以学生为中心物理实验教学模式的探索与实践

大学物理实验

V〇1.30 No.4Aug.2017

PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLEGE

文章编号= 1007-2934(2017)04-0153-04

以学生为中心物理实验教学模式的探索与实践

张亚萍，张令坦，马红章，朱海丰，闫向宏，刘彦民

(中国石油大学（华东），山东青岛266580)

摘 要：物理实验是髙等学校实验教学的重要环节，对培养学生的科学素养、创新能力具有不可替

代的地位和作用，实施以学生为中心的物理实验教学，构建“做中学、学中研、研中创”连动式物理实验 研究性教学模式，注重实验过程，有效引导学生在做实验过程中自主学习，在自主学习过程中开展研究， 在实验研究过程中追求创新。克服在实验过程中盲目单纯追求实验数据的被动学习方法，真正做到通 过修读物理实验课程，让学生热爱基础学科，善于自主学习，培养科学思维和科学实验素质，提髙学生实 验创新能力，满足不同层次、不同专业学生实验需求。研究成果已经在本校系列物理实验课程教学中加 以推广和应用，取得了不错的教学效果。

关

键

词

：物理实验;教学模式；自主学习；创新能力培养

文献标志码：A

D0l:10.14139/j.cnki.cn22-1228.2017.04.038

中图分类号：G 642.0

.实验教学作为高等学校教学体系的重要组 成部分，是学生养成良好习惯、提高综合素质、培 养实践能力的关键性教学环节。它承载着对学生 工程素质、实践能力、创新精神以及创新研究能力 培养的首要任务，不仅对学生理论联系实际、加深 对理论的感性认识具有非常重要的作用，而且也 是实现应用创新型人才培养目标的主要途 径[1-2]。光电子学专家侯洵院士指出：“大学标志 性成果首先是培养优秀的本科生,一流的大学需 要一流的本科教育，而一流的本科教育也必须要 有一流的实验教学做支撑，’[3]。

中国石油大学（华东）一贯非常重视本科实 验教学，为了促进实验教学改革工作的深入进行， 不断提高广大教师的教学研究水平，学校每年组 织立项各类研究性教学改革、实验技术改革、精品 实验建设等项目引导教师积极开展实验教学改革 实践,并通过定期举办专题研修班，聘请国内外教 育名家来校做精彩报告和示范课堂等形式，有效 提高教师的教学技能和教育理论水平。

物理实验课程所涉及内容涵盖的研究领域较 多、课程教学实践周期较长，具有丰富的实验思 想、方法和手段，涉及理工科专业学生量大面广。 如何构建以学生为中心的物理实验教学,有效指 导学生通过物理实验课程开展自主学习，培养学

生科学实验素质，提高实验创新能力，满足不同层 次、不同专业学生实验需求,是物理实验工作者首 要考虑的研究课题。探索研究性实验教学模式， 构建适应创新能力培养的实验课程教学模式，以 学生为中心，积极开展教学改革和探索，帮助学生 收获良好的学习效果，培养学生终身自主学习的 能力，是高等教育工作者的职责[4-6]。

1在实验教学中实施以学生为中心

教育理念的优势

学习是基于有指导的发现而不是信息的传 递,实验教学就是在教师指导下，学生通过实验的 方法进行学习，是一种有利于促进学生自主学习 的教学形式。实验教学更容易做到为学生提供大 量的自主学习过程,进行科学思想、科学方法论和 科学智慧的启迪和熏陶，尽可能融入科学研究的 元素,将这些元素逐步成为学生在学习过程中自 觉养成的目标。

在实验教学中，以学生为主体，教师为引导， 把学生自主性学习作为实验教学的重点，克服在 实验教学中单纯追求实验数据的学习方法。注重 实验过程和做中学、学中研、研中创的连动式实验 教学模式，将过程评价与结果评价有机结合。真

收稿日期：2017-03-01

基金项目：教育部教指委高等学校教学研究项目（UW_」ZW_201522hd; UW_」ZW_201603hd);山东省本科高校教学改革研究项目

(2015M022);中国石油大学（华东）教学改革项目和研究性教学改革项目（JY-B201635;YK201520)

