工科院校大学物理实验教学改革探索
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摘要:物理实验课是一门综合性很强的基本实验技能训练课程,对于培养学生的创新意识和创新能力、引导学生树立正确的科学思维方法、提高学生的科学素质具有重要作用。因此,研究物理实验的教学方法十分重要。
大学物理实验作为高等工科院校开设的一门独立的必修课程,是系统训练大学生实验方法和实验技能的开端课程,是系统培养大学生实验素质、动手能力和创新能力的基础课程。近年来,各工科院校对物理实验教学进行了全方位、多层次的改革,取得了一定的成绩,但也存在一些问题:一是从实验内容上来看,验证性实验较多、与物理科学的前沿比较接近的实验较少;二是从教学方法上来看,教师多以“言传身教”为主,这种“填鸭式”教学方法难以激发学生的学习兴趣,不利于培养学生的创新能力;三是教学手段、技术与设备落后,CAI教学作用未能得到充分发挥,计算机和网络技术在教学中的应用程度较低;四是教师在培养学生的实验能力时只是一味地讲解理论,介绍实验仪器操作方法、实验步骤和实验注意事项,使得学生只会按照教师讲述的内容机械地测试一些结果,即使在实验中遇到问题也不想办法解决,而是依赖教师,这不利于培养学生的能力。因此,必须对大学物理实验的教学内容、教学方法和教学手段进行改革。
一、合理设置实验项目
按照学校“强化基础、重视应用、开拓思维、培养能力、提高素质”的人才培养要求,在教学实践中把实验内容框架体系分成三个层次:基础性实验、综合性实验和设计性实验。基础性实验主要是让学生掌握实验的基本技能和方法,培养学生的基本实践技能;综合性实验主要是与现代科技联系密切的实验,其目的是培养学生的综合实践能力;设计性实验主要是由学生独立提出设计思想、实验原理、实验方案、实验仪器,自行完成实验的全过程,其目的是培养学生的科学实验素质和创新能力。
鉴于此,可以这样设计整体优化实验教学内容体系的改革思路:(1)在保证基础性实验内容的前提下提高起点,减少简单的验证性实验,逐年增加综合性、设计性实验,适当增设开放性实验;(2)为适应时展的需要,在保证基本教学要求的前提下,对原有实验项目进行精选、合并、更新、改造,淘汰那些陈旧的验证性实验,增设一些能培养学生创新思维、提高学生综合能力的应用性实验;(3)不同的专业对学生实践能力的要求也不同,基础性实验是各专业学生都必须做的,综合性实验是部分专业学生全都要做、部分专业学生选做其中一部分的;(4)学生在完成了一定数量的基础性实验、接受了基本实验技能和实验方法的训练后,可以根据自身的爱好和特长自主选择设计性实验。
二、改革教学方法
1.采用尝试教学法
对于物理基础较好的学生,在进行基础性实验时可以采用尝试教学法,即教师在实验前先不讲解实验内容和原理等,而是让学生在做好实验预习的基础上直接开始实验,然后根据学生实验的情况进行评析和总结。这种教学方法可以促使学生主动预习实验内容,而且由于实验是由学生自己独立完成的,学生在相互讨论的基础上自己推断并得出结论,可以激发学生的学习兴趣,培养学生的自学能力和探索精神。
2.采用启发、引导和讨论式教学法
对于综合性实验和一部分较难的基础性实验,为体现教师的主导作用和学生的主体作用,教师可以采用启发、引导和讨论式教学法。教师可以要求学生进实验室时必须提交预习报告,内容包括本次实验的目的、内容和步骤等。然后,教师简要介绍实验原理和做实验时的注意事项,启发学生思考这次实验所用的仪器是否还有其他用途。教师在提出问题和分析问题时要尽量调动学生的兴趣,让学生积极思考,主动索取知识。接着,教师要全场巡视,解决学生在实验中遇到的共性问题。能力较强的学生在完成规定的实验内容后,教师可以让其作为教师的“小助手”来帮助其他同学,从而达到让所有学生都掌握实验内容的目的。最后,在完成实验时,教师要教育学生整理实验操作台,这对培养学生良好的科学作风非常重要。
