新

［中圖分類號］Ｇ６４２

［文獻標識碼］Ａ

［文章編號］１６７４－１１０２（２００８）０３－０１１７－

收稿日期：２００８－０２－２９基金項目：池州學院教研重點項目（２００６ＸＪ００１）。作者簡介：王長春（１９６２—），男，安徽樅陽人，池州學院物理系副教授，主要從事大學物理教學和理論物理的研究。

物理學是現(xiàn)代基礎科學和技術科學的基礎，亦即整個自然科學的基礎，在科學技術的發(fā)展中發(fā)揮著巨大的作用。許多科技成果都是建立在物理學基本原理的基礎上，物理學的基本原理在科學技術與社會生活中有著廣泛的應用。大學物理課程是本科院校非物理專業(yè)一門重要的基礎課，它在培養(yǎng)學生辯證唯物主義世界觀和學習能力、觀察能力、實驗動手能力、思維能力、創(chuàng)新能力等方面起著十分重要的作用。物理學是一門培養(yǎng)和提高學生科學素質(zhì)、科學思維方法和科學研究能力的最重要的基礎課。由于物理學的抽象性和邏輯性，使許多大學生不容易入門，再加上大學物理的基礎性，因而使許多學生提不起興趣，從而形成了教師想盡各種辦法，但學生學起來仍然敷衍了事的局面。如何提高大學物理課程的教學質(zhì)量，轉變教學觀念，實現(xiàn)教學內(nèi)容和教學手段現(xiàn)代化等都是亟待解決的問題?，F(xiàn)結合我院的教學實際，對我院大學物理教學現(xiàn)狀及存在問題基礎上，提出大學物理教學改革的幾點建議。

１大學物理教學現(xiàn)狀我院是新建的本科院校，隨著辦學規(guī)模的不斷擴大，在大學物理課程的教學改革、課程建設中面臨許多新問題、新情況。由于教學計劃不斷調(diào)整，教學學時與教學內(nèi)容之間的矛盾，學生基礎差與教學內(nèi)容和教學手段現(xiàn)代化之間的矛盾比較突出，主要體現(xiàn)在如下幾個方面。

１．１教學目的忽視專業(yè)特點大學物理教學目標是培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)并為其學習專業(yè)課奠定知識基礎，而我校各專業(yè)遵循教學計劃，實施的教學內(nèi)容基本相同，忽視了不同專業(yè)所需物理知識側重點不同的特征，這就為物理教學提出了新的課題：如何處理基礎課與專業(yè)課關系，如何保持物理自身體系完整同時又兼顧專業(yè)特點和要求。

１．２學生學習態(tài)度不夠端正，基礎差由于歷史原因，我院學生基礎普遍較差，特別是高校擴招后學生的基礎更差，他們對大學物理課程的重要性認識不足，普遍認為物理難學，缺乏學習興趣，學習動力不足，學生學習成績兩級分化嚴重，還有些同學在中學時物理學習不夠好，對物理學習有厭煩情緒，本以為不是物理專業(yè)，就可以避開物理。學生對基本物理概念的理解、物理規(guī)律的靈活運用都比較困難，更談不上探究式學習和研究性教學。雖然教師在教學上投入了大量的精力，付出了艱辛的勞動，但教學難度大，教學質(zhì)量不高，很難做到因材施教。

１．３學習方法不當，不會自學大學物理與中學物理是兩個不同的學習階段，其主要區(qū)別是：一是內(nèi)容加深了，要求也提高了。大學物理的學習更側重于概念的深刻理解和靈活應用，尤其是一些概念的掌握往往要經(jīng)過一段時間的消化才會真正領悟，同時對運算能力、推理能力的要求也比中學要高得多。二是速度快了，大學物理內(nèi)容較多，學時又少，教師課堂上不可能對每個問題、每個細節(jié)都像中學時反復強調(diào)和練習，而經(jīng)常是兩節(jié)課內(nèi)講授了大量

