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大学物理实验教学改革现况

期刊目录网物理论文发表2019-10-26 10:14关注(1)

  本文详尽地分析了大学物理实验教学现状,针对当前大学物理实验教学中存在的问题,遵循递进式培养学生创新思维能力的原则,提出通过优化实验教学内容,科学调整“基础性、综合应用性和设计研究性实验”实验类型比例,建立以分级“进阶式”实验教学体系,丰富教学方法和手段,实施多样化教学模式,完善实验考核方式来培养大学生创新思维能力和科学研究素质。

大学物理实验教学改革现况

  关键词:大学物理实验;教学改革;创新思维能力

  一、引言

  素质教育是教育的根本宗旨,教育部高教〔2001〕—4号文件明确指出:“实践教学对于提高学生的综合素质,培养学生的创新与实践能力具有特殊作用”[1]。其中实验教学是一个重要的实践教学环节,实验渗透着方法教育,是培育学生创新思维、培养学生良好科学研究品质,提高综合素质的重要载体。而大学物理实验是理工科学生进入大学后接触的第一个实践活动,是系统学习实验方法、训练实验技能的开端,是各专业实验训练的基础。一直以来,物理学都是现代应用学科发展的重要基础理论,与现代应用学科存在密切联系而相互交叉形成新的应用学科。物理学也是一门实验科学。物理实验研究需要对现象进行分析、抽象和概括,因此,大学物理实验教学能激发学生实践探究兴趣、培养学生的创新思维能力和科学研究素质。

  二、大学物理实验教学现状

  在国家中长期教育改革和发展规划纲要指引下,国内众多大学的物理实验教学也在不断地进行实验教学改革,取得了很多宝贵的实验教学改革经验,基本上建立了基础性、综合应用性和设计研究性实验三级实验教学体系。通过改变传统的大学物理实验教学体系,达到实现“学思结合,培养学生创新能力”的教育目标[2]。然而,由于教学观念以及其它一些客观条件等因素的制约,很多地方院校的大学物理实验教学,在培养学生创新思维方面不同程度地存在以下几方面问题[3]:

  (一)分级实验教学体系形式化

  在素质教育改革的潮流下,一些学校的大学物理实验中心匆忙建立了所谓“基础性、综合应用性和设计研究性实验”三级实验教学体系。有的体系中三级实验比例不合理,综合应用性实验和设计研究性实验占比少;有的体系中综合应用性和设计研究性实验的设计性研究性不足,不能达到培养学生创新思维的教学目标。有的三级实验教学体系中实验项目缺少培养学生创新思维的递进性,未能很好地设置循序渐进的内容和拓展内容。

  (二)分级实验教学方法单一化

  在大学物理实验教学中,教师在尽量地冲破传统的模式,运用了一些新的教学方法,但很多实验指导教师实验流程改变不大,基本以教师讲授为主,包括实验原理的讲解、实验仪器的介绍、以及实验操作步骤、实验数据处理等事项。面对基础性、综合应用性和设计研究性实验三种不同类型的物理实验,应该采用不同的实验教学方法,分层次进阶式培育学生创新思维。而学生按部就班地完成预定的实验内容,对于实验中出现的问题习惯于求助老师,而不是自己主动分析、思考、解决,学生处于实验的从属地位。

  (三)实验考核方法简单化,缺少成绩评价激励机制

  通常教师是按照预习、操作和报告三个模块评定成绩,但是由于实验时间有限,教师不能全面了解学生的预习情况,有时也无法全面评价每位学生的实验操作水平,只能根据学生实验数据和实验报告进行成绩评定。这样的考核方式不能全面客观地反映学生的综合实验能力,反而导致学生对实验产生应付性心理,只为得到实验数据而忽略了实验的整体操作过程,造成“重结果、轻过程”的现象。设计研究性实验,相比基础性实验难度大、综合性高,往往成绩占比不高,缺少成绩评价方面的激励机制。

