物理实验创新教育的探索与实践1引言随着高等教育受益面的逐步扩大,学生受教育需求向多元化发展,要求物理实验教学从传统的“专才”培养转变为“通才”教育.另一方面,社会发展和科技竞争,同时更要求高校培养出更多优秀物理专业人才.面对这一似乎矛盾但却互为促进的教学需要,我们提出了“三层次”基础物理实验和基于实验相关性的近代物理实验课程建设整体方案.进一步通过拓展经典实验内容或运用现代物理原理概念,实现物理实验课程内容现代化.注重实验研究对象内在联系和解决问题思维方式,体现物理实验创新教育理念.提出了“主体可扩性+配件多样可组合性”的实验设备优化原则,提高教学内容和实验技术可拓展性,既为“通才”教育提供物理实验教学平台,也为物理“专才”培养提供了科技创新的技术空间,满足物理实验创新教育需要.物理实验授课重点在于指导学生理解实验原理和技术方法,与学生一起分析实验原创思想和实验设计精妙之处.配合实施“4周1专题”,提高学习实验的主动性和积极性,从而使教学方法实现创新教育目标.提出了“解决实验问题能力”的教学评价观点,注重在实验学习中创新.同时,采用了能体现综合科技创新能力的“实验设计大赛”实验课程考试方式,进一步实践了物理实验创新教育.2课程内容体现创新教育理念传统上,基础物理教学实验涵盖了基础力学、热学、电(磁)学、基础光学的重要内容;原子物理(或为量子物理)则是近代物理实验的主体项目.我们认为经过近半个世纪科技发展,原子物理实验测量手段有了很大改进,实验可操作性适合基础物理实验的教学要求.我们通过引入部分20世纪中叶的简单原子物理基础实验充实21世纪基础物理实验教学内容,既反映教育与科技发展同步,也为近代物理实验课程提供发展的空间.吸收一些在物理研究方法或实验技术上很有学习价值或应用前景的科研成果中具有共性的内容和物理专业实验基础项目拓展近代物理实验.同时,进一步通过拓展经典物理基础实验项目的教学内容和运用现代物理原理概念两方面措施,实现物理基础实验教学内容的现代化.考虑了力、热、电(磁)、光和原子物理基础各个分支选题的平衡性和实验内容的教学可操作性而构成基础物理实验课程整体.不再采用传统按物理学科分支授课方式,而将基础物理实验课程整体依照由浅入深的认识规律按内容层次分3个教学阶段授课,并明确“3个层次”的教学定位:第1层次———注重基本实验技能培养,学习基本物理量的观测技术方法及其正确的实验数据记录、分析处理、实验结果的准确描述和规范实验报告.第2层次———注重基本物理现象的观测及研究方法,学习力、热、电(磁)、光和原子物理基础的单一物理行为的观测和分析.尽管实际上每一个实验项目所涉及的物理现象并不是单一的,但是在实验教学过程中可以有所侧重,有意识地突出实验某一方面的物理行为及其现象分析.第3层次———充分体现物理研究实际过程,注重物理相互作用的观测研究,培养学生综合分析和科技创新能力.第1层次和第2层次实验项目的教学内容面向所有学习物理实验的学生,第3层次项目内容则进一步分为“通才”要求和物理“专才”要求设置:前者定位于满足所有本科学生教学需要,但在传统的实验方法上有所提高,有所创新,也有自己的教学特色;后者体现了综合创新及使用现代化测量手段,它面向学有余力的学生,满足“优生优培”的教学需要.如果基础物理实验强调基本技能训练,那么近代物理实验课程更突出科技创新能力的培养,其教学过程更专注于实验的物理内涵和物理现象的探索.通常,由于实验原理和技术的复杂性,每个项目的教学安排几乎各自独立.在老一辈教师经验积累的基础上,我们于2000年提出了基于“实验相关”的课程内容改革和实验室建设规划.“实验相关”包含了实验物理原理相关和实验技术相关两方面,注重物理研究的内在联系.实验相关项目构成课程的子集(单元),由这些实验单元组合成近代物理实验课程整体,使整个实验课程一体化.进一步根据课程整体教学要求,对实验相关子集中每一项目的教学重点进行调整,使实验教学内容体现层次结构.
