摘要：為培養(yǎng)具備現(xiàn)代科技素質(zhì)的高質(zhì)量高層次創(chuàng)新人才，物理實驗教學(xué)必須在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和教學(xué)的環(huán)境條件等各個方面展開全方位的改革實踐，建立一種適合當(dāng)代科技發(fā)展的教學(xué)新體系，以滿足各層次學(xué)生學(xué)習(xí)需要，并達到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、主動性的目的。

關(guān)鍵詞：大學(xué)教學(xué)；物理實驗；改革實踐

Abstract： This article discusses the necessity of a multifacet reform in the teaching materials，methods，and environment of college physics experiments and of the establishment of a new teaching system commensurate with modern scientific developments. These will help meet students different needs，motivate their initiative，and enhance their quality.

Key words： college teaching； physics experiment； reform practice

從21世紀(jì)科技發(fā)展和對人才科學(xué)素質(zhì)要求的角度考慮，物理實驗教學(xué)的改革必須建立一種適合當(dāng)代科技發(fā)展、有利于培養(yǎng)具有深厚的基礎(chǔ)知識的創(chuàng)造性人才的教學(xué)新體系。教學(xué)內(nèi)容應(yīng)反映當(dāng)代教育思想和高科技成果，教學(xué)方法和手段應(yīng)改變過去的單一模式，建立多級開放實驗室，滿足不同層次的學(xué)生獨立進行學(xué)習(xí)和研究的需求，采用CAI\，Internet網(wǎng)等現(xiàn)代教學(xué)手段，改善教學(xué)條件，形成多元化的教學(xué)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。

中國科技大學(xué)“理科實驗教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維創(chuàng)新能力的研究與實踐”項目組，在認(rèn)真研究了我國當(dāng)前高等教育改革的趨勢以及教學(xué)方法存在的主要弊端的基礎(chǔ)上，對物理實驗教學(xué)進行了系統(tǒng)的改革，并取得了初步成果。

一、發(fā)展教育技術(shù)，創(chuàng)新教學(xué)模式

教育資源的缺乏是長期困擾教學(xué)質(zhì)量提高的難題，也是制約教學(xué)改革深化的瓶頸。時代的發(fā)展和科技的進步對教學(xué)提出的越來越高的要求，對學(xué)生創(chuàng)新思維和實踐能力的培養(yǎng)需要一種趨向個性化的教學(xué)，需要比普通公共教學(xué)占用更多的教育技術(shù)、創(chuàng)新教育手段來解決。在這些方面，中國科技大學(xué)天文與應(yīng)用物理系進行了多年的探索與研究，研究和開發(fā)了一批物理教學(xué)軟件。其中，1996年他們在國際上首創(chuàng)開發(fā)出第一套仿真實驗教學(xué)軟件，1998年升級為Windows版本，其規(guī)模和虛擬技術(shù)水平得到進一步提高和完善，達到國際領(lǐng)先水平。1999年又推出了《大學(xué)物理虛擬實驗》的Internet網(wǎng)遠程教學(xué)系統(tǒng)，在國際和國內(nèi)物理教學(xué)界產(chǎn)生了很大的影響，得到了廣泛的應(yīng)用和贊揚。它的意義主要體現(xiàn)在如下三個方面：(1)開創(chuàng)了物理實驗教學(xué)的新模式，該成果利用計算機把實驗設(shè)計、教學(xué)內(nèi)容(包括理論教學(xué))、教師指導(dǎo)和學(xué)習(xí)者的思考、操作有機融合為一體，形成了一部可操作的、活的教科書，為物理實驗改革提供了有力的工具，同時克服了實驗教學(xué)長期受到課堂、課時限制的困擾，使實驗教學(xué)在時間和空間上得到延伸；(2)為網(wǎng)絡(luò)教育最難實現(xiàn)的遠程實驗教學(xué)開創(chuàng)了一種新的方法和途徑；(3)開拓了CAI研究的新思路，帶動了國內(nèi)CAI的發(fā)展，同時為學(xué)校開創(chuàng)了新的教學(xué)模式。

1. 實驗理論教學(xué)與實驗教學(xué)相結(jié)合。對有利于深化物理學(xué)概念，發(fā)現(xiàn)、總結(jié)規(guī)律并對規(guī)律本質(zhì)做出解釋的典型實驗，通過仿真軟件的虛擬實驗環(huán)境用于教學(xué)中，將實驗的方法引入新的概念和規(guī)律，把理論教學(xué)與實驗教學(xué)有機地融為一體。對一些典型的知識點，通過CAI教學(xué)軟件介紹它的應(yīng)用。

2. 利用CAI軟件教學(xué)，開設(shè)“物理思想進化啟迪”Seminar課程。按照物理學(xué)的發(fā)展，從機械觀的興起、場與相對論到量子觀，針對物理概念的重大革新和在其中起過重要作用的著名實驗為線索來探索物理學(xué)發(fā)展的規(guī)律、理論與實驗的關(guān)系，以科學(xué)研究與技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)系、培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和科學(xué)素質(zhì)。

3. 在提高公共物理實驗教學(xué)水平與質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力上，對一些難度高、操作復(fù)雜的實驗，項目組采用虛擬實驗、遠程教學(xué)(在校園網(wǎng)上完成虛擬實驗)與實際實驗相結(jié)合的二段、二段式教學(xué)模式，使學(xué)生在課堂內(nèi)獨立完成實際實驗。同時，合理配置教學(xué)資源。針對實驗課量大質(zhì)低的狀況，在總學(xué)時不變的情況下，精簡實驗項目，整合實驗教學(xué)內(nèi)容。適當(dāng)擴大設(shè)計性實驗，綜合性實驗的單項實驗安排5～8學(xué)時，大量的一般性實驗通過仿真實驗進行。通過上述努力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性，大大提高了實驗教學(xué)的質(zhì)量和水平。

