开放式物理实验教学改革的研究与探索

2022-11-09

1 开放式物理实验教学改革的原则和指导思想

1.1 指导思想

为适应2 1世纪科技发展对人才素质的要求, 物理实验教学的改革, 必须建立一种适合当代科技发展、有利于培养具有扎实基础知识、创新精神和实践能力的高素质人才的教学新体系, 教学内容应反映当代教育思想和高科技成果, 改变单一的教学方法和手段, 实验教学应该由现有的固定、封闭型向充满生机的开放型转变, 突破现有的实验教学的传统观念, 使实验教学结合科研和生产实际。从教学内容到教学方法要不断的更新, 实现以人为本, 以学生为主体, 因材施教、因需施教, 把培养学生的科学实验能力放在首位。充分利用现有教学资源, 创造一种使学生生动、活泼地进行实验活动的环境, 提高学生学习的主动性和创造性, 培养学生掌握科学实验方法和技能、提高分析和解决问题的能力。

1.2 开放原则

实验室开放一般包含3个方面的原则, 即:硬件开放——环境设施、装备条件和实验时间开放;软件开放——实验内容开放;对象开放——面向全校各专业、各年级本科生与研究生, 全校教师。

实验室开放, 使学生具有一定选题的自由, 或使其有充分发挥想象力与创造力的余地, 最重要的是让学生有独立设计实验方案的自由。但是, 开放并不意味着老师可以撒手不管, 教师的主导作用在开放进程中应予以加强而不是削弱, 采用启发式、讨论式、探索式的教学方法, 才能使开放达到应取得的良好效果。当然, 开放也不一定要面向全体学生大面积地全面开放, 开放要根据我校自身的特点、和现有实验室的资源条件逐步对学生实行开放, 并不断增加开放时间、空间和实验内容。

我校物理专业的“普通物理实验”课时为1 5 4学时, 理工科专业的“大学物理实验”课时为62学时, 属必修公共基础课, 每届总共修课学生人数约3 0 0 0人。为保证教学的顺利进行, 实施有序性开放。

2 开放式物理实验教学改革的主要内容

2.1 以素质教育为目标, 改革物理实验课程教学体系和内容

我校“物理实验教学中心”是由原基础物理实验室、近代物理实验室和专业物理实验室调整合并而成, 中心实行校、系两级管理体制。中心统一安排实验课程, 统一调配人力, 统一进行课程整合, 统一领导和规划教学改革。为配合开放式物理实验教学, 规范了物理实验课程新体系, 这一新体系将由三个部分组成, 设置成三级实验教学过程。一级实验为基本物理量的测量和基本仪器的使用, 该部分实验主要为入门性、基础性实验;二级实验为实验测量方法和常用物理量的测量, 主要内容为提高性实验;三级实验为实验技术和实验规律的学习, 主要内容为综合性、设计性实验。在新的实验课程体系的总体规划上, 以素质教育为目标, 突出“三基”的强化训练, 注重创新能力的逐步培养。强调相关课程之间的联系, 并以测量方法和手段的多样性为基线, 搭起物理实验的理论框架, 按实验的基本知识、思想、方法、技术以及主要物理量的测量、物理现象的研究、学生能力的培养等各不同层次的要求来安排和组织教学。

2.2 以学生为根本, 实行开放式物理实验教学

实行全方位、多层次的开放式教学是实验教学改革的必然趋势和发展方向, 是对传统实验教学的一种挑战, 它不只在于实验时间和空间的开放, 更侧重的是教学内容、教学方法、教学手段上的开放, 是观念意识上的开放, 是实验教学改革的重大举措, 是一种个性教学模式。这种教学模式能满足学生求知、探索和创新的欲望, 侧重创新精神与能力培养。它能为学生的主动学习和个性发展创造一个较好的外部环境, 体现了以人为本的教学理念, 能有效地解决当前实验教学中存在的问题[1]。

我校物理实验教学中心在开放实验教学主要采取了以下三种方式:

(1) 教学内容开放:在必修课中引入选修机制, 使教学内容有弹性, 满足了不同学科、不同专业、不同层次学生的需求。除规定各学科学生要完成若干必做实验, 又开出同样数量的选做实验。选做实验可让学生根据自己的专业、能力和志趣自主选择实验项目, 鼓励学生多做实验, 给学生学习以充分自主权, 加大了对学生设计能力和动手能力的培养力度。因材施教, 充分调动学生学习的主动性和积极性。

(2) 教学时间开放:学生在开始物理实验课1个月后开始进入开放实验室, 开放时间从每周一到周日, 不分节假日, 除特殊情况另行通知外, 每天开放10个小时。学生可以自由选择实验时间。

(3) 教学管理的开放:让东、中、西各校区学生根据各自的教学要求自主地选择实验项目、时间和指导教师, 实现跨校区实验预约。同时在网上开辟教师与学生交流系统, 实现网上讨论、答疑和教务管理, 适应合并办学的需要。

2.3 以先进管理手段为基础, 促使开放式实验教学顺利进行

为确保扩大招生和大面积开放教学情况下实验教学质量的提高和教学秩序的稳定, 学校在开放实验教学运行中加强了各项规范化建设与改革, 到目前为止已经制定了一套行之有效、适合《大学物理实验》课程全开放运行的管理制度和教学规范, 如物理开放实验室管理规定、开放式物理实验课教学规定等。

