物理实验模式素质培养
物理实验模式素质培养 ２１世纪高等院校面临的一个重大的任务就是培养创 新型人才，如何使目前高等院校的实验教学示范中心适应这 一任务是一个重要的研究课题［１－２］。物理实验教学是 理工科院校本科生的重要基础课程，是学生进入高校最早的 必修课程之一。课程内容丰富、课程时间长，而且涉及所有 理工科专业学生。所以如何培养学生科学实验素质、提高学 生实验创新能力、满足不同层次、不同专业学生对物理实验 课程内容的需求，是目前国内高校物理实验教学中心研究的 主要课题［３－６］。在近几年的物理实验教学中我们提出 并实践了“层次―递进―素质互联一体化的教学新模式”。新模式教学实施过程中包括了各种教学元素，例如课程体系、 内容、教学方法、教材等。我们在实施过程中优化了多种教 学元素［７］，例如：教学模式结构一体化→课程体系层次 化→实验知识递进化→教学手段、方法多样化→融入教材→ 注重实验效率→激发学生兴趣和拓展研究个性→学生创新 团队产生。实践表明，该模式是一种行之有效的物理实验教 学新模式，取得了成效显著的多项标志性成果。１层次与递 进互联教学新模式与实验中心建设有机结合所谓“层次、递 进”，是指将课程体系内容的展开为“层次化”，使课程内 容与教学方法的实施，按由浅入深、从基础到研究的秩序进 行，使课程的实施逐步“递进化”。分层次、递进式教学模 式突出了学生的主体地位，转变了教与学的关系。其特点与作用表现在：教学新模式→转变了学生学习方式；
加强学生 自主性学习能力培养→体现了课程教学对人才培养的新模 式，重点突出学生科学素质的培养。针对本科生自主性学习 和研究性学习的特点，我们将分层次、递进式教学模式与物 理实验必修、选修课的教学有机结合，采用３个实验教学层 次并依次展开［８］：基础性实验（大学物理实验课程，全 校本科生必修）→提高性实验（近代物理实验课程应用物理 类、光信息类本科生必修）→研究性与创新性实验（物理实 验新技术进展与专题实验，全校本科生选修，重点培养优秀 生）。
１．１基础性实验课程特点：①以基本实验方法、基本 实验技能、基本实验思想训练为主的、基本物理量测量的普 及性实验；
②以逐步培养学生自主性学习为主题的开放性基 础实验（包括预备性实验、网上实验及多媒体课件实验等）；
③内容丰富（力学、热学、电学、光学等）适应不同专业学 生需求。基础性实验教学的要求：（１）对学生要求：①独 立完成实验全过程，每个实验结果数据经教师签字认可，实 验结果数据处理正确，能够撰写符合规范要求的实验报告；
②通过基础性实验训练，基本掌握物理实验中常用的实验方 法，例如比较法、放大法、转换法及传感器法、干涉法，补 偿法等；
③在基本实验训练中能够进行常用物理量的一般测 量，如电阻、电压、电流、磁感应强度、长度及微小长度， 温度（含热电偶测温）、折射率、液体浓度、光强度等物理测量；
④了解常用实验仪器性能，并学会使用方法及操作技 能，如测长仪器、电桥、测温仪器、计时仪器、分光计、共 振仪、Ｈｅ－Ｎｅ激光器、半导体激光器、固体激光器、干 涉仪。（２）对教师的要求：授课讲稿必须说明每个实验的 目的、要求和实施细则、授课时间、拓展思维性的实验主题 或能够启发学生既动手、又动脑的实验问题；
注重学生实验 过程中的实验灵感的培养，激发学生实验兴趣；
对学生的实 验结果进行讲评，批改全部实验报告，并指出实验报告中的 问题和不足。（３）对实验人员要求：学生实验情况及时反 馈，征求每位学生对实验仪器使用情况意见，每位学生实验 完成后，按实验桌号（仪器号）填写实验仪器使用情况记录 本，包括实验仪器使用的满意度（仪器完好率、性能、稳定 性等）提出意见或建议，保证课堂教学仪器完好率达到１０ ０％。
１．２提高性实验课程特点：①在同一个实验中综合应 用多种实验方法和技术的“综合性实验”；
②由学生按课题 的设计要求自行设计实验方案并独立完成全过程的“设计性 实验”（完成方式：课内与课外相结合）。在实验类型与实 验内容的安排上，将综合性实验与新技术实验有机结合（在 实验训练中观摩现代技术测量仪器）。原则上每个实验大类 配置１～２台反映现代技术水平和物理实验原理、方法紧密 结合的实验仪器，例如在长度或微小量测量的物理实验中， 配置了激光测距仪、电子水准仪等；
在物理光学类实验中配置了光栅光谱仪、椭圆偏振测厚仪等；
在电磁学物理实验中 配置了Ｂ－Ｈ特性测试仪、磁光或电光效应实验仪等。通过 综合性实验的训练与观摩现代技术实验仪相结合，有利于学 生在实验过程中了解现代物理实验技术的发展及应用，有利 于拓宽学生实验技术应用的知识面，引领学生站在新技术实 验领域的高度去审视实验技术发展的过程，激发学生对实验 的兴趣，培养学生的实验研究能力。
１．３研究与创新性实验研究与创新性实验的目的是在 提高性实验基础上，通过对学生的科研基础训练，进一步提 高其科学研究素质，锤炼其创新能力。训练的形式与内容主 要有下述两类：①组织若干个围绕基础物理实验的研究课题， 学生以个体或团队形式参与，采用科研方式，创新性地完成 所研究实验项目；