二、以素質(zhì)教育為目標(biāo)，建立物理實驗課程新體系

新實驗課程的組成分為基本實驗、綜合性實驗、設(shè)計性實驗、科學(xué)小實驗等，形成從低到高、從基礎(chǔ)到前沿、從接受知識到培養(yǎng)綜合能力，逐級提高的一、二、三級基礎(chǔ)物理實驗課程新體系。每一級物理實驗大致用一個學(xué)期的時間完成，不同的級別標(biāo)志著不同實驗技能和科學(xué)思維水平。這樣，基礎(chǔ)物理實驗課不再是課堂教學(xué)內(nèi)容的簡單重復(fù)和驗證，也不再是把力、電、光、近代物理等獨立學(xué)科的實驗簡單地串聯(lián)起來。使學(xué)生從較高起點上進入大學(xué)物理實驗，逐級走向科學(xué)的高峰。

1. 一級物理實驗為普及性實驗，主要包括基本物理量的測量、基本實驗儀器的使用、基本實驗技能的訓(xùn)練和基本測量方法與誤差分析等。涉及到力、熱、電、光、近代物理各個學(xué)科，適合于理、工、文、商學(xué)院各專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)和基本訓(xùn)練。

2. 二、三級物理實驗逐步增加綜合性實驗和設(shè)計性實驗的比例及難度，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使他們變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。以前由教師排好實驗、準(zhǔn)備好儀器、學(xué)生做現(xiàn)成實驗的做法，變?yōu)樵诮處熤笇?dǎo)下自己設(shè)計方案完成實驗，從而達到培養(yǎng)學(xué)生的綜合思維和創(chuàng)造能力的目的。通過做設(shè)計實驗，學(xué)生從成功與失敗中受到訓(xùn)練，素質(zhì)得到提高。

3. 四級物理實驗以科學(xué)小實踐方式，圍繞基礎(chǔ)物理實驗組織若干課題，以科研方式進行實驗，培養(yǎng)學(xué)生的研究、開發(fā)應(yīng)用能力。

在課程安排上，一級物理實驗面向全校各學(xué)科專業(yè)學(xué)生開課，二、三級物理實驗對理工類專業(yè)開課，四級物理實驗為物理類各專業(yè)學(xué)生必修課、理科非物理類各專業(yè)學(xué)生選修課。)

三、注重實物實驗的時代性與先進性，改革實驗教學(xué)內(nèi)容

物理實驗必須與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)接軌，才能使現(xiàn)代科技成果滲透到傳統(tǒng)的經(jīng)典課程內(nèi)容之中，也才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。例如，在對全校工、商、文科學(xué)生一、二年級所開設(shè)的物理實驗中，已涉及光譜技術(shù)、真空技術(shù)、磁共振技術(shù)、核物理技術(shù)、X光衍射的技術(shù)、光纖技術(shù)、傳感器技術(shù)、光學(xué)信息處理技術(shù)等。開設(shè)這些項目是為了從物理實驗的設(shè)計思想、實驗方法、儀器的設(shè)計原理、結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用等方面拓寬學(xué)生的知識面，培養(yǎng)他們的綜合實驗?zāi)芰Α?/p>

四、營造創(chuàng)新人才培養(yǎng)的多元化教學(xué)環(huán)境

目前中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)開設(shè)的實驗類型有公共必修實驗、選修實驗、仿真實驗、遠程網(wǎng)絡(luò)實驗、開放實驗等。

1. 利用現(xiàn)代教育技術(shù)開設(shè)“大學(xué)物理實驗遠程教學(xué)”

自開設(shè)遠程網(wǎng)上物理實驗教學(xué)以來，學(xué)生利用校園或Internet網(wǎng)對實驗教學(xué)內(nèi)容進行課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)，便于學(xué)生充分地學(xué)習(xí)和掌握實驗教學(xué)的內(nèi)容。通過開設(shè)網(wǎng)上虛擬物理實驗選修課，學(xué)生可以根據(jù)自己的時間在任何地點自主地進行學(xué)習(xí)，這滿足了不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

2. 開設(shè)開放服務(wù)實驗室

在每級物理實驗中，開設(shè)開放服務(wù)實驗室，它不僅在時間上對學(xué)生開放，而且在實驗內(nèi)容上也對學(xué)生開放。近兩年開放實驗的項目有：擺的運動規(guī)律及應(yīng)用研究、電學(xué)儀器的設(shè)計與制作、光學(xué)儀器的設(shè)計與制作、波的特性研究、教學(xué)軟件的設(shè)計與開發(fā)等。在開放服務(wù)實驗室中，學(xué)生可利用實驗室提供的設(shè)備自己設(shè)立題目，教師只是指導(dǎo)和審核學(xué)生提出的實驗方案與題目，最后學(xué)生以小論文的形式在Seminar課中上臺宣講，討論和總結(jié)成功和失敗的原因、自己的創(chuàng)新點等。

3. 仿真實驗室

根據(jù)實驗的特點和復(fù)雜性，實驗室提供計算機和物理實驗教學(xué)軟件，與實際實驗相配合，通過多種教學(xué)方式完成各種物理實驗。