內(nèi)容，需要同學們課后花大量時間去整理和復習。學生在中學學習時，對教師的依賴性較強。進入大學，不能適應大學的學習過程，隨著積累的知識越來越多，必須通過主動預習和復習等環(huán)節(jié)，才能鞏固和深化，如果不注重自學能力的培養(yǎng)，沒有充分發(fā)揮自身的主觀能動性，學習成績自然會下降，以致部分學生不能適應大學的學習生活。

１．４規(guī)模小，層次多我院最早只有數(shù)學、化學兩個師范專業(yè)開設大學物理課程，隨著學院的發(fā)展，現(xiàn)有數(shù)學、化學、計算機應用、機械制造、應用電子技術、現(xiàn)代教學技術、應用化學等十五個專業(yè)開設大學物理課程。由于各專業(yè)教學計劃差異較大，教學課時各有不同，但教學時數(shù)普遍減少，由原來的２００多學時，減為現(xiàn)在有的專業(yè)基本學時１４４學時，周課時４節(jié)，開設時間為一學年，有的專業(yè)周學時為６節(jié)，開設一學期，總學時１０８學時，也有的專業(yè)周學時為５節(jié)，開設一學期，總學時為９０學時。少數(shù)班級采用多媒體教學。不同的專業(yè)，對教學內(nèi)容的要求，教學進度的統(tǒng)一，考試要求的一致性等方面難度較大。試卷基本上由任課教師出題，教研室審核通過后使用。

１．５教學方法單一，實踐環(huán)節(jié)不足從大學物理教學方法來看，普遍以教師滿堂灌為主，即教師在傳授知識時采用“注入式”教學方法，忽視學生主體能動性的發(fā)揮，缺乏自主探究式學習，養(yǎng)成學生坐享其成，不積極思考，被動接受的壞毛病，更不利于培養(yǎng)學生自主學習能力，獨立分析問題、解決問題能力和創(chuàng)新能力。最近兩年在不同專業(yè)開設了一定數(shù)量的大學物理基礎實驗，由于多方面的原因，開放性實驗，研究和設計性實驗非常少，對學生觀察能力、實驗能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)明顯不足，理論聯(lián)系實際不夠。從教學原則上看，完全忽視學生個體差異，不能做到因材施教。綜上所述，我院大學物理教學在教學目標、教學方法、教學模式、教學內(nèi)容等方面均存在諸多問題，這種教學現(xiàn)狀嚴重制約教學質(zhì)量的提高。因此大學物理教學改革勢在必行。

２大學物理課程建設及改革

２．１加強教學研究和教學資源的建設為提高大學物理課程的教學質(zhì)量。我院很重視教研室建設，加大了教學研究、教學資源的力度，教師之間分工合作，編寫了大學物理實驗指導書，針對不同專業(yè)提出的教學要求，制定了大學物理實施方案，編寫了詳細的教學要求，力求做到一綱多用。對于基本學時為１４４，課程開設時間一學年的專業(yè)，教學的基本要求是課程的理論體系完整，加強基本概念，基本規(guī)律教學，開設６—８個大學物理實驗，加強對學生物理思維能力、創(chuàng)新能力、動手能力、分析問題解決問題能力的培養(yǎng)。課程總學時為１０８學時的專業(yè)，教學基本要求是完成力學、電磁學的主要內(nèi)容，熱學、光學、近代物理學則根據(jù)各專業(yè)的教學實際側重介紹，開設４—６個大學物理實驗。課程總學時為７２學時的專業(yè)，教學基本要求是完成力學、電磁學的主要內(nèi)容，開設２—４個大學物理實驗，達到基本的教學要求。我們購置了中國科技大學《大學物理仿真實驗》一套，配合教學使用，針對不同的專業(yè)選２—４個仿真實驗進行教學。為了加大改革力度，我系教師承擔院級教研重點課題４項，省廳級教研課題２項，院級一般課題１０余項，取得了階段性的成果。

