《大学物理实验教学体系和模式的改革与实践》

《大学物理实验教学体系和模式的改革与实践》

成果总结

本项目为沈阳工业大学教育教学改革重点项目之一。大学物理实验作为理、工科各专业学生进入大学后最先接触的一门必修实验课，在培养学生的实验技能和创新能力方面起着其它学科不可替代的作用，它的教学质量的高低直接影响学生对后续课程的学习效果，影响对学生整体目标的培养质量。自2006年立项以来，遵照教育部关于在实践教学中要加强设计性、研究性、创新性实验的指示精神要求，按照“增加层次、更新内容、开放实验、因材施教”的指导思想，对大学物理实验的教学体系和教学模式进行了改革与实践，项目组经过五年的改革与实践，取得了如下的主要研究成果： 一、构建模块化教学体系和开放式教学模式

本成果改革了传统的大学物理实验教学体系和教学模式，构建了模块化教学体系和开放式教学模式，激发了学生主动学习的热情，提高了教学质量。

传统的大学物理实验教学体系是把大学物理实验分为力学、热学、电学、光学实验和近代物理实验。传统的教学模式是先由教师讲解实验的目的、实验原理、实验内容、实验步骤及实验数据的处理等，学生按要求完成实验。这种教学体系和模式的缺点是实验内容相对独立、缺乏知识之间的关联性，综合性、设计性实验比例小，没有研究性实验，反映物理学的新发展与新应用方面的实验少，教学模式呆板、与现代科学技术发展相脱节，其结果导致培养的学生缺乏个性、缺乏创新能力。

针对上述传统的大学物理实验教学体系和教学模式的不足，我们构建了模块化的教学体系和开放式教学模式。

1 模块化教学体系

通过调整实验仪器与实验内容，按实验的难易程度和综合知识量将物理实验划分成基础性实验、综合性实验、设计性实验和创新性（研究性）实验四个模块。提高了综合性、设计性实验的比例；结合理工科学生的学习兴趣，综合现代应用技术，新增加了创新性（研究性）实验。新的课程体系使得物理实验由浅入深、由简单到复杂、由被动模仿到主动设计以及综合运用，逐渐加深学习内容的深度、广度和综合程度，符合认识规律和教学规律。

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2 开放式教学模式

大学物理实验的四个模块采用不同的开放式教学模式。①对基础性实验、综合性实验、设计性实验三个模块，采用定制方式开放式教学。首先，实行网上预约选课。学生可根据自己的学科、专业特点，在正常的教学时间内，按照每个模块必须完成的学时数，自主地选择实验题目、实验时间和指导老师。其次，改革填鸭式教学方法。由过去的“讲实验”，改成通过提出问题、启发、引导、讨论等教学方式，由学生自行操作、自行解决问题、独立完成实验，课后按要求完成实验报告。再次，建立了网上虚拟实验室。目前网上虚拟实验室有完整的20余个实验题目，学生通过虚拟实验室可以观察、模拟20多个实验的物理过程；结合大学物理教学内容，开放大学物理演示实验。②对创新性（研究性）实验，采取研究性开放教学。首先，实验题目及内容对学生开放。学生针对创新实验室列出的研究题目或学生针对自己的专业特点和个人爱好，参考实验室可以提供的仪器设备自拟研究题目。其次，导师制方式教学。学生通过查找资料、提出自己的研究方案和研究路线，提出自己的实验计划；指导教师则定期听取学生的工作汇报，审视、引导学生的下一步工作。最终由学生独立完成实验并写出研究报告。再次，创新实验室实现了全方位的开放，不但实验题目自选自拟，而且在实验时间上也做到完全开放（实验室在晚间、周六和周日也对学生开放），学生可随时到实验室做实验。完成实验的周期限定在本学年内。

为提高教学质量，在教学体系和教学模式改革的同时，学校加大了硬件投入力度，为教学成果的取得奠定了坚实的物质基础。

二、实现实物预习、网上选课，提高学生选题的透明性和针对性

针对以往学生在对实验内容和实验仪器几乎没有实际了解的情况下，就盲目的到学校机房把一个学期的实验题目都全部选完的问题，实验室建立了开放式实物预习、网上选课实验室。该实验室配有本学期所开设的全部实验题目对应的完整实验设备，以及选课所需的计算机。在该实验室，学生可以结合实验题目对应的实验仪器进行预习操作，同时可完成网上选课任务。实物预习、网上选课实验室实行全天开放，学生可以随时到实验室选课或了解实验仪器的特性。实物预习、网上选课克服了学生在机房选课的盲目性，学生结合实物预习实验，提高了学习效率。

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三、建立创新实验室，提供培养创新能力的平台

建立了创新实验室，为培养学生创新能力提供了平台。该实验室充分利用闲置的教学设备和部分教师的科研项目，开发出了“直流电弧等离子体法制备纳米粒子研究”、“碳纳米管的制备研究”、“Al3O3N纳米线的制备研究”、“低真空的获得与测量研究”、“空气密度与气体普适常数测定研究”、“磁光效应研究”、“电光效应研究”、“弱信号检测技术研究”、“通用线路板设计”、“磁性液体的制备研究”、“磁性液体在旋转密封中的应用研究”、“磁性液体在滑动密封中的应用研究”、“自动控制电弧放电法制备纳米粒子实验装置研制”、“Fe-Co合金纳米粒子的磁性研究”、“Co-Ti(CN)复合纳米粒子的特性研究”等80余个创新性实验题目。

