探究型教學模式下大學物理實驗的改革與實踐

范　婷，劉云虎，湯國富，曹旭樂，張建軍

(石河子大學，新疆 石河子　832003)

*通訊聯系人

探究型教學模式下大學物理實驗的改革與實踐

范婷，劉云虎，湯國富，曹旭樂，張建軍*

(石河子大學，新疆 石河子832003)

摘 要：基于探究型教學模式，構建了大學物理實驗教學的全新過程。設計并應用新型研究性物理實驗報告模板，建設適于研究性學習的網絡預習資源，采用多樣化的課堂教學模式，改革實驗評價體系和考核方式，引導學生將實驗課堂延展到課外研究，激勵學生自覺自發地開展實驗研究。

關鍵詞：大學物理實驗；探究型教學模式；研究性實驗報告；網絡預習資源

大學物理實驗是理工農醫科開設的一門公共必修課，融物理思想、理論、方法于一體，培養學生的科學素養、動手實踐和創新能力，是學生系統接受科學訓練的開端。如何開展大學物理實驗教學，發揮實驗教學在創新人才培養方面的作用和優勢，一直以來都是研究的熱點。本文基于探究型教學模式，構建了大學物理實驗教學的全新過程，并在教學中進行改革創新和實踐。

1摒棄傳統實驗報告的弊端，采用新型研究性物理實驗報告

目前學校一般采用的是傳統實驗報告，模式拘泥于形式，格式固定,學生抄襲便利，不利于調動學生的學習主動性，同時，面對千篇一律的實驗報告，易導致教師評分失真。變革實驗報告寫法的基本思想是:引導學生將所做實驗當作自己的一項科研活動,經過自己的前期預習，研究實驗，取得成果，歸納和拓展。新型實驗報告模板包括：

1.1研究性問題

我們根據每個實驗的特點，設計出5-7個預習探究問題，問題內容包括實驗意義目的，實驗器材，注意事項，實驗原理，實驗設計思路，實驗關聯技術知識，實驗改進思路等。問題由淺入深引導學生熟悉實驗內容，開拓實驗思維。要求學生上課前通過閱讀教材，查閱文獻，查看網上預習資源等方式完成，并在問題右側留有空白，可待學生實驗后對問題解答再行修改和完善，也可由學生提出自己的問題。

1.2實驗數據及處理分析

為了弱化長期形成的慣于模仿的思維，我們這里去掉了書寫實驗步驟這一環節，著重強調了學生自我實驗的過程性，在操作的過程中鍛煉學生的思維，使其思維模式在實驗操作中得到表達和開拓。數據表格由學生自己來設計，鼓勵在完成必做內容的基礎上自行擴展實驗內容。需要重視對實驗數據的處理，通過誤差分析的結果，得到實驗過程可行性的直接反饋。

1.3實驗思考及自我拓展

新型實驗報告在數據處理之后，加上了“實驗思考及自我拓展”這一模塊，主要以問題的方式為學生自主拓展學習指明方向與思路。每一個問題都是結合實驗精心設計，融合了逆向思維，能力提高，類比實驗，歸納總結，生活運用等方向，促使學生熟練掌握實驗操作的同時，能夠在不同實驗條件下舉一反三，鍛煉思維模式，拓展學習思路。

2聯通課堂內外，建設適于研究性學習的網絡預習資源

預習是探究型實驗教學中非常重要的一個環節，以往學生預習主要看實驗指導書，因缺乏對實驗儀器的直觀感受，以至于達不到預習期效，不能充分利用課堂時間來開展實驗研究。如何將實驗課堂延伸到課下，啟發學生進行研究性學習，建設合理的網絡預習資源是一個很好的途徑。網絡預習資源包含以下模塊：

2.1實驗儀器設備圖片及簡要介紹

制作好的圖庫，學生可以選擇分儀器檢索和分實驗項目檢索兩種方式。(1)分儀器檢索可以看到實驗室中所有的大中小型實驗儀器的單獨圖片，并配有簡要文字來說明儀器型號、參數，測量用途等；(2)分實驗項目檢索可以得到每個實驗項目需要的基本儀器的所有圖片及實驗測量基本要求。方便學生了解實驗儀器的同時，結合實驗室現有儀器有的放矢地進行綜合創新性實驗研究。