154以学生为中心物理实验教学模式的探索与实践

正做到通过修读基础实验课程，让学生热爱基础 学科，善于自主学习，了解现代实验技术，培养科 学素养和科学思维[7—8]。

境条件，鼓励学生不怕失败，大胆尝试，勇于创新。 教学重点侧重于引领学生在研究过程中追求创新，全面培养学生的实验创新能力。创新既要新 颖，又要先进，就需要全面调研课题的发展现状及

2

以学生为中心的物理实验教学体

系构建

为了确保实验教学在培养学生实践创新能力

国内外最新动态，知己知彼才能既不重复别人的 工作，又能拓展视野，活跃思维，汲取别人成果的 精华，指导学生在课题完成过程中，形成独特的设 计方案，不断延伸物理实验的触角。

中的优势、以研究性教学理念为指导，以学生为中 心，构建“做中学、学中研、研中创”连动式物理实 研中创IIISIP

合设计 十训练

V

▲

验研究性教学模式（如图1所示），不断完善物理 实验研究性教学体系，努力使教学水平更上一个 新的台阶。

以基础性实验开展系列化多测试手段、多测 量方法的探究教学；以源于诺贝尔奖物理实验进 行物理思想、精巧完美的实验构思设计和精湛的 实验技术感悟教学，通过研究者的思想、语言和方 法，集中传递科学思想，进行创新灵感教学训练; 以石油特色物理实验为切入进行油品及岩石物性 的物理方法研究；以综合性实验和现代物理测量 技术实验为基础开展设计性实验教学，以实验综 合设计和课题训练方式开展创新研究性实验教学 等，形成完整的“递进式”物理实验创新教育培养 模式，培养学生的创新能力、创新思维与实践 能力[4-5,9-10]。

在实验教学过程中，引导学生通过将实验内 容、测试范围等的拓展和延伸，开展实验研究，有 效指导学生独立完成一个实验综合设计或专题训 练，在完成过程中追求创新，做到在每个实验环节 完成自主学习，在自主学习过程中开展研究，在研 究过程中追求创新的目的。

(1)

在基础性、源于诺贝尔奖物理实验教环节，通过“做中学”使学生了解科学实验的思 想、基本方法与主要过程，接受从事科学实验的系 统训练，逐步具有自主实验能力，培养科学精神、 提高科学实验素养。

(2)

在石油特色物理实验、设计研究性、系综合性和现代物理测量技术实验教学环节，通过

“学中研”突出知识综合运用和研究探索，重点培

养学生创新意识、自主实验和用物理实验和现代 测量技术解决专业问题的能力。

(3)

在实验综合设计和课题训练实验教学节，通过“研中创”在更加自主、开放的环境下，引 导学生将实验综合设计与多元分析结合，制定创 新课题并完成，培养学生创新素质、创新精神及开 展科学研究的能力。努力创造多元化的实验室环

学中研

ISIS

’做中学贝尔奖物理实验

础性物理实验

图1

物理实验教学体系框架图

3

以学生为中心的物理实验教学具 体实施

3.1强化基础性和源于诺贝尔奖物理实验

教学，以基本实验方法、实验技能、实验思想训练 为主，重点突出“做中学”。

(1) 在做实验过程中理解掌握知识。通学元件伏安特性测量、模拟法测绘静电场、刚体转 动惯量的测量等一系列经典的基础性实验，在基 本实验方法训练中，引导学生掌握用实验开展问 题研究的思路和方法。建立科学实验的基本思维 方式，培养运用物理规律解决实际问题的基本能 力。通过实验数据的规范化处理，牢固掌握直接 测量结果的评定;间接测量的不确定度传播;数据 处理的一些常用方法，包括列表法、作图法、线性

函 数的逐差法及最小二乘法等;系统误差的分析、

减小和消除的基本方法等相关知识点。

(2) 在实验过程中熟悉实验室常用仪器能，并能够正确使用，掌握常用的实验操作技术。

对于诸如分光计的调整与应用、数字示波器的原

理 与使用、直流电桥及其使用等一系列以掌握仪

器使用为主要教学目标的实验项目，重点培养学 生学会通过阅读讲义或仪器说明书，正确操作仪 器的能力。学生通过自主掌握仪器正确使用过程 的训练，逐步学习在阅读仪器说明书的基础上，具

