钱 锋 陈小凤 熊宏齐
（东南大学物理系，江苏南京，210096）
【摘要】 为适应培养跨世纪人才的要求，对物理实验课程体系进行了改革。基础物理实验、课题物理实验、现代专题物理实验三大模块可满足不同年级、不同水平、不同能力学生的教学需求，在培养学生科学实验能力和激发创新精神等方面收到了良好的效果。
【关键词】 物理实验 课程体系 创新意识
【中图分类号】 04－33 【文献标识码】 A
【文章编号】 1006－7167（2000）03－0010－04
我校物理实验教学内容和课程体系的全面改革始于1995年，随着面向21世纪高等工程教育教学内容和课程体系改革计划的不断深入以及近期世界银行贷款“高等教育发展”项目在我校物理实验中心的启动，推动了我校物理实验教学改革，并提供了物质保证。我们改革的目标是：提高起点、加强基础、开放设计、综合应用、培养素质、激发创新，建立一个多级分层次的物理实验课程新体系。
1．物理实验课程体系的建设目标
物理实验课程新体系按基础物理实验、课题物理实验、现代专题物理实验三大模块进行建设。三个模块的教学对象、教学任务以及教学侧重点不同，以求适应不同年级、不同水平、不同能力学生的教学需求，达到因材施教的良好效果。各个模块的教学内容和侧重点参数见表1。
表1 物理实验课程新体系
物理实验课程新体系具有如下特色：
（1）分层次教学不仅体现在不同模块的教学内容中，同时体现在每个实验项目中，有利于因材施教。
（2）淘汰并更新与实际应用脱节的实验内容和测量方法，引入一些新实验、新方法，以提高现代化实验水平。
（3）适应深层次实验室开放（实验时间、实验空间，尤其是实验内容的开放）的教学需求，为学生提供自主学习的优良环境。
2．物理实验课程体系建设的初步实践
我校在明确物理实验课程体系改革方向的前提下，从实际情况出发，按照“面对现实条件、利用有限资金、优先面上教改、扎实渐进突破、全面提高质量”的原则，在新体系的三大模块建设中稳步前进。除了现代专题物理实验的建设将有待于世界银行贷款资金的执行而进入全面建设阶段外，基础物理实验和课题物理实验两大模块的建设是近几年的教改重点。我们在探索和实践中，逐步建立了一支学力层次高、业务素质好、热心基础教学改革的老、中、青结合的教改骨干队伍，从而使实验内容的更新、实验室与配套实验教材的建设等方面的工作均取得了可喜的进展。
（1）基础物理实验的改革
基础物理实验是面向全校文、理、工各科学生的必修课程，独立设课，其改革思路是保证基础要求，提高教学起点，充实现代思想，实施层次教学。具体工作体现在如下方面：
①用现代发展的观点精选与改进实验项目，使物理实验内容和手段与现代科学技术接轨。例如：削弱静态拉伸法对金属材料杨氏弹性模量测量的应用，将此传统实验作为测量不确定度实例分析的内容，应用国家标准推荐的动力学法测定杨氏弹性模量；电子电荷测定、单缝衍射、普朗克常数测定、夫兰克—赫兹等实验中引入CCD成像或微机数据采集技术；将热力学理论中的熵、焓等概念和等温、等压、绝热、等熵、等焓过程的综合应用融入电冰箱制冷状态的研究实验中。
②精心设计实验内容、增加实验项目的信息量、改编实验教材，每个实验按基本内容、扩展设计性实验进行分层次编排，以求对不同类型的学生因材施教。我们编排的扩展设计性实验内容是：密度测定实验中，用不确定度概念分析和选择小固体密度测定的最佳实验方案；惠斯通电桥实验中，引入非平衡电桥在非电量测量中的应用；金属电子逸出功实验中，采用磁控技术测定电子荷质比等。
③将一些在中学物理知识基础上可进行的部分传统实验（例如灵敏电流计、电位差计、薄透镜成像等）列为预备实验，学生可采取自学方式，实验室开放，教师或研究生助教进行适时辅导。安排预备实验的目的有三个：一是可适当提高基础实验部分的起点，以适应21世纪实验教学的需要；二是可为一些中学阶段实验基础较差的学生提供“补课”机会，使他们顺利地跟上高起点物理实验的教学步伐；三是部分实验可作为文科类学生的基础实验教学内容。
（2）课题物理实验的改革
物理学是一门实验科学，涉及的知识面很广，包括力、热、电、磁、光与近代科学的各类物理仪器，对学生的能力培养和素质训练是其他学科难以替代的。但物理实验课程过去的教学模式比较单一，虽有严格的实验操作规程指导，但因缺乏独立的实验设计环境，以及让学生独立思考、探索与发挥的空间，对学生的限制条件较多，故难于发挥物理实验课程对学生能力、素质培养的优势。我们将开放性、设计性、综合性、应用性实验有机结合后，构成课题物理实验模块。该模块包括两类实验；第一类是以开放设计形式出现的与基础实验一起作为教学面广泛的必做的基本课题实验。这类实验原理相对简单，实验仪器也不复杂，学生根据课题任务可自主选择实验方案。如补偿法改装电表实验中，围绕如何制作内阻趋于无穷大的电压表和内阻趋于零的电流表问题，使学生对运用补偿法原理消除实验系统误差有深入的理解。