2.2實驗教學視頻在線播放

根據每個實驗的特點，有針對性的制作出不同類別的視頻。(1)對于操作簡單，現象明顯的實驗，制作成“演示實驗視頻”，演示實驗視頻內含簡單原理介紹，實驗現象展示及生活中的應用。視頻播放時間控制在3分鐘之內。(2)對于原理復雜，理論課重點教學內容相應的實驗，將原理講解和實驗操作結合，利用多種媒體方式，由經驗豐富的教師講解，制作成“微課教學視頻”。視頻播放時間控制在10分鐘之內。(3)對于特色實驗課堂教學，錄制成“課堂實驗教學視頻”。視頻的訪問量可隨時反映學生預習的情況和學習的積極性。

2.3實驗探究問題庫

除了實驗報告中的研究性問題和拓展問題，針對每個實驗的不同特點，設計出大量的問題情境，提出各種難易程度的探究任務，以供不同專業和層次的學生來選擇完成。

2.4學習資源下載庫

這里提供給學生可供下載的學習資料有：實驗教學大綱，考試大綱，實驗室管理條例，實驗緒論課PPT、實驗講義、新型實驗報告模板、實驗相關論文、實驗研究文獻等。任課教師根據實際教學情況不斷更新和補充相關內容。

2.5虛擬仿真實驗

物理仿真實驗[1-3]是利用軟件虛擬儀器，充分利用了計算機強大的圖形界面( 軟面板)和數據處理功能，建立虛擬的實驗環境，學生在這個環境中操作儀器，模擬真實的實驗過程，對被測對象進行真實的測量與測試。目前，我們使用的仿真實驗資源來自于中國科學技術大學開發的《大學物理仿真實驗2.0 for Windows》。

3采用多樣化的課堂教學模式，組織師生間的有效交流

通過探究問題的提出，將學生置于有意義的問題情境中，啟發學生自我解決，自我探索，協同實踐。除了給學生開展探究提供必要的資料、設備外，更重要的是在指導方面提供恰當的支持，必須組織有效的表達和交流，幫助學生在自己探究的基礎上加深認識，達到教學目的。

大學物理“演示實驗”[4]，比如輝光球、聽話的小球、激光琴、同自己握手、記憶合金水車、夢幻點陣、雅各布天梯等，現象生動有趣，且調試容易，對操作者的實驗水平要求不高。以此作為學生進入實驗教學的第一課，由教師帶領學生參觀講解后，由學生動手親自嘗試，這種“導游”式的教學方式讓學生意猶未盡。豐富的實驗現象沖擊學生視覺的同時必然觸動學生的內心，激發學生的好奇心和求知欲，自覺自發地探索現象的物理本質，營造出良好的探究性物理實驗氛圍。

對于網絡預習資源豐富的實驗內容，在課堂教學過程中，實施“翻轉課堂”[5]教學，學生課前利用網絡先自學，帶著“問題”到課堂討論和交流，教師在學生實踐過程中指出存在的問題，教授正確的操作方法。這種先做后教的“翻轉課堂”實驗教學模式，增加了師生的互動和個性化溝通，對于教學目的和任務明確的大學物理實驗有著獨特的教學優勢。

為了完成實驗的測量任務，教師和分成小組實驗的學生圍坐在擺放有儀器的實驗桌旁，每個人都可以看到其他人的眼睛，大家用耐心和尊重參與到課題討論中，相互汲取新的靈感和思路，這樣的“圓桌教學”[6]，以學生為課堂的中心，以討論為課堂的基礎，以合作和激勵為相互支持，適合于綜合研究型實驗題目的展開。

結合具體的實驗內容，還可采用“階段分析”、“問題收集”、“小組互助”等教學模式。例如，“階段分析”模式是將實驗分為若干個階段，比如：儀器認識、線路連接、原理理解、實驗操作、數據收集、歸納總結等階段，教師通過講解和答疑引導學生完成一個階段，然后進行下一個階段，如此反復進行，直至試驗完成。這種模式非常適合難度大的實驗，將實驗分步細化，發現問題及時糾正解決，避免了問題的積累，減少了實驗失敗的概率、增強了實驗信心。

不同的教學模式針對不同的實驗，教師根據學生的特點和情況，進行適時地調整和綜合應用，教無定式，凡是能達到鍛煉學生思維，培養學生探究能力的目的，即為適合的教學模式。

4改革實驗評價體系和考核方式，激勵學生進行創新性實驗的探究

目前的大學物理實驗教學中，對學生考核通常是完成實驗報告、實驗思考題等筆頭作業，或在期末操作考試中放入實驗筆試題，這種評價忽略了實驗過程中學生所表現出來的實踐能力、探索精神、情感、態度與價值觀，導致學生只關注實驗的結論，輕視實驗的過程，限制了學生解決實際問題的靈活性和創造性[7]。不利于探究性實驗教學過程的開展。

