徐伟 杨旭 张冰

摘  要：大学物理实验课程具有提高学生实践能力、独立思考能力以及创新能力等作用，结合新时代科技快速发展对理工科的要求，对大学物理实验课程改革，对培养高素质理工科人才、使其适应新时代发展具有重要意义。文章结合当前高校大学物理实验课程的教学特点，分析了教学过程中存在的不足，从开展创新性的课程设计、发展多元的教学模式和实施激励性的考核方式三个方面深入讨论了大学物理课程改革路径，以期为借助大学物理实验课程提升新时代大学生创新能力和拓宽视野提供一定借鉴意义。

关键词：新时代;物理实验课;课程改革

中图分类号：G642.0    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2022）17-0140-04

大学物理实验是一门理工科学生必学的实践性基础课，重点锻炼学生的动手能力、理论与实践相结合能力、创新能力、独立解决问题能力等，是大学生接受实验技能锻炼的开端[1-2]。然而，尽管大学物理实验课程已在理工科高校中开展了近几十年，但由于大学物理课程的授课模式仍在沿用传统的方式，不利于学生适应新时代的科技发展需求。因此，为了提高大学物理课程的教学效果，提高学生的实践能力和创新能力，锻炼适应新时代发展的高素质大学生，尝试对大学物理实验课程设置、教学模式及考核方式等方面进行改革和实践是十分必要的[3-4]。

一、当前大学物理实验课程存在的不足

（一）课程设置需要革新

目前，各高校大学物理课程所设置的实验均为传统验证物理基本定律或测试基本物理量的实验，尽管近些年高校陆续更新了实验器材，但实验内容上的改变不大，实验课程内容跟不上社会发展的要求。由于科技在迅速的发展，新时代学生需要了解物理知识在前沿科技中的应用，但大学物理实验课程还停留在验证几百年前的物理基本定律中，这对提升学生的见识和创新能力具有一定限制。大学物理实验是所有工科学生的必修课，但不同的学科对物理知识的侧重点不同，目前大部分高校仍然对不同专业学生设置相同的实验内容，不利于学生在专业上的发展。因此，高校需要对大学物理课程教学进行改革创新，以适应当前时代的发展。

（二）教学模式需要创新

传统的大学物理实验课程在教学过程中，通常是由教师先讲解实验的基本原理、使用器材和操作注意事项等内容，然后在课上给学生进行操作示范，再由学生动手操作，这种教学模式存在以下不足：首先，在教师讲授实验理论前，大部分学生没有预习，仅在课上听教师的介绍很难掌握实验原理及操作的精髓;其次，在教师实验示范时，学生往往通过录音或录视频的方式对示范进行记录，在自己做实验时依照记录内容以“照葫芦画瓢”的方式进行重复，尽管在理论基础上没有完全理解，但是仍然能很好地完成实验内容，这违背了大学物理实验课设置的初衷。此外，在实验后进行数据处理和误差分析时，有些学生根据已处理好的实验报告进行模仿，根据处理公式带入相应数据仍能够得出满意的结果。因此，当前的教学模式对锻炼学生的自主学习和创新能力十分不利，需要在教学模式上进行创新。

现在的教学模式中，教师的主要作用是讲授实验原理、教学生如何规范地做实验和督促学生上交实验报告。在整个课程中，教师完全处于主体地位，学生只是被动地学习。在教学过程中，学生的主观能动性较差、学习动机不强。学生主观掌握实验原理、实验操作流程的主观意愿不强，一直处于被动接受的状态，缺乏思考的过程，很难锻炼学生发现问题、解决问题的能力。