弹簧振子的研究实验中，围绕用实验方法建立弹簧振子的周期公式和寻求弹簧的折合质量问题，对选择合理的实验方案和实验数据的处理方法可进行深入讨论。第二类是供学有余力的学生选做的综合性、应用性较强的综合设计性实验。这类实验课题的内容一般都有交叉性，包括力、热、电、磁、光等的交叉，也包括物理学与其他学科的交叉。学生要完成这类实验，除了在实验室进行实验外，还需要去图书馆、微机室，有时还需要在制作室加工实验器件。如CCD研究单缝衍射的光强分布实验中，学生在加深理解对光的衍射理论、学习CCD光电耦合器件的应用原理的同时，必须考虑如何应用有关的理论与技术，设计合理可行的实验方案，编制有关的计算程序，完成实验课题。
我们认为，在基础物理实验着重对学生进行“三基”训练的前提下，课题物理实验应侧重对学生创新能力的培养。我们将后者定位在激发学生的创新欲望，引导学生善于发现问题和解决问题，灵活应用实验设计思想和方法寻求物理量之间相互关系和最佳实验方案，排除实验环境、条件等因素造成的实验障碍（有些障碍是预先设置的）等方面。在宽松的教学氛围中，教师重在启发学生的创新意识和培养创新思维，积极引导学生的主动性（求知欲和好奇心）、严密性（仔细推敲，精益求精）、洞察力（对环境感受灵敏，大胆发问）、想象力（合理联想，有见解）等创造性人才性格。课题实验教学模块的建设旨在创造真正意义上的适合于低年级大部分学生的开放性综合设计实验环境。实践证明，将基础实验和适度的课题实验作为低年级学生物理实验课程的整体内容是可行的，也受到学生们的欢迎和支持。
（3）现代专题物理实验的改革
现代专题物理实验教学模块是物理实验课程体系的重要部分。目前，我们利用现有的实验设备对全校研究生开设“现代物理（分析）实验导论”课程。但因受设备条件的限制，还不能满足更多研究生和高年级本科生的实验需求。我们计划利用世界银行贷款资金，以核物理与核技术、X射线分析、磁共振技术、真空与低温技术、光谱分析等专题为主线充实建设现代专题物理实验室，发挥物理学对自然科学和工程技术的基础作用，营造进行科学研究实验的优良环境，使物理实验课程真正成为高等工科院校适应21世纪人才培养的低重心、新知识、宽面向的教学计划中一门重要的基础实践性教学课程。
3．物理实验课程体系建设的初步成效
经过几年的教改试点，充实调整后的基础实验和课题实验两大模块的教学已于1997年逐步向全校学生推广。实践表明，物理实验课程新体系已表现出下列几个方面的优势。
（1）实现了多级分层次的实验教学。在有效地保证大面积学生教学质量的同时，使优秀学生脱颖而出。现在学生对实验预习更认真了，实验方案的准备更充分了，对实验现象的观察与分析也更仔细了，实验报告中讨论的内容更丰富了。分层次的实验内容把学生吸引在实验室里，他们充分利用实验室的条件，通过观察、思考尽可能地做好各个实验。
（2）新体系较顺利地引入了新的教学主体观，建立了新型的师生关系。现在学生急于找教师解决问题的少了，自己动手、动脑的多了，学生在实验中表现出了积极性与主动性。在以学生为中心的教学氛围中，教师通过与学生一起讨论和对他们的指导，实现对学生创新能力的培养。
（3）课题实验有效地引导学生将学习过程延伸到课外。完成一个课题实验，学生将进行充分的课前学习和准备，并通过师生之间、同学之间的讨论、交流与协作，不断调整方案和反复尝试。我们看到，部分学有余力的学生的潜在能力是相当大的，他们的思维极其活跃，尤其对新知识、新技术的学习热情和接收能力极强。有的学生为解决实验中的某个问题，多次去图书馆查阅资料，利用课余时间反复试验。从学生自己提出和实现的诸如“线阵CCD简易采样基准”、“提高偏振器件定位准确性”等实验方案中，我们看到了他们的创新精神。
从学生反馈的教学信息中可以看出，多级分层次的实验教学为学生能力培养和素质教育提供了新的“平台”和“窗口”，受到了同学们的热烈欢迎和支持。他们认为：物理实验是一门有意义的课程，虽然有的实验花了较多时间，但使他们思考和发现了一些问题，不仅是为实验而做实验，更是从物理实验过程中，领略到了科学研究的实验方法。有的同学说：“老师并不包办我们的实验，而是循循善诱引导我们多动脑、多实践。在我们遇到困难时，鼓励和启发我们自己发现问题，寻找解决的方法，从而使我们在克服困难中加深了对知识的理解。”“在试验方案的设计、改进和交流过程中，我感觉到，精湛而巧妙的物理实验思想和方法太值得我们去学习了。”
参考文献：
［1］ 钱锋，孔祥翔．课题型物理实验的设想与实践［J］．高等教育学报，1998．2
［2］ 霍剑青．大学物理实验课程体系、教学内容、教学方法改革的设想与实践［J］．物理实验，1998．6
（原载于《实验室研究与探索》，2000年第3期）
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