物理实验教学实践透析

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以培养综合型、有素质、有创新意识人才为目标的高等教育改革一直都在深入进行着，其中一个重要趋势就是尽可能消除文理科的隔阂，在教学中体现技术、科学和人文社科类学科的融合，培养文理兼通的人才［1］。大学物理实验是学生系统学习科学实验设计思想、方法和技术的入门基础课程，是大学生受到系统实验方法和实验技能训练的开端，是素质教育和创新能力培养的基础，有利于人文教育与科学教育的融合以及复合型人才的培养，也有利于学科的综合发展及形成交叉学科［2－5］。东南大学很早就开始了这方面的建设和改革，1994年为文科学生开设了文科大学物理课程，随后开设了文科物理实验课程。这些课程很受文科学生的欢迎。通过这些课程的学习，文科学生扩大了知识面，提高了思维能力。

1多样化、分层次的实验内容体系

我校是国内较早开设文科物理实验课程的高校之一，所以可借鉴的经验很少。考虑到文科学生特点：物理理论知识相对薄弱，思维方式是靠直觉、灵感、顿悟，而物理实验教学最基本的方法是有“物”才有“理”，几乎所有的物理结论都是通过对“物”的思考和分析获得的［6－7］，因此最初我们开设的是实验原理相对简单、实验方法比较直观、生活中会应用到又能体现物理思想和规律的典型实验，例如“长度测量基本仪器的使用”等。经过几年的教学实践，我们发现不少文科专业的学生是文理生兼有，这就导致文科学生的物理基础知识参差不齐，且不同专业的学生对物理实验学习程度的需要也不一致，因此要求物理实验内容能够满足不同层次、不同能力学生的需求。在这个指导思想上，我们逐步为文科学生增开了一些具有一定设计性、创新性、提高性实验内容的项目，学生可根据自身的能力和兴趣选做。经过多年的教学实践，丰富多样化、分层次的实验内容体系已形成。

1．1开设定性、半定量测量实验，提高学生兴趣为了提高文科学生学习物理实验的兴趣，本着实验原理易懂、操作简单、现象有趣、结果直观且学生在实验后觉得有所收获的原则，开设了一些定性、半定量测量的实验项目。例如：“硬币起飞实验”———用硬币起飞来模拟飞机起飞的过程，通过观察实验现象和一些简单的实验数据处理，加深对流体力学的认识；“驻波与克拉尼图形实验”———通过振动频率的改变，观察不同频率下的一维和二维驻波图形，深入直观地理解驻波产生的原理；还有“利用钢尺测定激光波长实验”等。这些实验具有新奇性，直观、有趣，得到了广大文科学生的喜欢，充分调动了学生的学习积极性，极大地增加了学生对物理实验的兴趣。

1．2开设内容递进、要求提高的系列实验，因材施教为了更好地满足不同层次文科学生的需求，我们将一些面向理工科学生开设的实验原理简单、物理概念清晰且内容逐步提高，操作具有一定难度的系列实验项目也同时向文科学生开放。这些系列实验的基础部分，大部分文科学生都能独立完成，而那些物理基础较好、动手能力较强的文科学生则能完成提高性内容部分。这样递进的实验教学取得了良好的效果，做到了因材施教。此外，文科学生选做理工科类实验项目也符合我校“低选高”的选课政策。例如“利用气垫导轨研究物体运动实验”同时为我校文理科的学生开放选做。这个实验的基础性内容为研究速度和加速度，验证牛顿第二定律，大部分学生都能独立完成，以及提高性内容的小课题———物体的碰撞等，也有许多学生选做。小课题要求学生自主设计实验方案，学生根据自身能力大小选实验项目。通过此类实验的训练，大大提高了文科学生的观察力和科学实验能力，并充分满足了不同能力文科学生的需求，也能够对学生的能力进行全面的评价和考核。随着学生整体素质的提高，提高性实验内容和项目的比例逐年提高，2011年我系面向文科学生开设的物理实验项目中，提高性内容已达到60％。

1．3引入近现代经典物理实验，提高学生科学素养为了进一步提高文科学生的科学素养，培养他们的物理精神和科学思想，我们引入了一些近现代物理史上有影响和意义的经典物理实验。例如“密立根油滴实验”，虽然该实验验证的是电荷的不连续性，涉及到了量子物理理论的范畴，但是该实验原理简单易懂、实验设计思想巧妙。通过对物理学史、物理学方法论的渗透介绍，对文科学生进行实事求是、严谨创新的科学态度和热爱科学、尊重科学的科学精神的教育。此外，该实验操作步骤不繁杂，文科学生完全能独立完成并得到理想的实验结果。密立根油滴实验自开设以来得到了文科学生的普遍喜爱，在学生课程论文中，他们都认为通过该实验的学习，充分体会到物理实验科学家的钻研精神以及科学实验的思想之美，充分认识到严谨的科学态度以及科学思维的重要性。

1．4引入演示物理实验，拓展学生视野我系在开设文科物理实验早期就尝试引入物理演示实验，并很快受到广大文科学生的欢迎和青睐。物理演示实验主要由教师操作，通过教师的启发指导，帮助学生对实验进行观察、思考，使学生认识物理概念和规律，达到“事半功倍”的教学效果。学生从魔术般的物理演示实验中学习物理各主要领域的概念、定理和思想，认识到物理学是自然科学发展的先导。学习物理学是提高文科学生基本科学素质的重要途径［8－9］。2006年东南大学搬迁新校区建设新物理实验教学楼时，我系建设了中等规模的物理演示实验室。演示实验的内容涉及到力、热、电、光等各个方面，从体现高新技术的创新中揭示物理学的规律，使学生认识到物理学是如何改变世界的。比如电磁感应实验，由于演示发电，整个电机可以当场拆卸、组装、运转。这些实验容易激发学生的兴奋点，增强学生的兴趣。同样，海市蜃楼实验、枪打猴子实验、模拟麦克斯韦速率分布演示板等实验，也很好地激发了学生的求知欲［10］。演示实验室向我校全体学生开放，但专门为文科学生安排了开放时间，演示实验课也是文科学生必选的实验项目。

