大學物理實驗教學實踐論文

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摘要：高等工科院校加強物理實驗環節教學是不斷提高物理教學質量的先決條件，也是其他自然科學教學研究的重要基礎。結合學生實際情況，開展教學改革實踐，培養學生的學習興趣，不斷提高教學效果，促進學生人生觀和價值觀的正確形成，將對物理學的教育及人才培養起到深遠意義。通過改革和教學實踐，引入情境教學模式，不斷提高大學物理實驗教學效果，增強大學物理實驗教學的藝術性和互動性。

關鍵詞：大學物理實驗；教學改革；教學實踐

物理學是研究宇宙中物質運動的最一般規律、物質基本結構及物質間相互作用的學科。物理學一直是所有自然科學的基礎，現代社會文明的不斷發展，說到底是物理學的進步和發展，所以可以這么說，人類社會的科學技術發展，其實是物理學的進步和發展。物理學研究大至宇宙，中間至介觀物質，小至基本粒子等一切物質最基本的運動形式和規律，因此成為其他各自然科學學科的研究基礎[1-5]1，170，66，5，17，144。物理學的理論結構體系、定律、過程及結論必須充分地運用數學作為自己的工作語言，并輔以科學實驗作為檢驗物理理論正確性的唯一標準，因此從另一方面來說物理學也是當今最精密的一門自然科學學科。物理學的形成是以實驗作為基礎的，它的研究方法一般是在觀察和實驗的基礎上，對物理現象進行分析、歸納、抽象、概括和總結，從而建立物理定律，形成物理理論，最后再將物理理論回歸到實驗中去接受檢驗，這樣也促進物理學的不斷發展。大學物理實驗是高等工科院校對理工科學生進行科學實驗基本訓練的一門獨立的必修課程，是學生進入大學階段后接受系統的實驗方法和實驗技能培訓的開端，也是各理工科后續專業課程實驗的重要基礎[5]17。實驗環節是物理學的基礎，也是物理理論知識的源泉。教育部高等學校物理基礎課程教學指導分委員會2006年工作指出要切實實施和進一步完善大學物理和大學實驗物理課程教學基本要求[5]17。高等工科院校加強物理實驗環節教學是不斷提高物理教學質量的先決條件，也是其他自然科學教學研究的重要基礎。大學物理實驗課程既是一門老課程，也是一門新課程。老在開設時間較長，理工科院校都要開設；新在現代科技日新月異，要求大學物理實驗內容及教學方法也不斷改進。結合學生實際情況，開展教學改革實踐，培養學生的學習興趣，不斷提高教學效果，促進學生人生觀和價值觀的正確形成，將對物理學的教育及人才培養起到深遠意義。文章結合應用型理工科高等院校的實際，總結筆者從事大學物理實驗教學多年的一點心得體會，進行改革實踐，以期對大學物理實驗的教學進步起到參考作用。

一、大學物理實驗課程教學現狀

（一）教學現狀。大學物理實驗課程一般跟隨大學物理課程的授課時間開設，常常設在第二學期和第三學期。上課的對象正是大一和大二的學生，而大一和大二階段正是學生從高中階段到本科階段的轉折適應階段，有相當一些學生還未形成主動學習的習慣和觀念，因此，學生自制力較差，動手能力較弱，這主要是因為進入大學階段之后沒有了中學階段的嚴格的管理，學生放松學習的后果。其次，以高中階段為代表的中學學習對理論的重視程度很高，有的高中尚未正式開設實驗課程，有的高中開設了實驗課程，但也常流于形式，因此學生對實驗課程的重視程度不夠，導致有少部分學生對待大學物理實驗課程不夠認真。第三，由于大學物理實驗課程是大學階段開設的第一門實驗性課程，因此，在上課之初，學生的好奇心較強，求知欲也比較強，一部分學生期望培養自己的動手能力，將理論與實踐結合，為將來的習慣養成和個人發展奠定一定的基礎。第四，現代科技高速發展，現代物理學的發展是以實驗為基礎的較為成熟的理論體系，實驗過程也嚴格以理論為指導，教學過程中的理論與實驗往往容易造成脫節，造成重理論，輕實踐的情況。（二）教學內容。現代物理學飛速發展，研究領域和研究成果日新月異，應用領域也日益廣泛。各種新內容、新知識、新方法、新技術、新形式不斷涌現。河南城建學院數理學院承擔了全校理工科本科生的大學物理實驗教學，通過實踐，結合我校實際，依照物理學的理論體系，參考國內兄弟高校的經驗，多年來，河南城建學院數理學院大學物理實驗課程在兩個學期開設了十二個實驗，每學期開設六個實驗，與大學物理課程的教學進度基本保持一致[1]1。全年開設的實驗項目有：密度的測量、拉伸法測量金屬絲的楊氏模量、剛體轉動慣量的測量、液體表面張力系數的測定、透鏡焦距的測定、電橋法測電阻；示波器的原理和使用、霍爾效應及其應用、聲速的測定、牛頓環裝置測量平凸鏡的曲面半徑、鐵磁材料的磁滯回線和基本磁化曲線的測量和光電效應實驗測量普朗克常數。上述實驗項目，從知識體系和科學內容方面來說，分別對應大學物理課程的教學環節，對應力學、剛體、光學、電學、磁學、電磁學、機械波和現代物理學等章節。通過這些實驗項目，學生將理論知識具體化為形象的實踐，使得為例知識形象、生動和具體化。