创新实验室采取与教师的科研项目相结合的运作方式，产生了许多由科研项目转化而来的实验题目。例如:“直流电弧等离子体法制备纳米粒子”、“BET法测量纳米粒子的比表面积和粒度”、“饱和磁化强度测定”、“液体黏度的测定”、“纳米粉的导电性能测量”、“纳米粉的氧化特性测量”、“纳米粉的吸波特性测量” “纳米粉的氧含量测量”等。这些实验题目大多数是当前相关方向的研究热点，通过这些实验使学生及时了解国内外最新研究现状，得到科学研究方法、能力等方面的锻炼，提高创新意识。鼓励学生作实验的同时积极参加教师的科研课题，与老师共同撰写论文，老师与学生结合创新性实验先后在《材料研究学报》、《中国粉体技术》、《中国有色金属学报》、《复合材料学报》、《热处理学报》、《功能材料》、《稀有金属材料与工程》等杂志上发表题为“BN包覆Co纳米胶囊的制备和性能”、“Mg基复合纳米粉体的制备和氧化特性”、“Mg纳米粉的制备及其氧化特性”、“松油醇包覆Cu-Ag复合纳米粉的氧化特性”、“Ni纳米粉体的氧化特性和磁性研究”、“Cu纳米粉的制备及其导电性能研究”等论文10余篇。实际运作中，学生大部分都在晚间、周六和周日进入实验室做实验。 四、自制教学仪器，丰富教学内容

自行研制、组合和更新改造了数十种教学仪器，投入教学使用后受到师生的欢迎，大大促进了教学质量的提高。自制仪器涉及内容丰富，通过简单的物理过程，阐明深奥的物理规律。①利用新材料设计制作仪器，使学生了解最新的科学技术。例如“记忆合金实验”、“钕铁硼磁体单极电动实验”、“人造彩虹显示屏”等。②利用新技术设计制作仪器，使学生了解物理学原理在实际中的应用。例如

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“磁光调制实验仪”、“压电引爆实验”、“电流变技术实验”等。③结合课堂教学设计制作演示仪器，使教学能够理论结合实际。例如“磁耦合演示仪”、“磁控灯丝演示仪”、“微热发动机演示仪”、“光学实验暗箱”、“铝棒纵横波音频演示器” “振动马达演示器”、“绝热压缩发火器演示仪”等。④开发传统实验，丰富实验教学内容。例如在气垫导轨上开发了多个新实验题目，丰富了设计性实验的内容。像爆炸过程动量守恒实验，火炮发射的动力学实验，磁阻尼实验，磁势测定实验等。

五、改革实验教材，突出应用技术

针对大学物理实验教学规律，结合我校学科专业特点，逐步完善、提高教材的水平，出版了与新教学体系和模式相适应的教材。在教材中，除了强调传统仪器设备在实验中的应用外，还增加了物理在现代工程技术中的应用方面的实验题目，拓展了学生的视野。《大学物理实验》（科学出版社）被列为21世纪高校规划教材。

六、本成果的创新点

1．构建了具有先进教学理念的现代化实验内容，分层次、模块化的大学物理实验教学体系，该体系按实验的难易程度和综合知识量将实验划分为基础性实验、综合性实验、设计性实验和创新性（研究性）实验四个模块。对不同的模块，采用不同的教学内容、教学方法和开放模式，使大学物理实验教学由浅入深，由被动模仿到主动设计、综合应用和创新，从而更加符合认识规律和教学规律。

2. 创新实验室的运作模式达到了真正意义上的开放实验室要求，学生自选或自拟研究题目、自定研究方案和研究路线，实验时间不受任何限制，充分调动了学生的自主学习积极性。创新性实验题目与老师的科研课题相结合，使学生得到科学研究方法的熏陶，及时了解有关方面的国内、国外最新研究现状，提高了学生的实践技能和创新能力。

3. 自制教学仪器，丰富教学内容，启迪学生创新思维，提高学生的实践能力。

4. 实物预习、网上选课实验室实现了学生结合实验仪器及预习操作完成网上选课的目的，克服了学生在机房选课的盲目性，提高了学生选题的透明性和针对性。 六、应用情况

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1．校内应用

构建的分层次、模块化大学物理实验教学体系，面对全校理工科学生实施，每年受益学生数达2000多人。

创新性实验已开出80余个实验题目。

每年2000多名学生通过实物预习、网上选课实验室完成网上选课任务。 通过调查，绝大多数的学生赞成分层次、模块化的大学物理实验教学体系，95%的同学认为这种教学模式对自己的实践技能和创新能力有益。

2 校外辐射

创新实验室运作模式、实物预习实验室的预习及网上选课方式在本科教学评估中受到评估专家的关注和好评，并且在2008年7月召开的辽宁省物理学会实验物理分会上，应邀就以上教学成果作了中心发言，受到同行的一致好评。在本科教学评估中，大学物理实验技能测试取得了较好的成绩，得到了测试专家的好评。

“大学物理实验教学体系和模式的改革与实践”项目组

二○○八年十二月

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/m6md.html