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近代物理实验中探究型实验教学

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摘要:近代物理实验是普通高校开设的一门完整和系统的综合性、前沿性学科,主要培养学生的科学素养和物理思想。在对近代物理探究型实验的作用进行介绍和近代物理实验教学的层次进行分析的基础上,对探究型实验类型的教学进行了探讨。

关键词:近代物理实验;探究型;实验教学;教学体系;教学模式

近代物理实验教学指学生利用先进仪器设备在人为控制条件下引起实验对象或现象的变化,主要通过观察、测定、分析、设计等获得知识、发展能力、养成素质的教学活动[1]。普通地方本科院校的近代物理实验的主要特点在于种类繁多、实验室分布较广、实验仪器精密,这给近代物理实验教学带来相当大的难度。目前,实验教学的历程已经由起始阶段过渡到发展阶段,起始阶段的特征表现为,教师指导学生通过基本操作训练来掌握物理知识、基本方法和实验技能;实验教学的发展阶段的特征可以概括为“三个自主”,即自主实验、自主操控实验过程、自主分析实验结果。其目的是培养学生自主创新能力。发展阶段充溢着国内物理实验教学老前辈们的睿智和敬业精神,今天的物理实验教学水平均是基于前人打下的良好基础,我们更应该稳步发展,与时俱进[2]。

一、近代物理探究型实验的作用

近代物理实验教学是大学物理教学的重要组成部分,同样是教学建设的重要内容以及教学创新的重要领域。普通高校开展的近代物理实验大多是以物理学发展历史上最具代表性并对物理学发展起着重要贡献的著名实验为原型开展起来的。近代物理实验在实验技术和实验方法上均具有显著的时代性、兼容性、前瞻性和扩展性等特点[3]。近代物理实验综合了大学物理中力、热、电、光等基础知识,涉及近现代物理前沿课题,它是物理学中的枢纽,是学生巩固物理学基本知识的基本前提和保障,也是探索物理学新兴世界的关键所在。值得一提的是:学生掌握物理学中各种基本技巧和实验思想,对学生创新意识及物理现象的观察能力和分析能力的培养均大有裨益[4]。近代物理探究型实验教学是对整体本科大学物理课程理论教学的深化和拓展,它不仅系统地整合学科知识体系,而且还延伸到物理学前沿,让近代物理前卫思想和古典物理学基础知识有机结合,打造出一个学生自主学习、自我探寻的新型实验教学模式,其重要性和意义更加突显。近代物理实验中的探究型实验是实验教学模式的创新举措,也是本课程进一步拓展和延伸的重要体现。近代物理探究型实验教学过程更加注重科研成果与实验教学的关联,提高探究型实验教学效率是转化科研成果的有效途径[5]。总之,近代物理中的探究型实验教学促进了高校物理实验室健康、全面和深层次地发展。

二、近代物理实验教学的层次

不同的实验类型能够锻炼和培养本科学生不同的实验能力,包括基本技能、综合能力、创新能力。在近代物理实验教学实践中,通常设置的实验类型或者是实验层次略有不同。基础练习型主要是培养学生对物理概念和原理、基本方法、实验技术的能力。综合型则是运用物理学中的原理及规范的实验操作来完成实验锻炼。探索研究型是所有实验类型中层次较高的,不仅要求全面理解实验原理的基础,而且更加注重探索新知识和新技能。由于高校之间实验条件和师资力量的差异,开设近代物理实验的项目和类型也大相径庭。在发达地区的重点高校,基础练习型的实验较少,所以又把实验类型分为设计型、研究型、开放型。这种分层次的实验教学是在面向本科学生的物理实验教学中实施以学生为主体,教师为主导的教学的有效途径[6]。针对物理实验教学的实际情况,包括学生物理实验基础能力、教师运用的教学方法、教材的选用等因素,为了解决实验教学中存在的各种弊端,在大学物理实验教学中采用层次性教学模式是解决问题的关键,层次性教学模式把物理实验分为基础层实验、提高层实验、设计层实验,层次性教学更符合学生的学习规律和有利于提高学生的学习效果,增强学生的科学素养与能力培养[7]。由于教师科研的偏向性及近代物理实验特色,部分高校在上述类型的基础上开设了仿真实验。概言之,仿真实验是通过网络技术把实验设备、教学内容、教师指导和学生操作有机结合形成一部活的、可操作的实验教科书,扩大了实验教学的空间,打破了教与学、理论与实践、课内与课外的界限[8]。加强对基础型、综合型、探究型实验内涵和特征的研究,尤其是提高探究型实验在近代物理实验中的比率,既能培养学生综合实践能力又能提高学生创新意识。