（三）考核方式单一

当前，各高校对大学物理实验课程的考核主要以平时成绩和期末成绩为主，平时成绩包括对实验的预习报告、操作、实验数据准确性、数据处理和误差分析等内容进行打分。期末成绩是设置一次实验，学生在课堂上独立完成该实验，并在课堂上完成数据处理及误差分析，最后上交完整的实验报告，而实验的成绩就是最终的期末成绩。这种传统的考核方式存在以下缺点：首先是学生容易应对，整个过程都是流程化的，由于平时实验和期末考试的过程相似，学生平时只要不缺席，再根据教师的示范过程完成实验、对实验数据及误差进行处理就能够拿到不错的成绩;其次，阻碍了新时代学生的创新能力，学生上课只需要重复教师示范的过程就能够轻松完成任务，整个过程是机械性的，学生不需要动脑;最后，没能够达到理论和实验互相验证的目的，在当前的考核方式下，没有考虑学生的创新能力所占的比重，不能够刺激学生学习的主动性，学生甚至在不清楚实验原理和每一步实验步骤的情况下也能够完成实验内容，此过程中学生不能够体会理论与实验间的密切关联，违背了大学物理实验教学的初衷。

二、大学物理实验课程改革策略

（一）開展创新性的课程安排

1. 针对学生专业设置实验课程

物理实验课程主要探究的是物理基本原理、物质基本属性和事物演变规律等，而专业实验主要关注的是一些基本原理在解决实际问题中的应用，因此，学生在学习专业实验前夯实理论基础，对其今后专业上的发展具有非常重要的作用。为此，建议大学物理实验课程根据不同工科专业学生有针对性地设置不同实验内容，如针对光学专业的学生应注重安排迈克尔逊干涉、光栅光谱仪、几何光学综合实验等课程;针对电学专业的学生应注重安排示波器使用、霍尔效应、PN结特性、传感器信号数据采集等电学基础和应用实验，这样在大学物理课程中就能够让学生充分掌握专业相关的基础知识。

针对不同专业的学生设置相对应的实验内容，这样有利于学生在今后专业实验中发挥其创新创造能力。部分学生还存在思想惰性，存在对实验课不重视的现象，认为实验课没有理论课重要，一定要转变学生的这类想法。在课堂上，要强调物理实验课的重要性、与学生专业的密切相关性。实验课相比理论课更有利于培养学生的创新能力和动手能力。在做实验的过程中，学生不是死板地学习书本上知识点，而是要将学习到的知识应用到专业背景中。在物理实验课堂上的学习，可使学生的思维更加开放，不再局限于课本上死板的知识点，让学生更注重在专业课中的应用。

2. 与大学物理课程融合

大学物理课程是一门综合各理工学科的基础课程，其理论基础可应用到各个自然学科中，但学习对象较抽象，导致学生的学习过程很枯燥。而大学物理实验是一门验证大学物理基础理论的一门学科，注重锻炼动手能力。学生只有在对物理原理完全理解的基础上，才能进行大学物理实验的学习。但在教学的过程中，往往出现学生对实验原理理解不透彻的情况，导致实验进展不顺利。特别是对于创新性实验，学生需要设计实验流程、搭建实验设备，在这个过程中，学生如果对实验原理不清晰，就无法开展实验。

在部分高校中，物理系教师既教授大学物理又教授大学物理实验，但目前多数学校是把这两门课分开的，并且实验课的内容与理论课紧密度不够，而这两门课在内容上是相辅相成的，降低了这两门课的教学效果。因此，建议大学物理实验在课程安排上与大学物理课程相呼应，让学生在学完一定的理论知识后，及时到实验课上去进行相应的实验验证，这样一方面有利于学生深刻地理解定理和定律的内涵，提升两门课程的教学效果;另一方面，两门课的融合将有利于提升学生的学习兴趣，学生在学习理论知识时，会想着实验该怎么做，因此会投入更多的精力去了解实验的理论基础。而在实验时，学生为了验证理论的正确性，将会再次回顾学习的理论基础，避免了传统实验教学中模仿式实验的过程，更能够突出大学物理实验课程的价值。

