新形势下普通高校物理实验教学中的问题与探索

王印磊

【摘 要】本文分析了当前高校物理实验教学中存在的问题，以培养学生学习兴趣为突破口，结合实验预习、实验内容及实验教学模式创新，提出了一系列的方法和建议，通过培养学生的自学能力、逻辑思维能力、空间想象能力、创新能力及团结协作能力等，使学生综合能力得到提高。

【关键词】大学物理实验；物理实验教学；教学模式；综合能力培养

中图分类号： O4-4 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）19-0136-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.19.060

The exploration of physics experiment teaching problems in colleges under the new situation

WANG Yin-lei

（Department of Foundation Course， Shandong University of Science and Technology， Taian 271019， China）

【Abstract】This paper analyzes the existing problems in physics experiment teaching in colleges.To cultivate studentsinterest in learning as a breakthrough，combined with experimental preview，the experiment content and experimental teaching model innovation.A series of methods and suggestions are proposed，self-learning ability of students，logical thinking ability，spatial ability，the innovation ability and the ability to work together，improve studentscomprehensive ability.

【Key words】University physical experiment；Physical experimental teaching；Teaching mode；Comprehensive ability training of students

0 前言

物理学是一门实验科学，大学物理实验是我国高校理工科各专业必修的公共基础课[1]，物理实验课程是大学生入学后的第一门实践类课程，而大学物理实验作为一门必修基础实践课，是学生进入大学以后接受系统实验方法和实验技能的开端[2]。实验教学作为高等教育结构中一个重要组成部分，对大学生科学素质、工程技术素质、文化素质以及创新意识的培养，具有不可替代的地位和作用。实验教学是贯穿于大学生学习生活全过程的实践性教学环节，为学生提供了广阔的活动空间和思维空间[3]。通过大学物理实验课的学习，可以使学生掌握科学实验的基本知识、方法和技能受到严格系统的实验基本技能训练，为以后的专业实验和终生的科研工作打好基础，培养学生严谨的科学思维能力、探索精神和创新精神。

当前物理实验越来越向综合性、设计性、多学科交叉的方向发展，物理实验已经不单纯是物理学原理的实验，而是集数学、物理、化学及其他学科知识融合的系统。一个实验还往往涉及物理学中多个原理、多个章节知识，因此物理实验的难度越来越高，对大学生提出了更高的要求和挑战，应该说物理实验发展对大学生的能力培养提供了难得的条件和机遇。如何调动学生学习的积极性和主动性，如何培养学生的科学素养和创新能力，如何培养学生的综合能力，充分发挥大学物理实验课在人才培养中的重要作用等等，笔者根据多年的教学实践总结出以下措施。

1 在教学过程中激发和培养学生学习的兴趣

興趣是学习最好的老师，兴趣是影响学生技能形成的心理因素，也是学生取得成功的动力因素之一。因此，教师应该从培养学生对物理实验的兴趣入手，引起他们对物理实验的重视，调动他们做好物理实验的积极性，才能提高我们实验教学的质量和作用。

1.1 重视实验课堂教学

在实验教学中要注意对学生的引导和启发，通过对经典物理实验过程或实验现象的描述激发学生学习的兴趣。在实验内容讲解过程中要注意引入最新科学成果，把实验内容与当今科学前沿相联系，让学生即能领略到科学研究的最新成果，又可以让学生知道我们实验的重要意义。例如在学习迈克尔逊干涉实验时，把当前利用干涉仪探测引力波的最新进展引入课堂。美国和欧洲两个引力波项目组2017年9月27日宣布，两个项目下属的3个探测器首次共同探测到引力波这种“时空涟漪”，爱因斯坦广义相对论关于引力波的预言得到了证实。激光干涉引力波天文台（LIGO）就是利用迈克尔逊干涉仪的基本工作原理来测量由大质量恒星和黑洞的引力引起的“时空涟漪”，由于激光干涉仪能够非常精确地测量时空伸缩波动产生的极其微小光程差，也就是引力波引起的微小的空间伸缩使两个臂的长度的变化，通过测两束光产生的干涉条纹，计算出引力波的参数，迈克尔逊干涉仪还被应用于寻找太阳系外行星的探测中。通过在课堂中引入对当今物理学最新进展的介绍激发学生的学习兴趣和热情。

在实验教学中利用多媒体教学、网络教学等新的教学手段调动学生的学习积极性。通过多媒体动画演示相关的物理现象，既直观易懂又可以引起学生极大的兴趣和热情。利用网络中相关的图像和视频资料，让学生在做实验之前通过网络提前学习，丰富学生的学习内容，开拓学习视野。在实验原理教学中借助一些简单的教学模具，让学生们对物理学原理及相关的物理现象有一个直观印象，激发他们认真观察和深入思考的兴趣。