２．２多種教學模式并存任課教師有權選擇不同的教學手段和教學方法，目前主要有三種教學模式，一種是傳統(tǒng)的板書教學模式，一種是全程使用多媒體教學模式，第三種是傳統(tǒng)教學與多媒體教學相結合，介于二者之間。教研室加強教學研究，經(jīng)常進行教學內(nèi)容、教學方法、教學手段的探討，教學質(zhì)量的評定。在近兩年院級青年教師講課大獎賽中大學物理課分別獲得一、二等獎各１次，一人獲全省模范教師，四人獲院級優(yōu)秀教師。

２．３理論教學與實踐教學相結合為了加強學生的實際操作能力，為社會培養(yǎng)出寬口徑的復合型人才，教師注意結合實際生活，適當增加一些應用方面的知識，使學生在學習理論知識的同時，能更好地認識到物理學的基本知識和方法在現(xiàn)代應用技術中的重要地位和作用。近年來學院結合專升本投資近１００萬元的實驗經(jīng)費，加大了大學物理實驗室建設，大學物

理實驗的設備數(shù)量和質(zhì)量都有較大的改善。物理實驗室的建成激發(fā)了學生學習物理的興趣，尤其像物理這樣的課時少，學生怕學、教師難教的基礎課程，興趣顯得更加重要。“興趣是最好的老師”。讓部分學生參加大學物理實驗的研究和計算機輔助物理教學研究，開設大學物理仿真實驗，多媒體教學課件的制作等，培養(yǎng)了學生科學研究能力和創(chuàng)新能力。

２．４重視物理思想方法的教學

物理課首先是一門科學素質(zhì)課，大學物理有兩個任務，一為后續(xù)課程準備必要的知識，二為提高學生的科學素質(zhì)與能力，二者相比后者更為重要。大學物理是以物理知識為載體進行科學素質(zhì)教育的一門課，從物理思想、研究方法與相關能力方面培養(yǎng)學生，并有助于學生形成辯證唯物主義的世界觀。思想是根本，物理思想方法更是物理學的核心。它是獲取知識的手段，所以我們傳授物理知識的同時，一定要同時傳授學習、研究和解決問題的科學思維方法。結合教學內(nèi)容適當介紹有關的物理學史知識，盡可能向學生展示物理知識的形成和演變過程的物理思想方法及其應用。這樣，學生就會學到探索和研究物理的思想方法，從而感受到這些思想的巨大價值，提高學習物理的興趣。在全面提高學生的科學素質(zhì)方面，大學物理起著特殊的重要作用。

３大學物理教學改革的進一步設想

我們雖然取得了一點初步的成果，但要想真正發(fā)揮大學物理教育對人才培養(yǎng)的作用，還存在很多問題需要解決，如教學內(nèi)容增減；教學手段現(xiàn)代化；自主探研式學習應怎樣進行；師生如何互動等等。下面我們將以培養(yǎng)學生的科學素質(zhì)、創(chuàng)新能力、因材施教、學習興趣等為主要目標進行大學物理教學模式的改革。

３．１實行分層次教學我院目前有１０多個專業(yè)開設大學物理課，既有本科又有?？疲扔欣砜朴钟泄た?，還有師范類和非師類之分。第一、要處理好基礎課與專業(yè)課之間的關系。在處理基礎課與專業(yè)課之間的關系上：首先，要突出專業(yè)特色，即既要保持物理學原有的體系，又要兼顧學生專業(yè)的不同，對不同專業(yè)制定不同的教學計劃，適應各專業(yè)特點，更好地為專業(yè)服務。其次，處理好基礎課與專業(yè)課之間的銜接問題。第二，處理好大眾化教育與優(yōu)秀人才培養(yǎng)之間的關系。我院現(xiàn)階段是專科（一專和二專）和本科共存。學生特點是：生源雜，文化基礎差異大。這給教師組織教學帶來很大難度。教師若在教學過程中采用統(tǒng)一教學計劃，實施同一教學內(nèi)容，必然造成基礎好的學生“吃不飽”，基礎差的學生“吃不了”局面。因此，為了確保所有學生都能受到大眾化物理教育、達到教學基本要求，即按基礎一般、較好和優(yōu)良分３個層次，分別設立基礎班、普通班、提高班３個層次。３個層次的教學模式有所不同，達到因材施教的目的。

