摘要：阐述了“大学物理实验”教学中存在的主要问题和深化物理实验课程改革的途径。提出了要大力发挥“大学物理实验”教学特点，注重方法训练与学生创新能力的培养，努力提高人才培养质量。
关键词：大学物理实验；教学改革；课程改革；科学方法；创新能力
作者简介：谢鸿全（1974-），男，四川南充人，西南科技大学高教研究与评估中心副主任，教授；董发勤（1963-），男，陕西扶风人，西南科技大学副校长，教授，博士生导师；王俊波（1956-），男，四川青神人，西南科技大学党委书记，教授，博士生导师。（四川 绵阳 621010）
基金项目：本文系2010年高教学会课题“基于共建与区域产学研联合办学体制的本科学生素质教育的探索及案例研究”、“联合校园培养拔尖创新人才的探索与实践”（课题编号：2010YHE007、2010YHE041）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）14-0123-03
一、“大学物理实验”课程的重要意义
物理学是研究物质运动一般规律及物质基本结构的科学，它必须以客观事实为基础，必须依靠观察和实验，归根结底是一门实验科学。无论物理概念的建立还是物理规律的发现都必须以严格的科学实验为基础，并通过今后的科学实验来证实。“大学物理实验”是对高等院校理工科学生进行科学实验基本训练的一门独立的必修基础课程，是学生进入大学后受到系统实验方法和实验技能训练的开端，是理工科类各专业对学生进行科学实验训练的重要基础。
在日益注重学生科学方法训练与创新能力培养的今天，“大学物理实验”以它丰富深刻的内涵、形象生动的展示和与现代科技紧密结合的独特优势，备受大学生的喜爱与关注。
二、国内外高校“大学物理实验”课程改革动态
国外高校都十分重视大学物理实验教学，注重学生动手能力和科研能力的训练与培养。通常开设有许多实验选修课程，且有许多高校都采用了分层次教学模式，教学方法灵活，课程考核严格，在实验内容中广泛应用了计算机等现代化工具和测试手段。
1.国外高校物理实验开课情况
澳大利亚大学工科物理实验独立开课，连开三年，学时数与大学物理大致相当。一年级要修完大约20个普通物理基础性实验，并有4实验进行考试，由相关专业在二、三年级选修该课程。教师在实验课上不预先讲解，只强调一些注意事项和安全问题，学生实验报告的格式与科研论文接近。[1]
日本大学一、二年级独立开设物理实验课，工科学生在三年级开设应用物理学实验课程。学生的实验报告通常有两种形式：正规的书面报告和较灵活的口头表达或讨论。这两种形式根据具体的实验内容来确定。口头报告很受学生欢迎，它既能锻炼学生的语言组织和表达能力，又增加了学生之间合作共事的机会，提高了学生对物理实验课程的兴趣。[2]
美国的工科高校有许多在一、二年级不独立开设物理实验课程，只在二、三年级学生中开设近代物理实验选修课。与国内大学比较，他们在一、二年级所开设的实验内容要少一些，而在高年级开设的实验内容比国内的近代物理实验却要深一些。通常实验课时接近物理课总学时的三分之一，教材往往采用自己编纂的实验讲义。教师在指导学生实验时，主要是提出问题、组织讨论和启发思路，引导学生剖析实验问题和制订实验方案，仪器设备的使用主要通过学生自己阅读说明书的方式来掌握。在设计性实验中，教师只提供相应的实验题目供学生选择，而方案设计、仪器选配、结果分析和研讨等内容都由学生独立完成。[3-5]
工科物理实验在德国的高校中属于独立开设的课程，大约要开设30个物理实验，分两学期进行。物理实验课中有大量的演示实验，且水平相当高。物理系配有金工车间，有三分之一以上的实验仪器源于自制。此外，由于重视产学研合作，有许多从科技前沿淘汰下来的设备进入到实验教学仪器中，使本科学生有机会较早接触到科技前沿方面的新知识。[6，7]
加拿大大学工科物理实验情况与美国类似，一年级不独立设课，作为大学物理课程的组成部分，主要开设20个左右的验证性实验，内容约占大学物理课程的30%左右，二、三年级才独立开课供学生选修。学校重视基础实验和基本技能训练，注重计算机应用和高能物理实验项目的开设，在管理上以学生为本，管理效率高，课程考核严格，实行累加式计分。[8]
