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摘要：為培養(yǎng)具備現(xiàn)代科技素質(zhì)的高質(zhì)量高層次創(chuàng)新人才，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和教學(xué)的環(huán)境條件等各個(gè)方面展開全方位的改革實(shí)踐，建立一種適合當(dāng)代科技發(fā)展的教學(xué)新體系，以滿足各層次學(xué)生學(xué)習(xí)需要，并達(dá)到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性的目的。

關(guān)鍵詞：大學(xué)教學(xué)；物理實(shí)驗(yàn)；改革實(shí)踐

Abstract：Thisarticlediscussesthenecessityofamultifacetreformintheteachingmaterials，methods，andenvironmentofcollegephysicsexperimentsandoftheestablishmentofanewteachingsystemcommensuratewithmodernscientificdevelopments.Thesewillhelpmeetstudentsdifferentneeds，motivatetheirinitiative，andenhancetheirquality.

Keywords：collegeteaching；physicsexperiment；reformpractice

從21世紀(jì)科技發(fā)展和對(duì)人才科學(xué)素質(zhì)要求的角度考慮，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革必須建立一種適合當(dāng)代科技發(fā)展、有利于培養(yǎng)具有深厚的基礎(chǔ)知識(shí)的創(chuàng)造性人才的教學(xué)新體系。教學(xué)內(nèi)容應(yīng)反映當(dāng)代教育思想和高科技成果，教學(xué)方法和手段應(yīng)改變過去的單一模式，建立多級(jí)開放實(shí)驗(yàn)室，滿足不同層次的學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究的需求，采用CAI\，Internet網(wǎng)等現(xiàn)代教學(xué)手段，改善教學(xué)條件，形成多元化的教學(xué)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

中國科技大學(xué)“理科實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維創(chuàng)新能力的研究與實(shí)踐”項(xiàng)目組，在認(rèn)真研究了我國當(dāng)前高等教育改革的趨勢(shì)以及教學(xué)方法存在的主要弊端的基礎(chǔ)上，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)的改革，并取得了初步成果。

一、發(fā)展教育技術(shù)，創(chuàng)新教學(xué)模式

教育資源的缺乏是長期困擾教學(xué)質(zhì)量提高的難題，也是制約教學(xué)改革深化的瓶頸。時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步對(duì)教學(xué)提出的越來越高的要求，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的培養(yǎng)需要一種趨向個(gè)性化的教學(xué)，需要比普通公共教學(xué)占用更多的教育技術(shù)、創(chuàng)新教育手段來解決。在這些方面，中國科技大學(xué)天文與應(yīng)用物理系進(jìn)行了多年的探索與研究，研究和開發(fā)了一批物理教學(xué)軟件。其中，1996年他們?cè)趪H上首創(chuàng)開發(fā)出第一套仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件，1998年升級(jí)為Windows版本，其規(guī)模和虛擬技術(shù)水平得到進(jìn)一步提高和完善，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。1999年又推出了《大學(xué)物理虛擬實(shí)驗(yàn)》的Internet網(wǎng)遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)，在國際和國內(nèi)物理教學(xué)界產(chǎn)生了很大的影響，得到了廣泛的應(yīng)用和贊揚(yáng)。它的意義主要體現(xiàn)在如下三個(gè)方面：(1)開創(chuàng)了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新模式，該成果利用計(jì)算機(jī)把實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容(包括理論教學(xué))、教師指導(dǎo)和學(xué)習(xí)者的思考、操作有機(jī)融合為一體，形成了一部可操作的、活的教科書，為物理實(shí)驗(yàn)改革提供了有力的工具，同時(shí)克服了實(shí)驗(yàn)教學(xué)長期受到課堂、課時(shí)限制的困擾，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)在時(shí)間和空間上得到延伸；(2)為網(wǎng)絡(luò)教育最難實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)開創(chuàng)了一種新的方法和途徑；(3)開拓了CAI研究的新思路，帶動(dòng)了國內(nèi)CAI的發(fā)展，同時(shí)為學(xué)校開創(chuàng)了新的教學(xué)模式。

1.實(shí)驗(yàn)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合。對(duì)有利于深化物理學(xué)概念，發(fā)現(xiàn)、總結(jié)規(guī)律并對(duì)規(guī)律本質(zhì)做出解釋的典型實(shí)驗(yàn)，通過仿真軟件的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境用于教學(xué)中，將實(shí)驗(yàn)的方法引入新的概念和規(guī)律，把理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)地融為一體。對(duì)一些典型的知識(shí)點(diǎn)，通過CAI教學(xué)軟件介紹它的應(yīng)用。

2.利用CAI軟件教學(xué)，開設(shè)“物理思想進(jìn)化啟迪”Seminar課程。按照物理學(xué)的發(fā)展，從機(jī)械觀的興起、場(chǎng)與相對(duì)論到量子觀，針對(duì)物理概念的重大革新和在其中起過重要作用的著名實(shí)驗(yàn)為線索來探索物理學(xué)發(fā)展的規(guī)律、理論與實(shí)驗(yàn)的關(guān)系，以科學(xué)研究與技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)系、培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和科學(xué)素質(zhì)。

3.在提高公共物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平與質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力上，對(duì)一些難度高、操作復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，項(xiàng)目組采用虛擬實(shí)驗(yàn)、遠(yuǎn)程教學(xué)(在校園網(wǎng)上完成虛擬實(shí)驗(yàn))與實(shí)際實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的二段、二段式教學(xué)模式，使學(xué)生在課堂內(nèi)獨(dú)立完成實(shí)際實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，合理配置教學(xué)資源。針對(duì)實(shí)驗(yàn)課量大質(zhì)低的狀況，在總學(xué)時(shí)不變的情況下，精簡實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。適當(dāng)擴(kuò)大設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，綜合性實(shí)驗(yàn)的單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)安排5～8學(xué)時(shí)，大量的一般性實(shí)驗(yàn)通過仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。通過上述努力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，大大提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和水平。