３．２樹立精品意識。目前大學物理精品課程建設工作在不同程度地開展，部分先進院校的精品課程建設取得了突出的成績，對精品課程建設提出較高的要求，如建立一流的教師隊伍、一流的教學設備、一流的教學水平等，在教學思想上，突出創(chuàng)新精神培養(yǎng)，把科學素質(zhì)教育放在首位，在探究式學習和研究性教學方面做了大量的研究和探索，取得了較好的成果，對大學物理課程體系根據(jù)不同專業(yè)、課時、學分，劃分成不同的模塊。在教學內(nèi)容方面，保證教學內(nèi)容的前沿性和先進性，任課教師努力把科研成果和教學經(jīng)驗融入教學。在教學過程中，采用現(xiàn)代化教學手段，充分利用現(xiàn)有的教學資源，采用多媒體教學，信息量大。通過精品課程建設，認真學習精品課程的指標體系，樹立精品意識，結合教學實際，提出精品課程建設的目標和任務，制定切實可行的建設方案，在課程建設的每一個環(huán)節(jié)上做到讓每一個教師上好每一節(jié)課，讓大多數(shù)學生通過大學物理的學習有所收獲。

３．３增強教學表現(xiàn)力，實現(xiàn)教學手段現(xiàn)代化目前，教學手段主要采用板書與多媒體結合，而多媒體課件還基本停留在文字、圖表的顯示上，并不能激發(fā)學生學習興趣，對知識的掌握和能力的培養(yǎng)沒有起到很好的促進作用。隨著計算機網(wǎng)絡技術與多媒體技術的廣泛應用，在教學中根據(jù)課堂實際情況和教學要求，恰當?shù)匕盐锢碚n件，演示教具等穿插進課堂教學中，能將難以開出的演示實驗，生動地展示出來，這種教學輔助手段既可以增加教學信息量、提高學生感性認識、幫助學生發(fā)現(xiàn)問題和更透徹理解物理原理，既省時又省力。這種將圖、文、聲、像高度集成于物理教學中，將大大增強教學表現(xiàn)力。比如在講授楊氏雙縫干涉、劈尖干涉和牛頓環(huán)時，通過多媒體動畫，可以形象生動地展示當條件變化時干涉條紋的變化，促進學生對物理知識的理解和記憶。

３．４加大教學研究，優(yōu)化課堂教學方法結合本院學生實際和教師實際，加大教學研究和教學改革力度。通過對教學內(nèi)容和教學手段的改革，努力提高教師的教學水平，提高教學質(zhì)量。在教學過程中，加強實踐教學環(huán)節(jié)，拓展和延伸物理知識，加強與現(xiàn)代科技的結合。在《國家工科大學物理教學基本要求》的基礎上制定有特色的教學大綱。只有提高教師的教學研究能力，將教師的教學科研成果應用到教學中，教學改革才會取得成效。教學改革能否取得成效，最終要看學生的學習效果。既然“注入式”教學使學生被動地接受知識，忽視學生主觀能動性的發(fā)揮，應采用師生互動教學，不僅解決了在滿堂灌的教學條件下，學生容易注意力不集中、嗜睡而厭學的問題，而且增強了學生學習物理的興趣，極大地提高了學生學習的積極性。教育心理學指出，“問題是思維的動力與源泉?！憋@然，應該用“問題”激發(fā)興趣，然后引發(fā)思維，進而啟迪學生創(chuàng)造意識和能力，激勵他們自主學習。教師在教學過程中，主動創(chuàng)造“問題”情境，即以實驗顯示問題，以閱讀發(fā)現(xiàn)問題，以講授提出問題，以討論分析問題，以練習解決問題，以總結歸納問題。讓學生積極參與各個教學環(huán)節(jié)，發(fā)揮了學生的主體作用，有利于調(diào)動學生學習的自覺性和主動性。總之，大學物理教學改革是一項長期復雜的系統(tǒng)工程，對于我們“年輕”的本科院校任重道遠。大學物理教育要想發(fā)揮其培養(yǎng)高素質(zhì)人才的特殊作用，需要我們在教學實踐中進行不斷的探索。