1.2 创新教学模式

要在实验教学中引入新理念，创新教学模式。当前物理实验设备日益数字化、集成化、模块化， 这往往造成很多的实验原理和结构功能都被“隐藏”起来。实验操作也变得相对简单，学生做实验时按几个开关、转动几旋钮就能出结果。表面上看做物理实验简单了，这种情况一是造成学生对于实验参与度过低，二是造成学生错误的认为实验简单就盲目的认为实验本身就是简单的，忽略了实验所包含的深层次、重要的物理原理和重要内容。我们知道一个实验结果的得出需要大量的理论支撑，并且中间还需要各种推导和计算。因此，如果给学生一种仅仅转动几个旋钮就得出结论的简单印象，那么我们的物理实验就失去了培养学生综合能力的重要作用。为了解决这个问题，我们必须创新教学模式。在实验教学中，我们结合实验设备提高实验的难度，要求学生对于实验设备不能简简单单会用就行，要打开实验设备的“黑匣子”，以问题为导向大胆地“解刨”设备，把实验的整个过程摸清，把实验设备的功能及使用方法理解掌握。通过这种教学方法，学生的学习兴趣大幅提高，由过去做实验只是简单的测量几个数据，变为以兴趣为学习动因，以研究问题为导向，以科学探究为过程的新的学习模式。

2 以学生综合能力的培养作为我们工作的核心

爱因斯坦说过教育就是当一个人把在学校所学全部忘光之后剩下的东西，这其实就告诉我们，我们的教育真正目的是培养学生的能力，而不是让他们记住多少书本上的知识。为了培养学生的综合能力，我们需要把每一个实验项目都当做是一个系统工程，整个实验过程严格把关，以最大程度地实现我们的培养目标。

2.1 结合实验预习培养学生的自学能力

自学能力是一个人极为重要的能力，这种能力在实验预习中也必须具备的。由于实验学时及实验项目的原因，在实际教学中物理实验与物理理论课的内容往往不能“同步”，经常出现实验的原理在理论课教学中还没有学习，而实验却需要运用的情况。学生必须提前学习并掌握相关的理论知识，这就要求学生坚决摒弃“等、靠”的思想。知识不能被动地等着老师讲，要调动起学习的积极主动性，为了一个问题的解决，要主动调整自己的方方面面。在学习中必须沉下心来，认真仔细阅读相关资料，遇到不明白的问题仔细思考并想方设法解决，直到彻底弄明白。通过预习环节，学生可以大大提高分析问题、解决问题的能力，提高自主学习能力，也培养了战胜困难的毅力，初步形成了良好的学习和研究习惯，对于将来的个人发展也是极其重要的。

为了使学生更好的做好实验预习，工作中我们对每一个试验项目都设计了预习报告，预习报告中图文并茂，设计有大量的背景介绍、图片、实验原理及操作规范等等，对实验所涉及的时代背景，需要解决的重大问题，所运用的理论知识进行全面的、系统的介绍，并对预习效果进行考查。通过实验预习报告可以督促、掌握学生的预习情况，对于预习不合格的要限时达标完成。

2.2 培养学生逻辑思维能力和空间想象能力

在实验教学中我们应该结合实验内容培养学生的逻辑思维能力，例如我们在做声速测定的实验中，已经知道驻波在波节处弹性势能最大，但是如何理解呢？我们要鼓励学生深入思考，我们以横波为例进行研究，通过分析曲线的切线斜率我们发现在波节处的切线斜率k=limΔx→0■最大，所以不难看出形变量Δy最大，所以就不难理解波节处的弹性势能最大的原因了。又例如在学习复摆实验中分析它的振动周期与转动轴距离质心距离关系时，已知T=2π■，在求解周期T的最小值时我们可以利用不等式a2+b2≥2ab的关系求出当a=h 时周期最小，也可以用高等数学中求导的方法推导出来。通过严密的数学推导来找到物理问题的答案，培养了学生的逻辑思维能力。

物理实验的特点就是理论结合实际，学生在学习实验指导书及其它资料时，对于实验仪器各个组成部分的位置形状、功能作用，在大脑中有了自己的想象，这种在大脑中产生物体模样的过程就是空间想象能力。当学生接触到真实的物体时，对比实物可以验证或纠正自己的想象，不断反复的练习可以使学生的空间想象能力得到极大的锻炼和提高。我们在做实验之前必须对实验操作在脑海中进行不断地“演练”，清楚实验操作严密逻辑顺序，理解操作所产生的现象及现象产生的原因等等。通过对实验的学习，使学生的逻辑思维能力和空间想象能力得到极大提高，这也是我们学习新知识、掌握新本领所必须具备的非常重要素质。

2.3 培养学生动手操作和解决实际问题的能力

物理实验是理论与实际的相互印证、相互检验、相互统一。就目前学生实际情况来说，普遍存在实验操作能力相对比较薄弱的问题。对于大部分学生来说，他们的很多知识往往只是从书本上学习的，基本上没有操作经验。很多学生存在实验原理很清楚但是不会操作，甚至于无从下手的情况，来到仪器面前畏前畏后，久而久之对物理实验课产生畏难情绪，甚至产生恐惧心理，使物理实验课沦为听听课、看一看、旋动几个按钮出结果走过场的形式。这其中有没有掌握实验仪器使用方法的原因，但也与学生动手能力差有很大关系。动手能力是一个人非常重要的一种能力，如何从头脑中的理念和思路变成实实在在的现实，这是一个很复杂的过程，既需要“心灵“，也就是我们对于要做的工作清清楚楚，要有方法；也需要”手巧”，也就我们要有把思路变成现实，要有技巧。这种能力光靠听、说、看是无法掌握的，必须亲自动手实践经过反复尝试、反复修正才能逐步提高。只有多给学生提供动手操作的机会，不断地提高他们动手解决问题的能力，对于学生以后的个人发展是极其重要的。