有

调节和正确使用一些比较复杂仪器的能力。(3) 在实验过程中通过对实验现象的观

进一^步掌握物理实验的基本知识、基本方法和基 本技能，加深对物理学原理的理解。通过一系列 实验现象明显的光学、力学等实验过程中实验现

过

学的

列环以学生为中心物理实验教学模式的探索与实践155

象的观察和测量,在实验过程中，引导学生学会对 各种实验现象进行观察和分析、测量现象中产生 的规律并分析现象,发现实验数据与现象间的因 果关系，认识现象的本质属性和现象之间的因果 关系，以便得出符合逻辑性的结论,着重培养学生 透过现象看本质的能力。

材施教的教学理念。

3.3课内外结合，全方位完善实验综合设计

和课题训练教学,有效引导学生“研中创”。

组织若干依托物理实验开展的研究课题，选 题主要来自于学生主导或者教师主导的物理实验 课题、结合教师科研的基础性小课题等，由学生个

(4) 在做实验过程中引导学生进行背景反人 或者团队形式进行系统的课题训练教学。

学生主导的课题。 对于课时较多的理工科物 理实验课程，以实验综合设计的形式，紧密联系物 理实验课程教学、实验装置、实验方法、实验过程 思，学会思考。在光电效应与普朗克常数测量、弗 兰克-赫兹实验、迈克尔逊干涉仪及其应用等一系 列源于诺贝尔物理学奖的物理实验教学中，适当 介绍一些相关物理实验发展史和该实验在近现代 工程技术中的应用典范，使学生体会这些实验中 重要的物理思想、精巧完美的实验构思设计和精 湛的实验技术。教学中注重解读大师们分析解决 问题的视角,并融入教师自身的教学研究体会和 思路,引导学生在实验中积极思考,在领悟科学家 的创新精神、献身科学的品质过程中，重温科学发 展史，使学生走一条科学再发现道路，通过研究者 的思想、语言和方法，集中传递科学思想,若能做 到对经典问题的现代评论效果，则起到画龙点睛 之作用。由此激发学生自主学习的兴趣和创新 激情。

(5)

采用理论综合测试和实验操作相结合方式，对“做中学”教学环节进行全方位考核。通 过涵盖面广、题型灵活多样的实验理论综合测试, 考核学生自主学习环节对知识的掌握程度;通过 实验操作考试，重点检验学生对仪器使用情况的 掌握程度以及按照给定实验条件,完成实验测量 的能力。

3.2拓展石油特色物理实验、研究性、系列

综合性和现代物理测量技术实验教学内容，综合 应用多种实验方法和技术,实施实验项目“系列 化”，重点突出“学中研”。

对于声速测量系列实验，磁性材料磁性能测 量系列实验，石油特色系列实验，太阳能电池系列 实验,现代物理测量技术系列实验等实验内容较 多、综合性较强的系列专题实验，

教学中通过将实验内容和测试范围的拓展和 延伸,引导学生在研究中开展实验,在实验学习中 提高研究能力。教学内容努力体现实验技术的先 进性，让学生及时了解技术进步的发展动向。突 出培养学生分析问题、解决问题和综合运用知识 解决专业问题的能力。教学中，同一实验项目在 保证“系列化”的基础上，可以给出必做内容、自 选内容和小课题，根据不同学时不同层次学生的 需求，实施分层次教学,全面贯彻以学生为本、因

等有效指导学生独立完成一个实验课题综合设 计,即使实验原理再简单，也要求学生自主设计整 个实验方案,并通过答辩的形式选拔出一部分优 秀课题，作为学生主导的创新研究性课题,并逐步 增加这部分课题的数量和比例。