②结合教师科研项目，进行科研基础训练， 在教师引导下，以学生个体或团队形式完成的研究与创新性 实验项目。研究与创新性实验的步骤：创新性实验要求学生 在教师指导下或自行提出某个实验原理、实验方法、实验条 件、测量结果的数据处理方法等有创新的设想或一些新的构 思，以书面形式提出初步方案送交创意性实验室或网上申请、 登记，并约定实验时间。研究与创新性实验书面申请要求：
①创新性实验题目。②要完成构思或设想的条件，是否要教 师指导或自行完成。③重点要解决的问题，突出新构思或创 新点。研究与创新性实验内容提示：①实验原理、方法及理 论方面的创意性。②对提高或改进实验技能训练等方面的创意性。③基础实验原理、方法与小科技作品相结合的新思路、 新方法。研究与创新性实验结果总结报告：①创新性实验技 术报告（原理、方法、结果）。②创新性实验结果成败原因， 提出下一步打算或设想。研究与创新性实验是激发学生创新 意识、培养学生科研能力的重要途径，有利于学生在接受科 研工作能力基本训练的同时，养成严肃认真、实事求是的科 学作风，从而为培养高素质并具有创新精神的人才提供初步 平台。
２教学新模式促进了实验教学手段、方法多样化 在“层次―递进―素质互联一体化的教学新模式”实施 过程中，以６个结合为核心，培养学生科学实验素质，提高 学生实验创新能力。（１）基础实验与网络技术、多媒体技 术相结合。示范中心网站和国家精品课程网站上开辟了一个 开放的、资源丰富的网络教学平台，丰富了课程资源，拓宽 了教学的时间和空间，目前网上实验有６８个。每个实验室 都为多媒体实验室，所有实验都用ＰＰＴ方式向学生进行实 验前教学，内容丰富，效率高。此种结合方便学生实验过程 中能察看课件内容去解决实验中遇到的问题。（２）基础实 验与新技术、新方法相结合。原则上每个实验配置１～２台 反映现代技术水平和物理实验原理、方法紧密结合的实验仪 器。通过基础实验、综合实验的训练与现代技术实验的观摩 和测试，有利于学生在基本训练实验过程中了解现代技术发 展与应用，拓宽了实验技术知识面，引领学生站在新技术实验领域高度来审视实验技术发展的过程，激发了学生对实验 的兴趣。（３）课堂教学中自主性学习与研究性学习有机结 合。该结合促进学生在实验中逐步学会解决问题的能力。比 如：通过热电偶测量温差实验，引导学生查阅资料，了解其 他测温方法；
在示波器基本实验中，出现了仪器故障或理论 与实验不符合，通过启发和引导，鼓励学生自主排除故障或 解决为什么理论与实验不符现象；
对薄膜厚度测量的方法， 在基本实验中学生掌握了劈尖干涉法，通过提高性实验又掌 握了白光干涉法，通过研究性实验又掌握了椭圆偏振法，采 用“递进式”学习法，有利于激发学生的求知热情，提高了 学生的科学实验素质。（４）课堂教学与开放实验室相结合。
物理实验中心所有仪器设备面向本科生开放，利用江苏省实 验教学示范中心网站发布所有仪器设备名称、用途和图片等， 有些仪器设备的介绍用展板挂在实验走廊，展板的内容为实 验原理、用途、仪器主要性能及测试参数等。所有开设的物 理实验必修和选修课程所涉及到的近百个实验向本科生开 放，利用国家级精品课程网站，开辟了一个开放的、信息资 源丰富的网络教学环境，丰富了课程资源，拓宽了教学的时 间和空间。教师科研和学术思想面向本科生开放，在硬件（科 研成果引入教学）和软件（提供一些研究性或创新实验项目， 提示、建议研究的思路与方法等内容）上同步进行（５）“层 次、递进”教学新模式与实验教材实时结合。实时组织编写 了典型的实验教材［９］，对实验原理、方法和实验过程进行透彻剖析，向学生提供了２６个设计性实验案例、１８个 创新实验案例、１７个专题实验仪器介绍，提高学生对实验 方法和实验综合运用的能力，使其逐步积累在实验工程技术 中广泛应用的现代物理技术，如激光技术、传感器技术、共 振技术、微弱信号检测技术、纳米材料或薄膜制备技术等， 激发了学生的求知热情，提高了学生的科学实验素质和创新 能力。（６）课程考核内容层次化与合理性结合。该结合有 利于激发学生实验兴趣和拓展研究个性。考核层次分为三部 分：基础性实验（包括误差理论与数据处理方法考试）（５ ０分）＋提高性实验（５０分）＋研究与创新性实验（２０ 分），满分为１２０分。评定等级：优≥９０分，良≥８０ 分，中≥７０分，及格≥６０分，不及格≤５９分；
凡超过 １００分的学生可优先安排创新实验和科研基础训练项目。
３结束语 近几年教学新模式实践表明，学生对实验的兴趣、求知 热情、敢于实践学习精神大幅度提高，取得了多项标志性成 果。例如，学生创新实验项目获得教育部、江苏省、学校资 助的有多个，有２０余个创新实验项目组获得江苏省高校大 学生物理与实验创新杯奖和全国高校物理实验论文奖等［１ ０－１１］；
２０１０年９月申报江苏省高校大学生创新杯 奖的项目组（每组３～５人）就有２０余个，充分展示了知 识、能力、兴趣、个性。实验中心建设与实验教学有机结合 取得了显著成效，物理实验课程评为国家精品课程，物理实验中心评为江苏省实验教学示范中心。