2.4 通过对物理问题的深入探究和拓展，努力培养学生的创新能力

随着我国经济发展和科技进步，培养具有创新意识和创新能力的人才已成为社会对高校教育提出的迫切要求[4]。创新是事物发展过程中的量变与质变过程，而物理实验教学能够很好的体现这一过程[5]。问题意识是思维能力的动力，是创新思维形成的基石[6]，大学生思维敏捷，求知欲强，易于接受新鲜事物，富有上进心和探索精神。因此我们要高度重视和鼓励学生提出问题，借助物理实验这个平台让大学生的大胆提出问题并勇于实践。在工作中我们不能急于求大、急于求成，要从一个小想法、一个小尝试，从实验过程的点点滴滴慢慢积累。例如在牛顿环测透镜曲率半径的实验中，通过读数显微镜观察到了一个个规则的等厚干涉圆环，规则的圆环说明干涉点距离平板玻璃的距离都是相同的。并且Δ=2d+■。我们可以鼓励学生进一步就探究如果平板玻璃不平会怎样？同学们通过分析发现，当d不相同时，如果平板玻璃某處出现凹陷的现象，那么通过读数显微镜观察到的干涉圆环将向外凸；如果平板玻璃的某处出现凸起，则观察到的干涉环将向里面凹。通过对这个问题的深入探究，同学们由此联想到可以利用牛顿环对元件的平面平整度进行检测，并可以做出各种创新设计。又比如我们将迈克尔逊干涉仪与杨氏弹性模量实验仪器相结合测量动镜移动的距离，并利用光杠杆进行测量和校对等等。

培养学生的创新能力，就要求我们不能停留在实验的本身，要创设问题，要“再往前走一步”，鼓励学生深入思考拓展思路。在创设问题情境时根据课程体系的层次，在教学方法上遵循“诱导性、适度性、梯度性、新异 性”原则[7]，由浅入深循序渐进地培养学生的创新意识和创新能力。另外在一些實验项目及实验仪器设计开发阶段让学生参与进来，这样使学生能够完整地了解一个科研课题从立项到实施的全过程，能够使学生接触与掌握学科发展前沿信息和动态变化。

2.5 培养学生的交流沟通与人协作的能力

这也是我们人才培养的一个重要内容。一个实验小组就是一个团队，要让学生在实验过程中学会与人沟通与人协作。有许多实验并不是一个人就能完成的，需要几个人的密切配合。通过实验使学生学习与人沟通的能力，学习以积极心态对待冲突和矛盾，摈弃固执己见或回避问题的错误思想。通过实验的学习让学生学会换位思考，能够打破以自我为中心的思维模式，尝试从对方的角度和立场考虑问题；通过实验的学习让学生学会用心倾听别人的意见，并及时反馈问题，并根据实际情况及时做出调整和改进。

3 结束语

毋庸置疑，物理实验对于学生的综合能力的培养具有十分重要的作用，如何使它起到真正的作用，始终是摆在我们面前的一个重要课题。我们必须要勇于改革，一切改革活动都是向现存规则的挑战，有目的、有意识地加强对实验课程教学改革，这既是重大的理论问题，又是非常艰苦的实践问题[8]。我们必须站在为社会培养更多更好的建设人才的思想高度，不断地研究实验教学中出现的新问题，及时找到解决问题的方法，不断地改善我们的工作，才能更好的发挥物理实验教学在培养学生综合能力中的重要作用。

【参考文献】

[1]杨凯华，高凤英.我国大学物理实验教学改革研究的几点思考[J].高等理科教育，2008（4）：101-104.

[2]孙家军.改革物理实验教学培养和提高学生的科学实验能力[J].中国冶金教育，2008（6）：33-35.

[3]车立新.物理实验教学与创造教育[J].高教研究，2007，214（1）：154-155.

[4]丁坚勇，华小梅.不断创新实践教学模式，提高本科教学质量[J].电气电子教学学报，2010，32（1）：101-103.

[5]李潮锐，吴深尚.物理实验创新教育的探索与实践[J].物理实验，2005（4）：25-27.

[6]吕亚萍.实验教学培养学生创新能力的作用与做法[J].实验室研究与探索，2001，20（6）：27-29.

[7]刘永德，王毅.开设研究型实验，培养学生的创新能力[J].实验室研究与探索，2004，23（12）：174-176.

[8]顾百青.大学物理实验开放性教学的探索与思考[J].大学物理实验，2005，21（4）：114-116.