參考文獻：［１］李元杰，孫威娜．大學物理教學改革應關注的幾個重要問題［Ｊ］．中國大學教學，２００４（２）．

［２］朱钅宏雄，物理教育展望［Ｍ］．上海：華東師范大學出版社，２００２：４３—２０４．

［３］中華人民共和國教育部．國家精品課程評估指標體系［Ｓ］．２００５．

［４］大學物理課程報告論壇文集［Ｃ］．北京：高等教育出版社，２００５：４６－１５８．［責任編輯：桂傳友］

第四篇：大學物理實驗

《大學物理實驗》選課要求

一.注冊：

網(wǎng)址:219.216.105.181

生本人的期末成績錄入。

二.選課：學生注冊后自己上網(wǎng)選課,選課前請

1.仔細閱讀網(wǎng)上選課要求。

2.必須確認在沒其它課的時間段選課。

2010～2011學年第一學期：

1.選課內(nèi)容：

每個學生在規(guī)定的10個實驗中選作9個，其中電橋、示波器、分光計三個實驗為必選實驗，不可不選。

2.每人每周只可以選作一個實驗，如多選無效，只記錄一個成績。

3.網(wǎng)上選課系統(tǒng)開通時間：

第二周周五8:00點～第二周周日24:00點。

4.網(wǎng)上補選時間：

第三周周一8:00點～第三周周二17:00點。

選課人數(shù)不足4人不開課。學生可于第三周周一查看選課結果，如所選的上課時間段不足4人，要重新補選。

2010～2011學年第二學期：

具體要求詳見網(wǎng)上的選課要求。

三.上課時間：

物理實驗課上課時間每天分段：

第一段： 7：30；

第二段：10：10；

第三段：13：30；

第五篇：基于CDIO模式的大學物理實驗的教學改革實踐

基于CDIO模式的大學物理實驗的教學改革實踐

劉崇進* 貝承訓** 彭傳正* 周曉明** 林春景*

* 廣東白云學院 **華南理工大學

內(nèi)容摘要：根據(jù)CDIO模式，為了培養(yǎng)學生解決實際問題的能力、交流溝通能力和團隊合作精神，對大學物理實驗課進行了新的教學設計。通過“磁阻效應的測量”實驗的教學實踐，結果顯示，取得較好的教學效果。

關鍵詞：CDIO模式，大學物理實驗，教學改革，教學效果 0．引言

從2000年起，麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學組成的跨國研究獲得Knut and Alice Wallenberg基金會近2000萬美元資助，經(jīng)過四年的探索研究，創(chuàng)立了 CDIO 工程教育模式，并成立了以 CDIO命名的國際合作組織。根據(jù)產(chǎn)品或工程項目從研發(fā)到運行服務的四個生命周期階段，即構思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），形成了CDIO 工程教育改革的理念[1-3]。CDIO工程教育理念不僅繼承和發(fā)展了歐美20多年來工程教育改革的理念，更重要的是系統(tǒng)地提出了具有可操作性的CDIO教學大綱、以及全面實施以及檢驗測評的12條標準，由此形成了工程教育的CDIO模式。采用CDIO教學大綱，按CDIO工程教育模式培養(yǎng)的學生，深受社會與企業(yè)歡迎。