3. 设置科技前沿和创新性实验课程

理工科人才培养是突破当前西方国家对我国科技封锁的关键因素，培养具有前沿科技视野和突出创新能力的理工科学生是新时代的要求。当前我国正大力发展量子信息、新材料、太空科技、人工智能等前沿领域，这就要求大学生的课程应紧跟我国和世界科技发展的潮流。物理知识是当前前沿科技的基础，因此在大学物理实验课程中，应适当融入前沿科技所应用的物理理论相关的物理演示实验，一方面有利于学生开拓视野，紧跟世界科技进展前沿，了解当今世界科技的发展状况，对今后学生的职业规划具有重要的帮助;另一方面，学生对前沿科技均具有浓厚的兴趣，能够利用课堂的时间学习到更具有价值的实用性知识。总之，加强对大学生科技前沿教育，对学生自身发展和支撑我国国家战略发展具有重要意义。

在大学物理实验课中建议设置创新性实验。在学生可以很好地完成基础性实验的基础上，高校应为学生提供创新性实验，培养学生的自主思考能力和创新能力。物理实验的教学过程也可不约束于大学物理实验的实验室，可将学生带入教师真正從事科研的实验室，让学生了解真正的科研过程。

创新性实验需要学生根据实验内容制订实验流程和方案，在实验之前学生需要做好充足的准备，包括知识的准备和流程的制订，需要自主查阅科研文献及相应的硕、博士论文，对问题进行深层次的探讨。学生也可根据自身的兴趣点设置创新性实验，自主查阅文献，设计实验方案、操作流程、搭建实验装置。整个实验过程中，必须以学生为主体，教师在学生遇到没办法解决的问题时候才出现，主要起到引导作用，不会讲解实验内容以及演示实验操作等。在此过程中，教师应允许学生失败，给学生机会反复做实验、给学生课下进实验室的机会，培养学生自我检查、自我总结、在失败中不断学习的能力。

（二）发展多元的教学模式

1. 设置实验设备使用课

目前的大学物理实验教学过程中，通常是教师在讲解某一个实验时介绍所用设备在实验中用到的功能，对一些设备在其他领域中所用的功能及作用介绍较少，使学生对某一设备的了解仅仅局限在某一实验上。如学习示波器的使用时，学生仅了解如何校准和正确读取信号的幅值和周期，而示波器在电学和磁学等实验中的应用十分广泛，导致学生在实验探索过程中的工具功能使用受到了局限。因此，在上大学物理实验课前，教师应对设备功能介绍和使用进行系统讲解，让学生了解每一个设备所具有的功能、应用场景、仪器自身特点、测量局限及注意事项等内容，学生可根据所学的仪器知识和实验题目自行选择设备解决问题，从而提升学生的创新能力。

2. 采用课上、课下相结合的教学模式

发展多元的教学模式对大学物理实验课程的教学是十分必要的，可利用雨课堂等教学平台，雨课堂可将手机微信与教学课件相结合，突破了空间和时间的限制，在课上没有听明白的地方，学生可利用课堂回放的功能在课余时间反复观看、反复学习。教师应在做实验之前规范学生的操作流程，将该实验的注意事项转化为选择题提前上传雨课堂中，学生只有将选择题全部答对才可以开展实验，这样可促使学生认真对待整个实验流程。

3. 将编程、可视化和模拟软件融入实验教学

传统的大学物理实验教学中，对实验现象的演变过程和参数的影响等主要通过描述或图片的形式展现，这种讲授模式较枯燥，且在解释注重实验过程的大学物理实验内容时也稍显乏力。因此，应在大学物理教学过程中融入编程、可视化或软件模拟等工具，在课上展现实验的预想过程和结果，这有利于学生直观体验事物的物理演变规律、影响因素及结果，对指导学生正确操作实验和获取正确的实验结果具有重要的实际意义。另一方面，由于模拟的情况一般是在理想情况下得到的实验数据，学生在实验过程中可根据计算或模拟得到的标准结果进行实验过程的纠正和误差分析，对其更加深入地理解实验内容具有重要的辅助作用。