英国大学物理实验独立开课，开设两个学期的物理实验，包括普通物理实验和近代物理实验各6个。实验课学时不仅占学生总学时的比例较大，且实验项目的难度也较大。[9]
2.国内高校物理实验开课情况
国内一些高校自20世纪90年代以来，在“大学物理实验”教学改革方面也进行了积极的探索与实践，取得了可喜的成绩，极大地推动了“大学物理实验”课程改革不断向纵深发展。
中国科技大学自1994年以来，在每一学期物理实验中都安排有设计性或研究性实验内容。在1996年，研制编写了《大学物理仿真实验》。它利用软件建模设计虚拟仪器，建立虚拟实验环境，在该环境中学生可自行设计实验方案、拟定实验参数、操作仪器，模拟真实的实验过程，并不断对仿真软件进行升级与更新，[10，11]该实验得到了广泛的应用和好评。
复旦大学创造和发展了“实验园地”、“小制作竞赛”、“综合实验”、“开放实验”等许多新的教学模式，1999 年开设了一门“自学物理实验”的公选课，面向全校文、理、医、管各院系学生开放。[12]
北京大学自20世纪末开始对普通物理实验内容进行了大胆的改革，坚决淘汰了与中学重复、在现代科研和生产中已过时的内容、方法和设备，补充了一些在物理学科中有代表性、有应用价值的先进的实验内容，并积极引入包括本校在内的现代科技成果进入到物理实验中。[13]
华中科技大学不仅面向理工科学生开设了“基础物理实验”、“综合与设计实验”、“近代物理实验”、“专题实验”等课程，并面向全校所有专业开设了“预备性实验”、“设计与创新实验”和“趣味与奇异物理实验探秘”等选修课程，丰富了“大学物理实验”课程的层次，体现了以人为本、因材施教的教学原则。[14]
当然，国内还有许多高校在大学物理实验教学内容、教学方法和教学手段等方面也进行了大胆的尝试和改革。
三、当前“大学物理实验”教学中尚存在的主要问题
由于长期以来受传统观念的影响和经费的限制，不少高校在“大学物理实验”课程自身的建设上尚存在着许多具有普遍性的问题，教学改革的步伐还很慢，与发达国家和国内一些著名院校相比，还有较大的差距。这些状况的存在，不仅难以发挥“大学物理实验”这门课程本身应有的效能与魅力，而且对当前创新型工程科技人才的培养质量，也将会产生不利的影响。因此，高校应当充分重视“大学物理实验”课程的建设与发展，加快“大学物理实验”改革步伐，积极优化实验教学体系与教学内容，努力改进实验教学方法与教学手段，不断提高人才培养质量。
1.思想观念方面
目前，在许多高校仍然存在“重视理论学习，轻视实践训练”和“重视知识传授，轻视能力培养”等落后观念，实验教学没有引起足够的重视。由于在人事分配制度和工作量的计算等方面的不平衡，使得实验教师、实验技术人员和实验室建设管理者的积极性和创造性受到一定的影响，对于实验教学改革存在着畏难情绪，甚至在思想上产生抵触。
2.体系内容方面
部分高校物理实验教材长时间不更新，与社会的高速发展和科技的日新月异不相适应，综合性、应用性和研究性实验项目偏少。教材中的理论部分写得过于详细，没有体现实验教材的特色。教学内容简单陈旧，实验方法单一，缺少新意，验证性实验较多，涉及物理科学前沿和与现代工程技术应用紧密结合的实验内容较少。如长度测量、单摆实验、电表改装、电位差计、单臂电桥、二极管伏安特性等很多实验已经开设了几十年，一部分实验已经在中学开设，还有一些在工程技术应用中已经退出历史舞台，被新技术所取代。这些实验内容的大量存在，不仅影响到学生对物理实验课学习的热情，而且也与创新型人才培养的目标和现代科技的飞速发展显得格格不入。
3.方法手段方面
“以学生为主体，以教师为主导”的先进理念没有充分体现。教师习惯于“灌输式”地讲解实验原理与步骤，且面面俱到，留给学生的动手时间偏少；教师担心仪器设备故障影响实验内容的完成，主动为学生调试实验仪器，使学生失去了宝贵的“试错”机会；教师在指导实验操作时，讲操作步骤多，而方法要领少，且常常忽视隐含在操作背后的内在原因。这些情况必然导致学生尽管也参与了实验教学活动，但实际上处于“填鸭式”状态，学生缺乏应有的主动性和实践动手能力的训练。另一方面，在教学手段上也显得较为单一，粉笔加黑板的模式还普遍存在，具有形象、生动、便捷特点的现代教育技术还没有加以充分利用，许多复杂的实验原理和仪器的内部结构很难通过手绘的简图加以理解，还需要借助多媒体影像或动画等方式才能得以更加形象直观的再现。