二、以素質(zhì)教育為目標(biāo)，建立物理實(shí)驗(yàn)課程新體系

新實(shí)驗(yàn)課程的組成分為基本實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、科學(xué)小實(shí)驗(yàn)等，形成從低到高、從基礎(chǔ)到前沿、從接受知識(shí)到培養(yǎng)綜合能力，逐級(jí)提高的一、二、三級(jí)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課程新體系。每一級(jí)物理實(shí)驗(yàn)大致用一個(gè)學(xué)期的時(shí)間完成，不同的級(jí)別標(biāo)志著不同實(shí)驗(yàn)技能和科學(xué)思維水平。這樣，基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課不再是課堂教學(xué)內(nèi)容的簡單重復(fù)和驗(yàn)證，也不再是把力、電、光、近代物理等獨(dú)立學(xué)科的實(shí)驗(yàn)簡單地串聯(lián)起來。使學(xué)生從較高起點(diǎn)上進(jìn)入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，逐級(jí)走向科學(xué)的高峰。

1.一級(jí)物理實(shí)驗(yàn)為普及性實(shí)驗(yàn)，主要包括基本物理量的測(cè)量、基本實(shí)驗(yàn)儀器的使用、基本實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練和基本測(cè)量方法與誤差分析等。涉及到力、熱、電、光、近代物理各個(gè)學(xué)科，適合于理、工、文、商學(xué)院各專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)和基本訓(xùn)練。

2.二、三級(jí)物理實(shí)驗(yàn)逐步增加綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例及難度，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使他們變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。以前由教師排好實(shí)驗(yàn)、準(zhǔn)備好儀器、學(xué)生做現(xiàn)成實(shí)驗(yàn)的做法，變?yōu)樵诮處熤笇?dǎo)下自己設(shè)計(jì)方案完成實(shí)驗(yàn)，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的綜合思維和創(chuàng)造能力的目的。通過做設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生從成功與失敗中受到訓(xùn)練，素質(zhì)得到提高。

3.四級(jí)物理實(shí)驗(yàn)以科學(xué)小實(shí)踐方式，圍繞基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)組織若干課題，以科研方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的研究、開發(fā)應(yīng)用能力。

在課程安排上，一級(jí)物理實(shí)驗(yàn)面向全校各學(xué)科專業(yè)學(xué)生開課，二、三級(jí)物理實(shí)驗(yàn)對(duì)理工類專業(yè)開課，四級(jí)物理實(shí)驗(yàn)為物理類各專業(yè)學(xué)生必修課、理科非物理類各專業(yè)學(xué)生選修課。)

三、注重實(shí)物實(shí)驗(yàn)的時(shí)代性與先進(jìn)性，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

物理實(shí)驗(yàn)必須與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)接軌，才能使現(xiàn)代科技成果滲透到傳統(tǒng)的經(jīng)典課程內(nèi)容之中，也才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。例如，在對(duì)全校工、商、文科學(xué)生一、二年級(jí)所開設(shè)的物理實(shí)驗(yàn)中，已涉及光譜技術(shù)、真空技術(shù)、磁共振技術(shù)、核物理技術(shù)、X光衍射的技術(shù)、光纖技術(shù)、傳感器技術(shù)、光學(xué)信息處理技術(shù)等。開設(shè)這些項(xiàng)目是為了從物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想、實(shí)驗(yàn)方法、儀器的設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用等方面拓寬學(xué)生的知識(shí)面，培養(yǎng)他們的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

四、營造創(chuàng)新人才培養(yǎng)的多元化教學(xué)環(huán)境

目前中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)類型有公共必修實(shí)驗(yàn)、選修實(shí)驗(yàn)、仿真實(shí)驗(yàn)、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)、開放實(shí)驗(yàn)等。

1.利用現(xiàn)代教育技術(shù)開設(shè)“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)程教學(xué)”

自開設(shè)遠(yuǎn)程網(wǎng)上物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)以來，學(xué)生利用校園或Internet網(wǎng)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)，便于學(xué)生充分地學(xué)習(xí)和掌握實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容。通過開設(shè)網(wǎng)上虛擬物理實(shí)驗(yàn)選修課，學(xué)生可以根據(jù)自己的時(shí)間在任何地點(diǎn)自主地進(jìn)行學(xué)習(xí)，這滿足了不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

2.開設(shè)開放服務(wù)實(shí)驗(yàn)室

在每級(jí)物理實(shí)驗(yàn)中，開設(shè)開放服務(wù)實(shí)驗(yàn)室，它不僅在時(shí)間上對(duì)學(xué)生開放，而且在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上也對(duì)學(xué)生開放。近兩年開放實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目有：擺的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及應(yīng)用研究、電學(xué)儀器的設(shè)計(jì)與制作、光學(xué)儀器的設(shè)計(jì)與制作、波的特性研究、教學(xué)軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)等。在開放服務(wù)實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生可利用實(shí)驗(yàn)室提供的設(shè)備自己設(shè)立題目，教師只是指導(dǎo)和審核學(xué)生提出的實(shí)驗(yàn)方案與題目，最后學(xué)生以小論文的形式在Seminar課中上臺(tái)宣講，討論和總結(jié)成功和失敗的原因、自己的創(chuàng)新點(diǎn)等。

3.仿真實(shí)驗(yàn)室

根據(jù)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)和復(fù)雜性，實(shí)驗(yàn)室提供計(jì)算機(jī)和物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件，與實(shí)際實(shí)驗(yàn)相配合，通過多種教學(xué)方式完成各種物理實(shí)驗(yàn)。