在物理实验的教学中，如液体表面张力系数的测定的实验中，需要用到作图法求得传感器的灵敏度，传统的方法是利用坐标纸作图，可鼓励学生利用Matlab等软件作图;在长度和固体密度测量、扭摆法测定物体转动惯量等实验中，学生需要处理的数据量特别大，学生利用计算器很耗时，学生一直在做重复性的工作;其次数据量大，学生很容易出错。教师应鼓励学生利用更高效的方法处理实验数据，培养学生利用现代工具的能力，而不是拘泥于传统的方法，向学生传达传统的方法不一定就是最高效的方法，培养学生不崇拜权威、勇于挑战的精神。

4. 随堂完成实验报告

现有的大学物理实验教学过程中，一般要求学生在课上完成实验，在课后完成相应的数据处理和误差分析等内容。然而，由于实验的难易程度、学生的综合素质不同，导致学生完成实验的时间不同，完成早的学生浪费了课上剩余的时间。此外，在课后处理实验数据过程中，有些对数据处理不熟练的学生还会互相借鉴完成，没有达到训练数据处理的能力。为此，建议教师组织学生在大学物理实验课上随堂完成数据处理和误差分析，并随堂上交实验报告。一方面有利于节省大部分学生的时间，并且保证每个实验在连续的系统中完成，避免了课后再复习需要的时间。此外，随堂完成实验报告将督促学生独立完成实验后续内容，达到锻炼数据处理的能力。

（三）实施激励性的考核方式

目前，大部分的高校对大学物理实验的考核主要通过平时成绩和期末成绩组成，不利于激发学生的创造能力，发展多元的考核方式是十分必要的[5]。因此，建议大学物理实验结合常规实验、自主实验和创新实验内容进行考核。常规实验通常为通过给定实验题目和限定的器材完成;自主实验为学生自主选择实验器材完成给定题目的实验;创新实验为针对生活中某一实际问题，让学生自主选题、自主设计实验方案、自主选择器材去独立解决问题。以上三种实验方式相结合的考核模式，可充分锻炼学生的独立发现问题、分析问题和解决问题的能力，能够激发学生的学习兴趣，锻炼学生的创新能力，这对于提升大学物理的教学效果具有重要意义。

三、结语

本研究結合当前我国理工科高校大学物理课程的教学现状，针对新时期对大学生综合素质的要求，分析了大学物理实验课程中存在的不足，并提出了课程改革的建议，探讨了改革的预见效果。在大学物理实验课程改革中，高校应找到一条符合本校实际的方案，努力培养学生成为面向世界、面向未来、适应经济体制和经济增长方式转变的人才。

参考文献：

[1] 吴苗，刘道军. 大学物理实验课程的必要性及其实施[J]. 科技资讯，2018，16（17）：178-179.

[2] 檀姗姗，黄蕊，孙宗利，等. 大学物理实验教学改革的探讨与实践[J]. 物理通报，2021（11）：121-125.

[3] 周晓红，陈杰，张西平，等. 基于创新创业教育理念的大学物理实验课程改革探索与实践[J]. 大学教育，2021（01）：148-150+180.

[4] 简荣华，毛勇华，庞涛. 新工科背景下大学物理实验室对学生创新能力培养的研究[J]. 科技视界，2021（25）：94-95.

[5] 郑志远，高华，黄昊翀，等. 新形势下大学物理实验考核方式的多元化探索与实践[J]. 物理与工程，2021，31（05）：147-151.

基金项目：本文系2021年重庆工商大学教育教学改革研究项目“大学物理课程思政教学改革与实践”（项目编号：21204 4）;“基于‘人工智能+’的环境微生物实验混合教学模式探索与实践”（课题编号：212027）研究和资助成果。

作者简介：徐伟（1991—），男，博士，重庆工商大学智能制造服务国际科技合作基地，讲师，研究方向为多孔材料的制备及其在能源和环境领域中的应用;杨旭（1991—），女，博士，重庆工商大学人工智能学院物理系副教授，研究方向为核聚变等离子体的数值模拟;张冰（1986—），男，博士，重庆工商大学智能制造服务国际科技合作基地，副教授，研究方向为膜法水处理技术、污水资源化再生回用技术。