CDIO教學大綱中指出，大學物理是工科各專業(yè)必備的基礎科學的學科，麻省理工大學（Massachusetts Institute of Technology）各工科中必備的基礎科學學科都包括了大學物理，而大學物理實驗是大學物理必不可少的重要組成部分。CDIO的12條標準中，第6條標準明確指出，實踐場所和實驗室不僅是動手實踐學習的地方，而且是學習科學知識和培養(yǎng)團隊精神的場所。CDIO教學大綱中個人能力和素質(zhì)的要求中，強調(diào)了實驗的探索和知識發(fā)現(xiàn)。早在2007年，Christopher Teoh 和Nhut Tan Ho等人，根據(jù)CDIO模式，采用積極主動的教學方法進行實驗教學改革 [4-5]。2010年，我國的江楠和孫志剛等人采用了CDIO模式，進行了電磁學實驗的教學改革 [6]。我們根據(jù)CDIO模式，參考他們的實驗教學方法，進行了大學物理實驗課的創(chuàng)新性設計，并通過“磁阻效應的測量”實驗教學的實踐，取得了比較好的教學效果。

2.根據(jù)CDIO模式的大學物理實驗課的教學方法分析

在大學物理實驗課的傳統(tǒng)教學中，不論是證實性的實驗，還是綜合性的實驗，或者設計性的實驗，首先用大量的原理介紹來引導學生入門，再根據(jù)實驗的要求，來完成實驗。學生做完實驗后，獲得了一定的知識，但學生的創(chuàng)造力和能動性沒有充分發(fā)揮，學生的交流溝通能力和團隊合作精神也沒有得應有的提升?？梢哉f，傳統(tǒng)的大學物理實驗課教學培養(yǎng)的是“知識型學生”。如何把“知識型學生”轉化為“創(chuàng)造型的學生”，進而培養(yǎng)具備一定專業(yè)知識技能和較好綜合素質(zhì)的創(chuàng)新型學生，使他們具備較強的團隊協(xié)作精神，這是目前理工類高校迫切需要解決的問題，而CDIO教育模式是解決該問題的重要途徑[7]。

CDIO模式的特點就是構建一體化的教學和學習計劃，采用“做中學”項目學習方法[7]，要求學生分工合作，密切配合，完成該項目，以便培養(yǎng)學生應用基礎知識解決實際問題的能力、交流溝通的能力和團隊合作精神等。把“做中學”項目學習方式應用到“大學物理實驗”課程，使這門傳統(tǒng)的實驗課融合經(jīng)典和現(xiàn)代的教學方法，從而更好地培養(yǎng)學生的良好個人素質(zhì)和綜合能力，即培養(yǎng)學生應用基礎知識解決實際問題的能力、交流溝通的能力和團隊合作精神等

“做中學”項目學習方法（Learning By Doing，Learning By Using and Learning By Thinking）是根據(jù)項目的生命周期階段：構思、設計、實現(xiàn)和運作，鼓勵學生自己動手查找資料和閱讀資料，分組討論研究等方式，解決從構思設計項目到實現(xiàn)完成項目遇到的困難和問題。因此，“做中學”項目學習方法，學生在做的過程中學習，提高了自身的學習積極性和主動性，學生本身的個人素質(zhì)和綜合能力也得到了有效提升。

學生的項目學習方式相對應的是教師的項目教學方法，該方法主要是在設計項目時，讓每個學生做項目中感興趣的部分，分工合作，共同完成項目。Karsten H.Clement等人在構建一體化的實驗課教學計劃時，把一個具體的實驗，作為一個項目來處理[8]。因此，我們在構建大學物理實驗教學計劃時，也把一個具體的大學物理實驗作為一個項目來處理，實驗教學中除了采用傳統(tǒng)講授知識的方法和現(xiàn)代化教學方式如電子化的多媒體教學方式外，還采用“做中學”的項目教學方法，以便提高學生的學習積極性和主動性。