二、大學物理實驗課程教學改革實踐

（一）改革思路。應用型理工科高校的任務之一是培養適應中國社會發展所需要的應用型、復合型和創新型人才。人才的培養途徑一直以來都是通過系統理論知識、專業技術技能和綜合的文化知識的傳授來實現。但是，大學物理實驗的中心是“實驗”，如何創新性地將實驗課程傳授過程有聲有色，一來使物理學這門學科具體化、抽象化，進而不斷提高學生對自然科學的興趣；二來培養學生實事求是、嚴謹認真的科學素養；三來促進初步養成大學階段的世界觀；四來有助于培養整潔有序、善于思考、理智成熟的習慣。從而達到大學物理實驗課程的開設目的，將是一個持續的研究課題。（二）改革實踐。結合實際，筆者在大學物理實驗教學過程中開展了教學改革的實踐，通過改革實踐，收到了較好的效果。這主要體現在以下幾個方面，首先，學生對實驗課程的興趣提高了，這表現在他們腦海中的問題多了起來，與老師溝通的也多了，有部分學生還提出了一些有意義的疑問。其次，學生做實驗的主動性提高了，效率提高了，完成實驗環節的時間也縮短了。最后，體現在實驗課程作業方面，實驗報告書寫也比以前工整了，數據處理也更加規范化。下面，以示波器的原理和使用這個實驗為例，詳述一下教學改革的過程和方法。在示波器的原理和使用這個實驗項目中，主要講授示波器的工作原理和示波器的使用，涉及的物理學理論知識有電學、磁學、光學。具體項目有，信號的觀察、信號周期的測量、信號振幅的測量、李薩如圖形的觀察以及未知信號的測量及誤差分析。教學過程中，學生完成預習過程，早早地來到實驗室，在實驗課教師的安排下，了解并熟悉實驗儀器的各個組成部分及功能之后。打開實驗儀器（電源、示波器、信號發生器），實驗環節開展過程如圖1所示：為避免一開始就是理論講授，造成學生重復大學物理的理論學習情境，從而引起部分學生的厭學情緒。在實驗之初，首先強調實驗儀器的生產制造過程，引導學生愛護儀器設備，開展科學研究過程的嚴肅性和科學性，并要實事求是。接著，就引導學生進入實驗過程，打開儀器，在實驗儀器正常的情況下，會出現圖1中的四種圖形所顯示的情境畫面。這四種情境分別是示波器上顯示的無任何圖形、顯示其他波形、顯示正弦波形和顯示李薩如圖形。按照學生接受知識的順序和一般規律，學生面對儀器所展示的這些情境，將會產生一定的求知欲望，然后結合所面對的情境，簡要地向學生講述相關物理知識，再引申到其他方面的現實應用。再次，向學生較為系統地講述顯示的原理，相關旋扭或者按鍵的使用。最后，結合本次教材上所列的本實驗的測試測量項目，舉一個例子，測量相關信號的參數。在此之后，讓學生自己開始實驗，此間有問題學生再咨詢授課教師。完成實驗后，完成實驗數據的記錄和整理，以及實驗報告的書寫。在此期間，教師舉一些錯誤的實驗操作步驟，這個過程往往會引起部分學生的共鳴，并引發他們對本實驗環節和后續實驗項目的思考。大學物理實驗教學藝術方面，筆者認為教無定法，但是應當圍繞教學目的、培養人才的初衷和塑造未來建設者的目的，堅持百花齊放，百家爭鳴。在教學方法上，需要開展的工作還有很多，這方面的探索和研究也是高等教育教學歷史上的一個永久的任務和課題[6]144。通過情境互動模式，找好切入點，在生動性、趣味性、感官上更易接受的實踐教學過程中適當、適時將基本原理和和基本知識融匯于其中，能夠有效激發學生的學習興趣，調動學生積極性，不斷提高教學效果。

大學物理實驗是高等工科院校一門獨立的必修課程，也是各理工科后續專業課程實驗的重要基礎。實驗環節是物理學的基礎，也是物理理論知識的源泉。高等工科院校加強物理實驗環節教學是不斷提高物理教學質量的先決條件，也是其他自然科學教學研究的重要基礎。現代科技的發展日新月異，大學物理實驗內容及教學方法也應該不斷改進。在此過程中結合學生實際情況，開展教學改革實踐，培養學生的學習興趣，不斷提高教學效果，促進學生人生觀和價值觀的正確形成，將對物理學的教育及人才培養起到深遠意義。不斷提高大學物理實驗教學效果，增強大學物理實驗教學的藝術性和互動性，不斷開拓大學物理實驗教學新局面，還需要教師在長期的教學實踐中不斷地探索、總結和提升。

參考文獻

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[6]韓仁學，武立立，孫楊.現代課程與教學論核心思想在大學物理實驗教學中的應用[J]，大學物理實驗，2017（4）.

作者:張飛鵬 單位:1.河南城建學院 2.石家莊鐵道大學