一、優化實驗內容，培養學生的創新能力

設計性實驗介于基礎性實驗與實際科學實驗之間，是在學生完成一定數量的基礎性、驗證性及綜合性實驗之后，對實驗的全過程進行科學訓練的實驗課題。實驗課題一般由實驗中心綜合考慮教師的意見后提出，由實驗室為學生提供實驗條件。學生根據實驗課題研究的內容，自行搜集并閱讀相關的參考資料，綜合比較各種實驗方法實施的可能性、適用條件、實驗的準確程度，根據實驗室提供的實驗條件，推證理論，選擇相對完善的實驗方案。實驗方案確定之后，應根據實驗方案的原理和實驗精度要求，選擇測量誤差較小的測量方法。應綜合考慮分辨率、準確度、量程和價格四因素，根據誤差的等作用原理選擇合理、配套的測量儀器。在測量中，要確定最有利的條件，選擇合理的數據處理方法，分析各種誤差產生的原因，從數據中判斷系統誤差是否存在，尋求減小或消除實驗系統誤差的方法，以提高實驗質量，如進行“簡諧振動的研究”、“設計和組裝熱敏電阻溫度計”、“測定平行電流間的磁場力”、“球坑法測定薄層厚度”、“導熱系數的智能測量”等設計要求較高的實驗。這樣，按照實驗內容分成不同的階段，構建從易到難、從基礎性實驗到綜合設計性實驗、從實驗知識和技能的學習到科學思維訓練和創新能力培養的大學物理實驗教學課程新體系，以滿足不同專業、不同知識基礎學生的需要，使優秀人才得到更大的發展空間。

在當今新技術迅速發展的時代，物理實驗課程應該是被新技術、新手段不斷改造、不斷填充的開放系統，是不斷改革、不斷發展的動態教學體系。要使物理實驗教學與科學技術的發展相適應，做到與時俱進，教師在實驗教學中應把握課程前沿，有意識地增加一些應用性或涉及現代高新技術的實驗項目，如太陽能電池技術、傳感器技術、計算機智能檢測、光纖技術、共振技術、光學信息處理技術、微弱信號檢測技術、光譜技術、混沌、納米材料和薄膜制備技術等與現代科學技術相融合的知識和內容，增加與“諾貝爾物理獎”相關的實驗項目，使現代科學技術研究成果滲透到傳統的物理實驗課程內容中，及時反映學科最新進展，激發學生對實驗課程的興趣和科研熱情，培養他們的科學思維能力和創新能力。

物理實驗與其他自然科學相互滲透，有了越來越多的交叉點。物理實驗課程不僅是理工科學生進行后續科學實驗訓練的重要基礎，也是許多非物理類專業學生的必修課程之一，而這部分學生群體應該引起我們的關注。為了體現因材施教的原則，對于跨專業的學生應開設一些與其所學專業相關的實驗項目，這些體現物理理論在其他專業應用的實驗項目，能使學生在物理實驗中充分感受到物理科學在實際工作和生活中的應用，培養學生學以致用的思想，調動其學習熱情，激發其求知欲望。

例如，偏光顯微鏡部分的實驗教學是地質專業的特有實驗教學內容，但地質專業課上側重的是與鏡頭材料性能相關的光的偏振知識，很少涉及顯微鏡的工作原理及組裝等教學內容。所以，在對地質專業學生進行偏光顯微鏡組裝的教學實踐中，可以把專業課和實驗課強調的重點加以整合，在傳統顯微鏡組裝實驗的基礎上，結合光線的偏振原理，對內容進行加深和擴展，增加組裝偏光顯微鏡的實驗教學內容。對于環境科學專業而言，應根據其專業特點，增加環境噪聲的測量實驗，使學生在進行基本實驗操作技能訓練的同時，加深對環境專業相關理論的理解，為后續的環境專業課程學習奠定扎實的基礎。再如，滲流場與電場具有相似性，在油田開發專業的學生做振蕩電路實驗時，可以啟發學生利用該電路模擬油田的產液變化。