3.根據(jù)CDIO模式的大學物理實驗課的教學設計

傳統(tǒng)的大學物理實驗的教學設計首先是介紹大量的原理，然后根據(jù)實驗的性質(zhì)如是否證實性的，還是綜合性的或者設計性的實驗，來具體地設計實驗的目的和內(nèi)容等，學生根據(jù)實驗的目的和內(nèi)容來完成實驗。設計基于CDIO模式的大學物理實驗的教學，就是構建基于CDIO模式的大學物理實驗的一體化教學計劃，把一個具體的大學物理實驗作為一個項目處理。根據(jù)項目的四個生命周期階段，構思和設計具體實驗目的、實驗內(nèi)容和實驗過程，使學生應用“做中學”項目學習方法，在實驗中能獲得有效的知識和能力；實現(xiàn)和和完成實驗后，能有效地培養(yǎng)學生應用基礎知識解決實際問題的能力、交流溝通的能力和團隊合作精神等。

大學物理實驗課一般在大學一年級的第二學期和二年級的第一學期開設，學生進入大學不久，正在拓展知識和能力，學生一般還不具備全盤設計實驗目的和內(nèi)容的能力。因此，設計一個具體的大學物理實驗教學計劃時，應該循序漸進，使學生較好地學習物理實驗知識、方法和技能，了解科學實驗的主要過程與基本方法，為今后的專業(yè)知識學習和工作奠定良好的基礎。重要的是，要把“做中學”的項目教學方法融入到大學物理實驗課中。教師在設計具體的物理實驗內(nèi)容時，要預留靈活的空間，以便學生采用“做中學”的項目學習方法，分工合作，主動討論，在“做中學”的過程中進行實驗的探索和知識發(fā)現(xiàn)。

根據(jù)上面的分析，考慮到大學一年級的學生正在拓展知識和能力，根據(jù)循序漸進的原則，需要教師構思和設計一個具體實驗目的和內(nèi)容。圖1是基于CDIO模式的大學物理實驗的教學設計流程，從圖1中可以看出，教師在設計實驗內(nèi)容時預留靈活的空間，學生在實現(xiàn)和完成實驗過程中，能應用“做中學”項目學習方法，做實驗中感興趣的部分，分工合作，主動討論，共同完成實驗。圖1 基于CDIO模式的大學物理實驗的教學設計流程

4.基于CDIO模式的 “磁阻效應的測量”實驗的教學設計和實踐

基于CDIO模式的大學物理實驗的教學設計，對于一年級的大學生來說，重點是考慮他們的知識和能力特點，他們不需要設計實驗目的和實驗內(nèi)容。從圖1可以看出，在設計具體的物理實驗內(nèi)容時，要預留靈活的空間，讓學生能應用“學中做”的項目學習方法做實驗，學生在實現(xiàn)和運作的周期階段，即在做實驗的過程中，能分工合作，主動討論，進行實驗的探索和知識發(fā)現(xiàn)，從而有效地培養(yǎng)學生應用基礎知識解決實際問題的能力、交流溝通的能力和團隊合作精神。

下面，對“磁阻效應的測量”實驗進行基于CDIO模式的實驗教學設計和實踐。構建該實驗教學計劃的實驗內(nèi)容，預留的靈活空間是：在測量銻化銦磁阻元件的電阻隨磁場變化的數(shù)據(jù)[9]時，要求測量從零到最大的磁場對應的電阻變化數(shù)據(jù)，再計算磁阻元件的電阻值的相對變化量，用作圖的方法驗證磁阻元件的電阻相對變化量與磁場的平方成正比，正如實驗書上實驗內(nèi)容所述。

同學們實驗時，分成三人一組。一人看書，根據(jù)實驗要求指出調(diào)節(jié)磁場的大小，并監(jiān)視；另一人動手調(diào)節(jié)磁場；第三人記錄數(shù)據(jù)。三人分工合作，進行實驗。當磁場調(diào)到最大，不能再調(diào)大時，就完成了數(shù)據(jù)測量。用作圖的方法驗證實驗結論：磁阻元件的電阻相對變化量與磁場的平方成正比。同學們根據(jù)數(shù)據(jù)作好圖，如圖2所示，然后進行分組分析討論，進行實驗的探索和知識發(fā)現(xiàn)。