  三、培育创新思维的大学物理实验教学改革

  创新意识是创新思维的先决条件,是创新活动的开端。创新意识主要包含好奇心、求知欲和问题意识,是创新思维活动的内在动力。当它与认识实践这样外部动力结合起来,才能形成现实的创新思维能力[4]。因此,在大学物理实验教学中如何激发学生好奇心、探知欲,培养学生树立问题意识,是大学物理实验教学改革的出发点。

  (一)优化实验教学内容,建立科学实验教学体系

  以培养学生创新思维能力为目标,根据学生的认知特点和规律,按照综合交叉、有机结合、整体优化的原则,综合考虑大学生的知识储备以及学习能力,学校学生专业设置特点,大学物理实验中心的师资等客观条件因素,建立具有自身院校特色、能逐步培养学生创新思维能力的“进阶式”实验教学体系是十分必要的。基础性物理实验能够使学生加深对理论课程讲授内容的理解,培养学生基本实验技能、实验方法和基本仪器的使用以及实验观察能力。学生在高中阶段实际动手参与实验的机会不多,但是对大学物理实验中的基础性实验原理又非常熟悉,往往导致学生对这些实验缺乏兴趣。因此在“进阶式”实验教学体系中适当减少这类实验的比例,保留那些实验原理具有代表性且应用性广的经典实验项目,同时对物理实验内容进行更新改造,使其在保留原有特色的基础上具有一定的应用性、新颖性和挑战性,激发学生好奇心、求知欲[5]。例如:“薄透镜焦距的测量”这个实验,改变过去那种按部就班用薄透镜成像公式测焦距程序。转换观念,从误差控制的应用角度去研究,比如要组装望远镜系统,透镜焦距测量误差小于1%,那么物距、像距该怎么选择,这就使得学生从做一个实验变成了解决一个问题,激发学生好奇心,求知欲。综合应用性、设计研究性实验原理涉及领域广,实验方法复杂。基于培养学生创新思维能力的目的,综合应用性、设计研究性实验项目应增加贴近生活、应用性强、能反映现代科技发展成果的前沿物理实验内容。一方面可以在传统的实验题目中增加新内容、新方法和新手段,尽可能有选择地将部分传统的实验改造为综合应用性、设计研究性实验[6]。例如:“光敏传感器基本特性”这个基础性实验,可以将简单电子线路和光度学相关知识引入,实验仪器方面增加相应一些电子元器件后,就可以改造成为综合应用性实验项目——“光敏器件的基本特性测量与应用”,以及设计研究性实验项目——“利用光敏电阻设计光控变音器、电子测光仪、光控防盗报警器”等。另一方面组织动员实验教师积极研讨,将贴近生活的现代科学技术引入到设计研究性实验项目中,激发学生探究欲望,培养学生实践研究兴趣。

  (二)实施多样化教学模式,培育学生的创新思维能力

  1.教学方法要有针对性。“进阶式”物理实验教学体系中不同级别的实验项目,位于培养学生实验能力和创新思维能力的不同阶段,应该采用不同的教学方法,以期达到相应的实验教学目的。为了让学生掌握扎实的基本实验技能、实验方法、基本仪器的应用和良好的科学研究品质,基础性物理实验教学基本以教师讲授为主,包括实验原理的讲解、实验仪器的介绍、以及实验操作步骤、实验数据处理等事项,加强学生基本实验技能训练。综合应用性物理实验是学生在已有基本训练的基础上学习更高层次的物理思想、研究方法以及不同知识交叉融合的综合实验能力。在综合应用性物理实验教学中,实验教师要积极引导学生结合物理实验项目,设计制定确实可行、完善的实验实施方案,启发学生制定合适的解决问题方案。设计研究性实验就是在学生完成一定数量的基础性、综合应用性实验基础上,根据已掌握的知识和实验方法,基本上以2-3人为一小组,通过网络、图书馆等途径,自主查阅设计研究性实验项目涉及的理论知识,结合实验室提供的条件,推证理论,自主设计相对完善、确实可行的实验方案[5]后,共同设计实施。2.教学手段要多样性。线上充分利用校园网资源,建立开放的物理实验教学平台。平台包括实验教学管理模块(实验教学排课、学生自主选课、成绩管理等)、学生自主学习模块(线上预习、交流探讨、虚拟仿真实验等)。学生自主选择实验项目、安排学习时间,满足学生个性化发展。通过微课、PPT等多媒体课件让学生在实验之前对实验原理及实验仪器能有一个充分的预习,提高教学管理效率,培养学生自学能力,从而提高实验教学效果。线下开放虚拟仿真实验室,不仅能补充物理实验项目中的空白,还能帮助学生课前充分预习。演示实验,不仅有助于学生理解物理理论知识,还能激发学生物理实验设计兴趣。建立工程创新实验室,为学生创新实践活动提供场地、工具、参考资料。实验室每年淘汰报废的仪器设备可以补充到工程创新实验室,学生可以根据仪器说明书、设计原理图等对废旧仪器设备进行故障分析、维修、组装复原等,也可以将一些仪器部件拆卸后应用到其它设计研究实验项目中。合理利用废旧仪器,不仅可以节约设计研究的实验成本,还能提高学生动手操作能力,更能帮助学生理解物理实验仪器的设计思想,启发学生创新设计思维。

