大学物理实验与理论融合教学的探索

郭袁俊，于景侠，霍中生，姚列明，杨宏春

(电子科技大学 物理学院，成都 610054)

0 引 言

大学物理实验是一门实践性和应用性很强的课程，是理工科学生进入大学后受到系统实验方法和实验技能训练的开端[1]。通过大学物理实验课程的系统学习，不但能帮助学生正确理解物理概念和规律，而且在培养和提高学生动手能力、观察能力、创新思维能力、理论联系实际能力以及分析问题和解决问题的能力，特别是与科学技术的发展相适应的综合能力等方面，该课程具有其他理论课程无法比拟的优势[2-7]。

近几年，围绕着大学物理实验教学理念、教学模式和教学体系等方面的改革，各高校进行了广泛的探索[8-15]。为了更好地贯彻我校本科教学以学为中心、基于学习产出的教育等教学理念，从2016年开始，大学物理实验中心开展了大学物理实验与理论融合教学的探索。

1 大学物理实验教学现状

1.1 普通班实验教学现状

我校大学物理实验课程包括大学物理实验I和大学物理实验II，共计64学时。大学物理实验I由误差与数据处理理论+7个实验内容组成，大学物理实验II由8个实验内容组成。多年以来，大学物理实验的教学安排在本科生二年级上期(即第三学期)开始，落后于“大学物理”课程一学期。

1.2 实验班实验教学现状

从2016年开始，针对2015级的6个实验班(3个班来自英才学院、2个班来自物理电子学院、1个班来自通信学院)开展了大学物理实验与理论融合教学的探索，打破现有大学物理实验与理论教学不同步的现状。除了保持普通班的实验教学要求外，重点围绕3个方面开展教学：①实验原理的设计；②实验误差分析；③实验仪器的改进。同时，与大学物理教研室合作，组建了实验班的融合教学团队。

2 大学物理实验与理论融合教学的具体措施

2.1 演示实验融合到理论教学课堂

演示实验依据大学物理教学的需要(即大学物理I主要为力学、光学和狭义相对论，大学物理II主要为力学、电磁学和量子力学)，梳理了已有的演示实验内容，新购、研制了新的可演示实验内容，使重要理论教学课堂有实验演示；同时，充分利用数字资源，将数字实验、虚拟实验作为演示实验中的一部分，进入理论教学课堂。此外，对于不便于搬动的大型演示仪器，尽可能让理论教学以小班教学模式，放在演示实验室中进行(见图1)。

2.2 课程实验融合到理论教学课堂

大学物理实验的教学内容分为两部分:①大学物理实验I内容(8选7)主要有用拉伸法测钢丝的弹性模量;利用波尔共振仪研究3种振动模式;示波器的调整与应用;透镜焦距的测量;全息照相;迈克尔逊干涉仪的调整与应用;声光效应实验;偏振光实验。②大学物理实验II内容(11选8)主要有熵增加原理等效实验(正在研发);液体黏滞系数的测量(新增实验);静电场的模拟;电子束的偏转;霍尔效应与磁阻效应实验(需整合实验内容);电磁波的发射与接收(正在研发);密立根油滴实验;弗兰克-赫兹实验;分光计的调整及测量汞灯黄双线的波长;光电效应实验;塞曼效应实验(新增实验)。按照大学物理理论教学进度，安排大学物理实验课程教学内容与进度，尽可能使两门课程能够同步进行；同时，定期进行实验班教学团队的教研讨论，探讨实验教学内容的教学设计、内容拓展及实验仪器改进等方面的问题。此外，理论教学、实验教学任课教师尽可能开展了互相观摩听课的方式，加强对两门课程的认识。

2.3 “创新实践与科技成果孵化实验平台”建设

依托大学物理实验中心，开展了“创新实践与科技成果孵化实验平台”建设(共计3间实验室，约300 m2)，旨在为学有余力的本科生提供一个开展课后创新实践、学科竞赛(尤其是中国大学生物理学术竞赛)的场所，进行项目驱动的科研训练。图2所示为学生完成的项目实物展示。

图2 本科生完成的创新实践项目的实物图

2.4 实验考试制度改革

对于实验班，笔试考核在原有误差与数据处理的基础上，增加关于实验内容的考核(占分25%)，把无标准答案的题目纳入考试范围；平时成绩考核加入学生平时上课的分组讨论，以及小课题报告等环节。

3 两个问题的讨论

3.1 关于大学物理实验与理论教学内容的同步

关于大学物理实验与理论教学内容同步的问题，大家有不同的认识。比如：“同步不是指大学物理实验和理论教学内容的时间上严格接近，比如在同一周或两周内”，“同步也不是一定要理论教学内容先行，然后才是实验教学环节”。有的时候，个别实验内容适当超前相应的理论教学内容，还会促使学生去自学相关理论内容，了解实验背景、实验设计思想、实验测试需要解决的问题等方面，受到的锻炼可能会更多，这和学生解决具体工程问题一样，是由问题导向去解决问题。当然，该问题，可继续探索和讨论，在持续的教学过程中不断统一认识。

同时，对于实验班的大学物理实验与理论的融合教学，可以通过融合教学团队的沟通，考虑部分实验内容由实验和理论老师共同完成，比如波尔共振实验，这样，对于对应内容的大学物理实验与理论的教学都大有裨益。

3.2 关于验证性实验的探究式教学

在大学物理实验的教学内容中，除了有涉及实验内容、操作环节、物理概念多的综合性实验外，还有部分内容属于经典实验的验证性教学，比如夫兰克—赫兹实验、密立根油滴实验、静电场模拟实验。对于验证性实验，近年来一直在试行探究式教学，这就要求任课老师要有很好的教学设计，将讨论式互动教学方法贯穿于实验开始到结束的全过程。

实验前，指导教师讲解有关实验要求和实验原理，通过讨论式互动方式，充分调动学生的积极性，使学生更好地理解和掌握实验要求和实验原理；实验过程中，进行仪器调整方法的讨论，引导学生发现问题并找到解决问题的方法；实验课结束前，对实验结果进行讨论，让学生学会正确分析和处理实验结果；最后，对实验原理、方法和测试手段在工程实际中的应用作一些介绍和讨论，加深学生对实验的印象，提高对实验课的兴趣。

比如在夫兰克—赫兹实验的教学中，有几个问题就需要和学生展开充分的讨论，学生才会有较大的收获。①该实验的产生背景，使学生懂得在物理学的发展过程中，验证一种理论一般需要两个不同领域的实验验证。②为什么要用电子轰击？而不用其他粒子轰击？③预期的实验曲线是什么？④夫兰克—赫兹管中真空度的要求。该问题的讨论会涉及大学物理中平均自由程的概念。因此，对于这个验证性的实验，通过这种探究式的教学模式后，学生会串接起很多物理概念，对于工程应用也有很好的了解(比如真空镀膜、电子管等)。

4 结 语

介绍了电子科技大学物理实验中心至2016年来开展的“大学物理实验与理论融合教学”的探索工作。经过2年的教学实践，建立了教学教研团队，取得了融合教学模式、教学内容和考核方式等方面的经验，受到了来自3个学院实验班同学的普遍欢迎。但与此同时，也存在需要继续改进的问题，比如：①加强实验设备的硬件保障；②加快更新实验项目；③完善教学内容的设计。

由于实验仪器台套数的限制，以及贯彻因材施教的原则，“大学物理实验与理论融合教学”的教学模式比较适用于实验班的教学实践，对于大面积的普通班教学难以实施，但可以借鉴融合教学过程中的一些好的做法、好的理念，也为普通班本科生实践教学环节做出积极的贡献。