2开放的、“多重交互”的教学模式

东南大学实验中心在创建“国家实验教学示范中心物理实验中心”的历程中，创建了突出学生主体地位的物理实验课程“多重交互”教学新模式［11］，并成功应用于物理实验教学。依托中心成熟的实验教学网络信息平台，文科物理实验也由传统的实验教学模式提升到了一个崭新的多方位开放、交互的新模式。

2．1计算机TA助学与教师指导的有机结合文科物理实验教学引入了计算机辅助教学，即计算机TA。课前学生可以通过教学课件的图片、动画、视屏等形式，直观地了解实验原理和现象，进行远程预习，课堂上可通过课件解决实验中一些常识性的问题，而教师只要针对性地对学生进行个性化、深层次的指导。这种教学方式大大提高了教学效率，促进了信息技术与学科课程的整合。图1是传统实验教学模式与引入计算机TA助学教学新模式的对比。

2．2开放的教学形式，网络化的教学管理现在的教育改革是要求给学生提供更开放的项目和空间，最大限度地提高学生自主学习的能力。2007年，文科物理实验改变了传统的由教师设置固定的实验项目、学生按部就班地完成实验教学的模式，将实验项目分为必做实验和选做实验2个部分。每个学生完成教学要求的3个必做和4个选做实验项目。开放的10多个实验项目中既有基础性内容，如电磁学基本仪器的使用等，也有提高性的内容，如光电池特性的研究等，学生根据自身的理论基础和专业需要，有针对地选择感兴趣的实验项目，在实验室开放时间进入实验室独立完成实验。这种开放的教学形式极大地体现了学生的自主性，强化了学生学习的主体地位。图1传统实验教学模式与引入计算机TA助学教学新模式对比示意图文科物理实验教学管理全部依托实验中心的网络管理平台。如图2所示，学期初，根据全校文科学生总实验项目人时数，实验中心设置好实验开放项目和时间，学生通过网络平台进行预约。学生在预约时间进入实验室，刷校园卡获知实验桌号，同时开启对应桌号实验仪器电源，实验完成后再次刷卡关闭仪器电源。实验结束3周后，教师将学生的实验成绩登录到网上，学生可自行查看。这种全程开放的教学管理模式实现了教学的网络化管理，提高了教学效率，充分利用了教学资源并提升了学生的综合素质。

3适应文科学生的物理实验考核方式

作为一门拥有独立学分的必修课程，必须通过一定的考核手段才能较为客观地评价学生的实验能力是否达到教学目标。实验课程考核目的就在于能够正确反映学生掌握知识的实际水平、实际能力的状况［12］。文科物理实验课程教学更重要的是培养学生实事求是的科学态度，提高学生整体科学素养，而传统的“笔试＋平时表现”的实验考核方法不能体现该教学目的。在新形势下，实验教学越来越受到重视，实验教学考核的改革也成为实验教学改革的重要内容之一［13］。经过多年的文科实验教学实践，我系已初步形成了适合文科学生的物理实验考核制度。

3．1多元化的实验考核借鉴理工科物理实验的考核经验，我们将文科物理实验的考核模式多元化、考核内容多样化，形成多元化的考核模式。

（1）增加实验课堂考核。比如光学组合实验中透镜的同轴等高的调节、如何判断“假象”、透镜焦距测定几种实验方法的比较等，使实验的整个过程中都有探究活动参与，用发散思维多角度、多方向思考，在探究问题答案时，激发学生的抽象思维和逻辑思维能力。

（2）与理论课考核相结合。在理论考试中出若干实验题，让学生根据实验的现象设计题目、解答，并进行讨论，从中看出学生的水平和对问题的处理方法。

（3）对于一些演示物理实验及定性观察、半定量测量的物理实验项目，课堂上在教师指导下讨论分析，课后由学生选择最感兴趣的实验内容写一篇以叙述和设想为主的实验报告。

3．2引入课程小论文

随着学生整体素质的提高，同时也为了更充分地体现文科学生的特点，2005年我们引入了实验课程小论文。文科学生在完成一学期的物理实验课程后，根据自己的学习情况及有兴趣的方向，独立撰写一篇课程小论文。论文的内容可以是本学期实验总结性报告，也可以是就某实验的深入思考、钻研报告等。在写作过程中，学生一方面深入钻研实验教材，并到图书馆查找相关文献；另一方面相互讨论，请教教师，并将相关的实验综合考虑。经过这几年的实践证明，文科物理实验课程小论文使学生对实验思考进入了更深的阶段，切实提高了学生从事科学研究所必需的总结、归纳及撰写论文的能力［14］。

4结束语

文科物理实验教育在当前受到的广泛重视及应用，说明它是一个富有生命力的课程。文科大学生涉及人数众多，在今后的教学实践中，我们要进一步加强对文科物理实验的教学实践摸索，把实验课程开展得更加合理、更具规范性，使实验更具有自主性和探索性，进而培养文科学生的理性思维和实践能力，促进文科学生全面发展、和谐发展、可持续发展。开展文科物理实验对大学素质教育有积极深远的影响。