4.考核评价方面
成绩考核过分依赖于实验报告，而报告的评价又以结果的对错为主要依据。学生只重视实验报告，而消极对待实验预习和操作环节，学生课堂操作的积极性得不到必要的保护。部分学生为了获取好的成绩，不惜篡改实验数据和抄袭同伴的实验结果来欺骗教师。
5.资源配置方面
由于办学经费紧张和重视程度不够，在我国还有许多高校的物理实验室建设投入力度严重不足。不仅仪器种类偏少，设备落后，而且台套数也不足，部分实验甚至只能安排一些参观或演示。资源的匮乏不仅使教学效果大打折扣，而且使学生的动手能力得不到应有的培养，更不可能使学生接受到类似于科研工作的训练。
四、“大学物理实验”课程改革途径
针对上述实验教学中所存在的普遍问题，可以从以下几方面进行课程改革。
1.树立先进的教育思想和教育观念
当前，随着学科的不断交叉与融合，新知识、新技术的不断涌现，要求我们所培养的学生必须具有很高的综合素质，特别是在科学思维、科学方法、创新精神和实践能力等方面更应该引起高度重视。因此，必须转变过去那种“重理论、轻实践”的错误观念，高度重视和发挥实践教学在人才培养中的作用。学院应以提高大学物理实验教学质量为主线，积极组建课程教学团队，深入推进课程改革。实验课程教师在教学理念上，应坚持以基本原理、基本仪器和基本方法为基础的实验规范教学，这是因为离开实验的基础和规范，就谈不上创新。在此基础上，应坚持实验教学内容应与现代科学技术接轨，积极利用多元化的现代教学手段，采用启发式、讨论式、问题式、研究式的教学方法，注重对学生的方法训练，强化学生创新意识和科研能力的培养，严格考核环节，保障人才培养质量。
2.构建与现代工程科技发展相适应的教学体系
“大学物理实验”教学从体系上来看，针对不同专业的学生，可根据内容和功能分为四个层次。即基础必作实验、综合设计性实验、研究创新性实验和演示及仿真实验。从内容上来看，应紧密结合现代科学技术，从训练学生科学思维，掌握科学实验方法，提高学生综合实践动手能力和创新意识的角度来规划新的实验教学内容，优化实验教学体系。
物理实验只有加强与现代科学技术的紧密衔接，才能充分激发学生对物理实验的学习兴趣与学习热情，也才能体现其在人才培养中应有的作用与地位。我们在“大学物理实验”课程改革中，淘汰了一些在测试方法、技能等方面已经逐步退出历史舞台的陈旧实验和与中学重复的内容，将计算机技术、光纤技术、光谱技术、新型显示技术、核物理技术、X射线显微技术、磁共振技术、真空技术、传感器技术和新材料等引入到力学、电磁学、光学和近代物理实验内容中，增加了光电效应、真空镀膜、材料热物性瞬态测试、光纤特性测试、激光拉曼光谱、太阳能电池特性等一系列新实验，适当增大综合性实验和设计性实验所占比例。这些内容的引入，从设计思想、实验方法、测试原理、仪器结构及其应用等方面拓宽了学生的知识面，培养学生的综合应用能力。
3.倡导以学生为主体，注重思维训练与能力培养的教学方法改革
教学方法是指在教学过程中，教师和学生为了实现教学目的、完成教学任务而在共同活动中采用的方法。它既包括教师“教”的方法，也包括学生“学”的方法。
首先，教师应牢固树立以学生为主体的教育理念，要充分调动学生的自我学习意识。在实验课程有限的讲授时间段，应对讲授内容加以精炼，突出重点，突破难点。在讲解过程中要注意科学思维和科学方法的训练，不可局限于实验本身，要善于将同类型的仪器设备和实验原理加以比较分析。同时，对于操作中的指导，重点在于实验难点、可能出现的隐患、操作要领等因素，切忌遇到问题包办代替。