三、探究型实验类型的教学探讨

验证型实验主要针对学生基本实验技能的训练,侧重对理论的验证;设计型实验则是由学生根据实验基本前提自主设计完成实验;而探究型实验是对学生发现问题、分析问题、解决问题的全面训练。在近代物理实验教学过程中,为了激发学生主动学习物理实验的兴趣,提高其自主学习的能力,培养学生在今后工作中独立科研的习惯,高校应该有针对性地引入探究型实验教学。第一,在近代物理实验中,少开设验证型实验,多开设探究型实验。多数高校在低年级已为本科生开设的普通物理实验(力、热、电、光)大部分为验证或者设计型实验,完全可以满足基本的实验技能方面的锻炼。第二,在普通物理实验教学中,教师主导多,学生基本按照规定程序完成实验。由于学生自主空间太小,所以应该为高年级(大三或者大四)多开设探究型的近代物理实验类型。第三,转变实验教学模式,引导学生养成自主学习的习惯。让学生自主体验以问题为切入点,以实验过程作为解决问题的具体途径,自主构建知识体系、增长技能、发展能力。教师在实验教学过程中应引导学生自主提出问题、自主设计、自主解决问题,引导学生掌握促进自我发展的学习方法,促进自我发展。根据近代物理实验条件,结合学生自身的科学素养,依附于教师科研项目,高校应该科学地设置探究型实验课程。在近代物理实验教学中,多鼓励学生积极思考、大胆探索和认真完成实验,使学生积累物理现象并有正确的思考,能在掌握知识的同时,逐渐形成严谨的科学态度和实事求是的品质。最近五年,考虑到仪器的使用情况、大型仪器的价格以及师资的配备,贵州师范学院物理与电子科学学院开设的近代物理实验有氢光谱及光谱分析、富兰克-赫兹实验、微波测试系统的调试与微波基本测量、锁相放大器的使用、等离子体气体放电、激光全息实验、塞曼效应、密立根油滴实验、核磁共振、电子自旋共振、光速测定共11个实验,详见表1。每个实验都分配4学时,主要涉及的实验类型为验证型、综合型、探究型,开设比例大致为1∶1∶2,其中探究型实验占约一半。

四、结语

总体而论,近代物理探究型实验教学有利于突出学生主体地位,能自主构建物理学知识体系和突出探索研究,能培养学生的实践能力和创新意识。在近代物理实验教学过程中,不但要强化学生专业基础,处理好学科发展与基础实验的关系,综合力、热、电、光等课程的训练,协调经典与创新的关系,还要在条件有限的前提下精选近代物理实验内容,不断充实新的物理前沿内容及开设与科研相结合的实验项目,突出学生探究能力的培养、注重衔接科研、锻炼独立自主的科学探究精神以加强学生的学科思想。总之,在近代物理实验教学中,结合学生科研训练计划、学科竞赛等,以培养基本技能为主的基础性实验课与以培养学生创新意识为主的探究性实验有机结合,尽可能体现“探究”理念。追求卓越,为培养创新型人才打下基础。务必做到做好突出设计,衔接科研,综合培养,强化创新意识和学科思维。建设具有地域特点和高校特色的近代物理实验教学体系,形成一个从低级到高级、从基础到前沿、从单一接受知识到综合能力培养的实验课程。

参考文献:

[1]周筑文,陈德良,杨佚沿.新编近代物理实验[M].吉林:吉林大学出版社,2017:1-2.

[2]马世红,汪人甫.国内高等学校物理实验教学研讨会历史回顾[J].大学物理,2014(33):35-41.

[3]麻焕锋,董若颖.拓展近代物理实验提高本科生创新意识[J].大学物理实验,2013(26):120-122.

[4]刘富池,孔文婕,覃以威,等.近代物理实验培养学生创新能力探讨[J].实验科学与技术,2011(09):114-116.

[5]印莉萍,祁晓廷,刘祥林,等.坚持科研成果向实验教学转化提高探究型实验教学的效率[J].实验技术与管理,2005(22):4-6.

[6]霍剑青,王晓蒲,汤家骏,等.分层次的物理实验教学研究[J].实验室研究与探索,2009(28):232-235.

[7]屠华.大学物理实验层次性教学与学生能力培养的研究[J].实验室科学,2015(18):117-119.

[8]刘向阳.近代物理实验教学改革研究[J].实验科学与技术,2009(04):65-68.

作者:杨佚沿;吴旭普单位:贵州师范学院

近代物理实验中探究型实验教学责任编辑:张雨    阅读:人次