针对原开放实验室实行手工预约时管理和教学工作量大的特点, 我们开发了“基于校园网的物理开放实验网络选课系统”, 该系统具有功能强、运行可靠和使用方便等特点, 从实验课程和项目的设置、实验教学安排、预约查询与名单生成打印、实验签到确认、统计报表以及与外界交换数据等所有开放的教学环节都在该系统下运行。使用该系统后, 教学秩序井然, 传统的管理手段无法与之相比。例如, 实验资源的滚动给出, 完全可以满足每一个学生选修自己想做的实验的要求;因特殊原因学生可以取消预约的实验并重新预约, 免去调课、补课的麻烦;可以随时了解学生的实验进度、实验时间和项目分布情况, 为科学安排实验提供可靠数据。同时, 利用实验中心网上资源还可实现学生网上实验预习, 可让学生能在网上对要做的实验, 先有所了解, 并进行网上仿真实验。开放式教学全面采用网络进行管理, 大大提高了管理效率和管理水平, 确保实验开放教学的顺利进行。

3 开放式物理实验教学改革的实践成效

经过近3年的边建设边实践, 大学物理实验课在规范化建设方面取得了比较理想的效果, 高质量高标准圆满地完成了学校下达的各项教学任务。我们认为开放实验教学实施后总体效果主要表现在以下方面:

3.1 促进教学观念和学风的转变

开放式教学充分体现了以学生为中心、以学生发展为根本、一切为学生服务的教学观念, 学生改变过去的被动学习为主动、有兴趣、合理安排时间和选择实验内容的学习。由于每个学生选择的实验时间和项目差异很大, 课前阅读教材资料、准备实验的时间增加, 课间要独立完成实验操作, 对学生的要求提高了, 促进了教学观念和学风的转变。

为学生提供了更多的实验项目, 满足了学生广泛的求知欲望。我们通过挖掘实验室潜力以及开发新型实验项目, 如把一些原来面向物理专业学生的实验给其他理工科学生开放, 这样使面向学生开放的实验项目大为增加, 为不同兴趣爱好、不同专业的学生提供了更多的学习物理实验的机会。

3.2 满足分层次和个性化的教学要求

传统的实验教学是学生在规定的时间、按规定的内容进行实验, 极少对实验作进一步的思考。验证性的实验较多, 而综合性、设计性实验较少, 难以发挥学生的聪明才智。实验室开放, 学生可以根据自己的情况主动安排时间, 选择有兴趣的内容, 使学生由被动转为主动, 成为实验的主人, 调动学生的学习的积极性和主动性。新课程教学体系和内容为学生提供了更多的学习机会和自主权, 使学生在观念上由“要我学”转变成“我要学”, 调动了学生的学习积极性, 激发了学生的学习兴趣。学生在选修实验中比原计划多做1.6个实验。学生做实验最多的达到3 0个, 全部做完实验室所提供的实验项目, 超过计划学时2 0%。由于实验室开放, 时间充分、思想活跃、学习更加深入, 从而有利于培养学生的综合素质和创造能力。强调分层次和个性化教学, 这些都只能通过实验开放教学才能得以实现。同时, 开放后的实验室成为学生创新活动的重要基地, 为学生提供良好的场所和必要的设备条件。

新的实验课程体系从物理学专业9 9级学生开始试行, 从平时实验、实验报告和考核情况可以看出:和前几届相比, 学生对实验的基本知识、基本技能及误差基本知识掌握有明显提高, 创新能力得到培养。在最近连续四届的江苏省高等学校大学生“物理及实验创新”科技作品竞赛中, 我校多名师生获奖。这些成绩充分体现实行开放实验教学下的新实验教学体系学生的科学实验能力和创新能力有了大幅度提高。

3.3 提高师资队伍水平和实验教学质量

开放式教学中的一些实验内容反映了当代科学技术的发展水平, 涉及的知识面广。这就对教师和实验技术人员提出了更高要求, 不但增加了工作量, 更主要的是对业务要求更高了, 不能再吃“老本”了。学生在实验中发现的新现象和新问题, 反过来也促进教师去再学习。这样, 教师不仅要有本学科扎实的理论基础、较好的实验技能, 还要加强业务学习, 不断更新自己的知识, 这在新实验开设和学生科技创新活动中显得尤其重要, 否则就不能胜任实验教学。在开放实验进程中, 教师是主导, 学生是主体。教师先于学生预见到研究性、探索性实验的目标。可以说开放教学提高了师资队伍业务水平和实验教学质量。

3.4 提高实验资源利用率, 有效解决实验排课的困难

我校扩招后, 物理实验中心每年接待的学生由过去1000多人增加到现在的近3000人, 近几年实验条件虽然得到很大改善, 但要高质量地完成教学任务仍然面临巨大的压力。同时由于英语、数学、体育等基础课程实行分级教学, 选修课的大量增加, 学生公共时间越来越少, 给实验排课带来很大的困难。开放式教学很好地解决了这一难题, 使实验师资、设备和场地等资源实现优化组合, 整体提高了实验教学的效率和效益。开放式实验教学无形中将实验室容量扩大了, 为扩大招生后的教学质量提供了保证。通过规范化管理, 实验室的仪器设备配置得到优化、维修及时、合理调配, 保证每一台仪器设备工作正常, 为大规模开放教学提供了物质保障。[2]