  (三)完善实验成绩考核方法,建立激励机制

  学生成绩评定既是重要的教学环节,也是检验教学质量的重要手段。科学、合理的物理实验成绩评定方法对实验教学具有良好的导向作用[7-8]。基于培养创新思维能力,建立与“进阶式”实验教学体系相适应的成绩评定方式,针对不同层次的实验采取不同的方式评定实验成绩。基础性实验仍根据预习、操作和报告三个模块评定成绩;综合应用性及设计研究性实验则通过实验选题、实验方案设计、实验操作、撰写实验小论文和简短答辩方式综合评定实验成绩[9]。大学物理实验中心建立创新激励机制,比如:提高综合应用性、设计研究性实验成绩权重,激发学生的挑战动力。参加学校和省级大学生物理实验竞赛以及“大学生创新创业训练计划项目”,除了奖项鼓励以外,还给予相应的创新学分等。这样既能训练学生的基本实验技能,又能做到因材施教,激发学生实践创新兴趣,保持创新欲望。学校和省级大学生物理实验竞赛以及“大学生创新创业训练计划项目”都是用来培养大学生创新思维能力的。特别是学生的设计研究性实验结果不是很成功,只要学生在实验过程中,分析问题条理清晰,解决问题处理得当,对实验结果得失分析总结合理,能提出符合逻辑的解决方案,同样也是一个优秀的设计研究过程。

  四、结束语

  在大学物理实验教学中,通过优化实验内容、丰富教学方法和手段、完善实验成绩考核方法、实施分级“进阶式”教学,能够激发、培养学生的创新思维能力和科学研究素质。当然,科学技术随着时代在不断发展,学生的兴趣点也在发生变化,大学物理实验教学方法也要不断适时优化改革。

  参考文献:

  [1]王文新.物理实验与创新能力的培养[J].辽宁经济管理干部学院学报,2008(1):96.

  [2]金桂,黄小益,等.基于创新思维培育的大学物理实验教学平台建设与实践[J].大学物理实验,2014,27(1):108-110.

  [3]刘文利,刘东红,李蕾.大学物理实验教学改革探索[J].当代教育科学,2014(19):51-53.

  [4]张树霞.大学物理实验教学中培养学生创新思维的研究[D].山东:山东师范大学物理系,2011:11

  [5]李青.培养学生创新能力深化大学物理实验教学改革[J].高等财经教育研究,2014,17(1):45-50.

  [6]姚列明,霍中生,胡松君.基于研究性教学的大学物理实验教学实践霍尔效应测螺旋管轴线磁场[J].实验技术与管理,2012,29(1):137-139.

  [7]罗晓琴.大学物理实验成绩评定方式探索[J].实验科学与技术,2011,5(9):102-104.

  [8]刘振祥,杨栋.大学物理实验课程的考核方式改革探索[J].高等教育研究学报,2012(12):105-106.

  [9]李明雪.基于创新人才培养的大学物理实验五维一体教学改革[J].高师理科学刊,2015,35(3):87-90.

  作者:王文新 邱忠媛 袁泉 单位:辽宁工业大学理学院

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