教师主导的创新课题。教学中由教师结合教 学、科研实际,设置较多数量的探索研究性实验题 目、科研小课题等供学生进行自主性选择。

将上述2种形式课题相结合,开展系统的课 题训练。学生可以个人或者2-3人组成研究小 组，采用课内、课外相结合，实验过程自主安排，把 研究结果的分析和创意留给学生，训练在更加自

由 开放的环境中进行。课题完成过程中，

实验材 料的领取、购买及实验设备的选用等，都需要学生 自主完成。学生可以有足够的时间来反复修正实 验方案、研究实验现象、分析实验结果。从而提高 学生分析问题、解决问题和实验创新的能力。

采用柔性培养模式，考核在更加灵活、宽松的 条件下进行，以规范的科技论文提交研究成果，使 学生在文献查询、实验选题、实验方法的设计、测 量仪器的选择和优化搭配、测量条件的确定等方 面受到系统的训练。努力创造一定的实验室环境 条件，真正做到实验时间、实验空间和实验内容的 全方位开放。培养学生实验综合能力、创新精神 和创新能力。经过较长时间的系统实验综合设计 和课题训练,使得更多实验能力较强的学生具有 自主、灵活的实验设计能力和完成课题能力，在任 课教师指导下能够申请完成创新训练项目、撰写 发表研究论文、准备各类参赛作品等。

4结束语

“做中学、学中研、研中创”连动式物理实验

研究性教学模式实践,以学生为中心，把学生自主 性学习作为实验教学的重点，克服了在实验过程 中盲目单纯追求实验数据的被动学习方法，在实

的156以学生为中心物理实验教学模式的探索与实践

验学习过程中培养学生自我实践能力，最大限度 挖掘学生实验潜能,教学成果显著。近5年来，依 托物理实验教学，物理实验中心教学团队指导大 学生创新训练计划项目68项，其中国家级项目

参考文献：

22项，指

导本科生以第1作者发表相关研究论文

32篇，申请实用新型专利7项，指导本科生作品

获得省级及以上获奖51项，其中特等奖4项，一 等奖15项。

实验教学是一项复杂而细致的工作，更重要 的是教会学生如何学习，如何掌握专业知识和技 能，培养学生创新意识和创新能力,为社会输送具 有科学素养的专业型人才。充分利用现有实验教 学资源，不断拓展实验内容和范围，探索具有自身 特色的实验教学新方法，把教学重心放在培养学 生获得知识和运用知识的能力、提高用科学方法 进行探索的能力上，真正实现以学生为中心的教 学，就能使实验成为培养高素质创新人才的重要 方法。促使我们在今后的教学实践中更有效地构 建以学生为中心的课堂教学，努力营造“做中学、 学中研、研中创”连动式实验教学创新氛围，为学 生搭建实验创新平台，不断探索物理实验教学改 革的新思路和创新人才培养的新模式，着力培养 学生的实验动手能力、实验综合能力、创新 能力[4—12]。

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The Exploration and Practice on Take Students as the

Center of Physical Experiment Teaching Mode

ZHANG Ya-ping，ZHANG Ling-tan，MA Hong-zhang，

ZHU Hai-feng，YAN Xiang-hong，LIU Yan-min

(China University of Petroleum，Shandong Qingdao 266580)

Abstract: Physical experiment is an important part of the experimental teaching in universities，to cultivate the

students’ scientific literacy and innovation ability is an irreplaceable position and role.Take students as the center of physical experiment teaching，build “ Learning in doing，researching in studying and creating in re­searching” gearing type physical experiment inquiry teaching mode.Pay attention to the experimental process， effective guide students ’ autonomous learning in the process of doing the experiment，conduct research in the process of autonomous learning，pursuit of innovation in the process of experimental study.To overcome the blindness in the process of experiment is pure pursuit of passive learning method of the experimental data.Truly through the physical experiment courses，let the students love the basic subject，good at self-study，to cultivate the scientific thinking and science experiment quality.To improve students’ experimental ability to innovate， meet the demand of different levels and different professional students experiment.Research results have been extended and applied in our series of physical experiment course teaching， and has obtained good teaching effect.

Key words : physical experiment; teaching mode; autonomous learning ； innovative ability cultivating