其次，在教学过程中，要注意引导学生对实验方法的学习。不少高校教师在“大学物理实验”教学中往往注重实验内容、操作步骤、仪器使用和数据采集等方面的讲解，而忽视了引导学生对于实验方法的学习与研究，未能将具有同类或相同实验方法的实验教学内容加以比较分析和横向联系，造成学生对于实验课程的理解过于孤立与片面，无法对所学习的内容做到融会贯通和举一反三，削弱了学生创造性地开展综合性实验和设计性实验的能力。作为以一定的物理现象、物理规律和物理原理为依据，通过建立相应的物理模型，采用恰当的测量手段和测量仪器来寻求各物理量之间关系的一种科学方法，物理实验方法有很多种类，所涉及的范围也相当广。常见的有比较法（包括直接比较法和间接比较法）、放大法（包括累计放大法、机械放大法、电磁放大法、光学放大法）、转换法（包括参量转换法和能量转换法）、模拟法和示踪法等等。例如，应用奥氏粘度计测液体粘滞系数的实验就采用了间接比较法，测定金属丝的杨氏模量实验中所用到的光杠杆就是采用光学放大法，光电效应实验中微弱的光电流的测量就是采用电磁放大法，牛顿环实验中将对透镜曲率半径的测量转换为对所形成的等厚干涉条纹直径的测量就是采用了参量转换法，温差热电偶实验中热学量的测定就是采用了能量转换法等等。实际上在很多实验中，往往是多种实验方法的组合运用。通过对这些实验方法的归纳、分析和学习，能够引导学生利用发散思维来分析所学习的各种实验知识、实验方法和实验原理，达到“授之以渔，而非授之以鱼”的教学目的。
另外，教师还应积极采用多元化、现代化、立体化的教学手段，调动学生的积极性和主动性。如利用网络教学平台和实验中心网站的教学资源，使学生可以在网上实现课前预习和课后的讨论复习。如利用多媒体技术和计算机语言开发课件、研制虚拟仪器和仿真实验，供学生模拟操作。如利用挂图、板书、动画、视频、录像等媒介，增大课堂信息流量，虚实结合，形象生动地展示实验原理、实验仪器的内部构造和实验运行的演化过程，激发学生的学习热情和探索精神。
4.构建立体化的考核体系，保障人才培养质量
实验考核的方法要多种形式并用，要从激发学生实验兴趣，真正体现培养目标的角度出发，有机结合口试、笔试和操作考核等方式，兼顾平时成绩和期末成绩，建立与实验教学体系相适应的实验教学考核方法。例如，课程成绩可按平时成绩占60％和考试成绩占40％记入总分。而平时成绩按实验预习、操作、报告三个方面，分别按20％、40％、40％的权重综合考核，记入平时成绩。预习成绩主要依据预习报告和回答问题情况来评定，重点考查学生的学习态度和对实验的了解与熟悉程度；操作成绩由教师通过实验指导和实验完成情况来现场给定，主要考查学生的实验思路、操作技巧和故障排除能力；实验报告成绩主要根据学生的完成质量来确定，重点考查学生的数据处理能力和对实验现象、实验结果的分析能力。期末考核针对不同层次的实验，采用的考核方式也不同。对设计型、研究型实验，按选题、方案设计、实验报告或小论文和答辩等方式综合考核。对于基本技能训练方面的实验，按操作步骤、数据处理、回答问题等情况来给出期末考试成绩。
5.加大硬件投入力度，为学生提供优良的实验环境和科研训练条件
科技进步对教育提出越来越高的要求，对人才的创新思维和实践能力的培养是一种趋向个性化的教育，而教育资源和硬件条件的匮乏制约了“自主学习”和“个性化教学”的广泛推行，也是物理实验教学改革深入发展的瓶颈之一。以理工科为主的高校应千方百计筹措经费加大对大学物理实验室这一类受益面大、具有公共性、基础性的实验室的投入，改善实验条件，不仅在教学上满足一人一台（套）的基本要求，而且还要紧密结合现代工程技术，适时引进和补充一些代表学科前沿方向的研究型实验仪器，为学有余力的学生提供个性化培养的科研训练条件，让学生参与到教师的科研课题之中，大力提高学生的科学思维和创新能力。
五、结语
加快物理实验课程改革步伐，转变教育思想，更新教育观念，革新教学内容，优化教学体系，改进教学方法，完善评价方式，不断提高“大学物理实验”课堂教学质量，是我们义不容辞的责任与义务。同时，如何加强学生科学思维和科学方法的训练，提高学生分析问题和解决问题的实际能力，培养更多具有创新精神的高素质人才，是我们今后努力的方向。
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（责任编辑：苏宇嵬）