3.采用探究式教学法
对于设计性实验,教师最好采用探究式教学法,即教师不介绍设备、仪器的使用方法,而是让学生自己阅读教材和仪器使用说明书,接着由学生集体讨论、交流各自的实验预习报告,介绍实验方案,汇报测试过程、分析结果,教师再提出问题,启发学生,并引导学生展开讨论,最后完成实验。这种课堂上的互动不仅能培养学生主动参与、独立思考、积极探索的精神,为他们终身学习打下良好的基础,而且能增强学生的竞争意识和进取意识,锻炼学生的口头表达能力。
三、引入现代技术
1.利用多媒体技术
利用多媒体技术可以对实验原理和实验过程进行生动形象的模拟仿真,利用数据处理和逻辑判断功能对实验结果进行分析和预测,将静态变为动态,使声音、图像、动画、文字有机地组合在一起,增强教学活力,激发学生的学习兴趣,改善实验教学效果。
2.使用录像设备
教学中配合使用录像设备、CCD微观图像摄像显示设备和高亮度投影设备,既可以使学生观察到原来无法观察到的实验现象,很快理解教师讲授的内容,节省时间,给教学带来很大的方便,还可以使学生根据录像和CCD摄像显示很快将仪器调节到正常工作状态,提高教学效率。
3.建立实验室物理教学网站
学生可以根据中心提供的网址登录网站,在网上了解每学期的实验设置和内容介绍等情况,根据选课规则选择自己在本学期要做的实验题目和实验时间,以便更好地安排时间预习功课。
四、改革考核方式
要建立“注重平时、能力为主”的综合考核方法,即注重平时成绩、淡化期末考试成绩、注重能力考查。平时成绩占实验课总成绩的70%,分为三部分,即自学能力(预习情况成绩评定)、操作能力(实验过程和原始数据记录成绩评定)和综合实验技能(实验报告成绩评定)。期末考试时,教师可以将实验理论与操作合并进行,让学生在已开设的基础性实验和综合性实验中抽签,考题中只给出实验仪器、实验目标和实验要求,学生根据考题要求分析实验原理、确定实验方法、拟定实验步骤,在规定的时间内完成实验并写出实验报告。教师评卷时对实验原理、实验方法、实验步骤、数据处理、实验结论、实验报告各部分按比例判分,成绩占实验课总成绩的30%。平时成绩和期末考试成绩之和为大学物理实验成绩,与其他课程等价。
教师在批改实验报告时应注意以下三点。一是书写实验报告要本着从简的原则。教师应要求学生用自己的语言概括实验原理,在对数据进行处理后要写出不少于50字的实验心得。二是要在评分制度中去除“失败”的概念。不管是哪一个实验,教师都应允许学生失败,并鼓励学生重做,要让学生懂得“失败乃成功之母”。如果学生没有做好实验,没有得到理想的实验结果,教师可以允许学生用分析失败的原因这种方式来替代本次实验结果。三是要认真批改实验报告。教师要认真批改实验报告,并及时将报告发给学生,让他们知道自己的实验对在哪里、错在哪里。
近几年,我国高等学校招生规模不断扩大,使得必修物理实验课的学生数显著增加,非物理类专业理工科学生的大学物课实验课学时数不同程度地减少,而必修大学物理实验的学生又来自不同专业,实验能力参差不齐。在这种情况下,如何组织大学物理实验课教学、保证实验效果,应该是教育工作者尤其是大学物理实验课教师认真思考和探索的课题。
参考文献:
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[2]芦涛.实验教学改革新模式的探讨[J].实验室科学,2005,(5).
[3]周清.关于运用探究式方法进行物理实验教学的探索[J].大学物理实验,2002,(1).责编:一木