對此，結合新型實驗報告模板，從課前預習、實驗過程、實驗素養、實驗報告四個方面對學生實驗表現進行綜合評價。表1是采用發展性和表現性評價標準[8]設計的實驗成績評分量化標準表，以百分制打分，課前預習環節滿分30分，采用自我評價與教師評價；實驗過程及實驗素養環節滿分40分，由自我、同伴與教師評價；實驗報告環節滿分30分，由教師根據“新型實驗報告”完成情況給予評價。評價以學生為本，關注學生為達到實驗目的所采取的方法、途徑，獲得的經歷和體驗等，尊重被評價者的主體性，評價主體的多元化[9-10]。

表1　實驗成績評分量化標準表

在考核方面，保留原有實驗考試(包括操作和筆試部分)的基礎上，同時也要考慮到學生的個體差異性，采用提交設計性實驗報告可申請免試資格的方式來激勵學生進行創新性實驗的探究。教師從實驗的創新性、實踐程度和能力提升三個方面對申請免試實驗報告進行評估，通過的給予85分以上的成績、限時修改的給予修改意見后可再次申請免試、不通過的則需要通過考試來獲得成績。對于其中優秀的實驗項目，教師可鼓勵學生申請國家大學生創新計劃項目、校級大學生研究訓練計劃(SRP)項目等。實踐表明，此考核方式大大提高了學生進行實驗探究的積極性。

5結束語

改革后的教學模式，將基于問題的探究性教學和學習方式，貫穿于課前、課中和課后的各個環節。新型實驗報告模板的完成過程，就是在逐步引導學生將有限的課堂學習延展到無限的課外研究。同時、建設適于研究性學習的網絡資源是課下探究的必要保障。通過特色課堂教學，改革考核方式和評價主體的多元化，來激發學生自發自覺的改變原有“臨摹式”學習方式，注重提升動手能力和思維能力。實踐表明，改革后的大學物理實驗教學，充分發揮了探究型教學模式在創新人才培養方面的作用和優勢。

參考文獻：

[1]譚守標,霍劍青,王曉蒲.計算機虛擬技術在大學物理仿真實驗教學系統中的應用[J].中國科學技術大學學報,2005,35(3):429-433.

[2]王曉蒲,霍劍青,楊旭.大學物理仿真實驗和教學實踐[J].物理實驗,2001,21(1):28-29.

[3]王衛國.虛擬仿真實驗教學中心建設思考與建議[J].實驗室研究與探索,2013,32(12):5-8.

[4]王剛,徐義爽.大學物理演示實驗教學模式分析[J].中國科教創新導刊,2014,(13):107-108.

[5]郭建華.翻轉課堂知多少[J].新課程研究:上旬,2014,(8):10-107.

[6]徐星.“圓桌教學”課堂轉型在美國[J].紅蕾·教育文摘(下旬),2011(11):45-46.

[7]黃曉生,程敏熙.發展性評價在大學物理實驗教學中的應用[J].大學物理,2008,27(1):46-50.

[8]李加定,肖化.基于發展性和表現性評價的大學物理實驗評價考核方式[J].實驗技術與管理,2009,26(11):140-143.

[9]肖立娟.大學物理實驗教學的現狀與教學改革探索[J].大學物理實驗，2015(6)：47-49.

[10] 何光宏，韓忠.大學物理實驗探究式教學模式的探索實踐[J].大學物理實驗，2015(3):55-57.

Reform and Innovation of College Physics Experiment Based on Research-Teaching Mode

FAN Ting,LIU Yun-hu,TANG Guo-fu,CAO Xu-le,ZHANG Jian-jun*

(Shihezi University,Xinjiang Shihezi 832003)

Abstract：Based on research-teaching mode,a whole college physics experiment teaching process were constructed.A new template of study-based physics experimental report was designed and applied.Prep study network resources suitable for research were build.By using variety of classroom teaching pattern,and reform the experiment evaluation system and assessment methods,students were guided to extend extracurricular learning,as well as,students were motivated to carry out experiments consciously and spontaneously.

Key words：college physics experiment；research-based teaching mode；research-based experiment report；network study resources

收稿日期：2015-09-18

文章編號：1007-2934(2016)02-0149-04

中圖分類號：G 420

文獻標志碼：A

DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.002.040