C對變化量 磁敏元件電阻的相0.40.30.20.10.0050100***0磁感應強度/mT

圖2 磁阻元件的電阻相對變化量與磁場的變化關系

學生分組分析討論后，從圖中發(fā)現(xiàn)了實驗結論不完全正確，即磁阻元件的電阻相對變化量與0∽250mT范圍的磁場的平方不成正比。這時候，學生主動學習的積極性發(fā)揮出來，討論熱烈。學生通過進一步分析討論，得出了正確的結論：磁阻元件的電阻相對變化量與0∽80mT范圍內(nèi)的磁場的平方成正比，與80mT∽300mT范圍內(nèi)的磁場成線性關系。學生經(jīng)過這樣的分組合作做實驗，經(jīng)過討論，獲得新的結論，有效地培養(yǎng)學生應用基礎知識解決實際問題的能力、交流溝通的能力和團隊合作精神，取得了較好的教學效果。

5.結論

參考國內(nèi)外基于CDIO模式的實驗教學改革，夠建了基于CDIO模式的大學物理實驗的一體化教學計劃，把一個具體的大學物理實驗作為一個項目處理，并進行了“磁阻效應的測量”實驗的教學設計和實踐，獲得了有益的結論：

（1）把一個具體的大學物理實驗作為一個項目處理，教師采用“做中學”項目教學方法指導實驗，學生采用“做中學”項目學習方法做實驗；

（2）教師設計實驗目的和實驗內(nèi)容時，實驗內(nèi)容要預留靈活的空間，以便學生進行實驗的探索和知識發(fā)現(xiàn)；

（3）在設計實驗過程中學生能分工合作，主動討論，共同完成實驗（4）學生在討論完后，能得出更全面更正確的實驗結論。

（5）基于CDIO模式“磁阻效應的測量”實驗的教學實踐的結果表明，有效地培養(yǎng)了學生解決實際問題的能力、交流溝通的能力和團隊合作精神，取得了比較好的實驗教學效果。

致謝：本文是由廣東省高教協(xié)會資助的課題（項目號：協(xié)會109號），本文的完成得到了廣東白云學院和華南理工大學實驗室的大力支持。故作者特別感謝廣東省高教協(xié)會、廣東白云學院和華南理工大學實驗室的領導和同仁。

參考文獻：

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[6] 江楠，孫志剛，趙海龍。CDIO理論在《電工學》實驗教學改革中的應用?？萍夹畔?，2010年第23期

[7] 王亞良，張燁，陳勇等?；贑DIO的實驗項目開發(fā)與實踐。實驗技術與管理，2010年02期：119-121

[8] Karsten H.Clement , Pernille Harris and Yvonne Agers.CDIO Projects in DTU’s Chemical and Biochemical B.Eng.Study Program, Proceedings of the 7th International CDIO Conference, Technical University of Denmark, Copenhagen, June 20-23, 2011 [9] 吳揚，婁捷，陸申龍。銻化銦磁阻傳感器特性測量及應用研究?！段锢韺嶒灐?001年第10期：46-48 Practice and Innovation of College Physics Experiment Based on CDIO Model Chongjin Liu* Chengxun Bei** Chuanzheng Peng* Xiaoming Zhou** Chunjing Lin* *Guangdong Baiyun University **South China University of Technology Abstract： Teaching Design of college physics experiment is elaborated based on CDIO model so that the students can solve the practical issues and communicate and do teamwork efficiently.“Measurement of the magnetoresistance”experiment results show that the good teaching effects are achieved though the CDIO teaching method

Keywords：CDIO Model，Experiment of College Physics，Innovation，teaching effect

作者簡介：劉崇進，在華南理工大學獲得博士學位和副教授職位，在多倫多大學做過博士后研究工作，現(xiàn)任廣東白云學院電子信息工程系副教授。

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