二、實施多樣化教學，提高學生的科研素養

（一）設立廢舊儀器實驗室

廢舊儀器實驗室能夠實現廢物再利用，是一種變廢為寶的措施。應充分利用實驗室提供的物質和空間資源，集中已老化報廢但部分部件仍能正常使用的已淘汰廢舊設備，配以儀器的使用說明或者搜集到的相關圖片、文字資料，收集各類廢舊家電、工具、儀器設備、配件等，再配備計算機，設立廢舊儀器實驗室。廢舊儀器實驗室是物理實驗愛好者的樂園，學生通過仔細研讀儀器使用說明書、圖片或者利用網絡資源查閱文字資料，面對實物了解儀器的構造、基本原理和使用方法，這不僅有利于學生對教材內容的真正理解，而且有助于培養學生的自學能力、動手能力。教師可以向學生展示以往破壞性操作的后果或進行實地演示，讓學生明白規范化操作的必要性，為學生在以后的實驗操作中養成良好的操作習慣打下基礎。學生還可以自行設計小制作，動手拆卸出廢舊家電、儀器設備中的有用部分，對各部分進行組裝。雖然小制作的功能還不夠完善，制作也很粗糙，但學生在親自動手、動腦的活動中體驗到學習的興趣、成功的快樂，這樣的體驗能使學生終身受益。在學習過程中，學生還可以對儀器進行維修，成為實驗室工作的小助手，激發學生的學習興趣，使其感覺學有所用。在廢舊儀器實驗室，學生通過對儀器改進的方案進行驗證，以檢驗改進方案實施的可行性，培養創新思維。廢舊儀器實驗室還可以為實驗課程中未能順利完成操作的學生提供再一次學習的機會，使他們學會排除實驗中的故障，對實驗有更深刻的認識。

（二）開設公選課

高校應以素質教育為目的，以物理廢舊實驗室和物理演示實驗室為基地，對全體在校學生包括文科學生開設《大學物理演示實驗》、《物理實驗發展史》、《物理現象探索》等公選課程，供學生選修。可以重點關注物理實驗發展史中對物理學的發展、人類的進步起到關鍵作用的重要實驗，如赫茲的電磁波實驗、楊氏雙縫干涉實驗、盧瑟福的粒子散射實驗、密里根的油滴實驗等，討論這些實驗在物理學發展進程中的歷史重要性、嚴謹的實驗思想以及別具匠心的設計理念。教師在講課過程中可以引入名人案例，利用榜樣的力量感染學生，用科學的世界觀武裝學生，使學生明確物理實驗的意義，并在回溯物理發展歷史過程中的著名實驗時得到人生的啟示。應開放物理廢舊實驗室和物理演示實驗教學基地，讓學生親自動手操作儀器，仔細觀察物理現象并進行思考，使其加深對物理世界的感性認識，強化對物理概念、物理規律的理解，體會到實驗思想的嚴謹、實驗設計的巧妙，培養其理性思維方式，提高其創新能力和科學觀察能力。

（三）開展多媒體課件制作競賽

大學生的電腦操作能力普遍較強，想象力豐富，思維活躍，具有很大的智力潛能和實驗學習的主動性，這有助于教師轉換思想，接受新的理念、方法，從而提高教學質量。可以嘗試由學院牽頭、物理實驗室負責、學生會組織，選聘相關專家和學生代表為評委，在實驗課的中期或后期，開展物理實驗多媒體課件制作競賽。物理實驗室應在學期前期安排好競賽時間、與物理實驗項目相關的實驗選題、評選規則等實施方案，方便學生早做準備，學生則以自愿報名的形式參與。為了鼓勵學生積極參賽，除適當的物質獎勵外，還可以在期末實驗考核和綜合測評中對獲獎學生給予不同程度的加分獎勵。參賽學生必須在實驗課前、課中和課后做大量充分、細致的工作：課前要認真預習，明確實驗目的、實驗思想和重要儀器的使用方法，必要時查閱資料，做到思路清晰；課中要認真操作，熟練掌握基本操作規則，準確記錄原始數據，及時發現實驗中可能遇到的故障，并分析原因、找出排除故障的方法；課后要認真進行測量數據處理，并就如何減小實驗誤差進行討論，對實驗疑點、相關知識進行拓展學習。開展多媒體課件制作競賽，能夠充分發揮學生的想象力及創新能力，為學生搭建一個展示自我、勇于創新的平臺。

（四）引導學生參與實驗研究和科研活動

俗語說“：授人以魚，不如授人以漁。”進行物理實驗教學，不僅要讓學生了解實驗應該如何做，還要知道為什么這樣做，更要思考可以做什么。教師在實驗課教學過程中，要積極引導學生結合物理實驗課程項目，應用先進的實驗方法、實驗技術和手段，主動參與物理實驗研究和實驗室科研項目，在學習物理實驗基本理論、獲得科學操作技能的同時，有效培養其創造性思維和科學實踐能力。實驗研究包括物理實驗方案的改進與設計方法討論、異常實驗現象的產生因素及改進措施分析、實驗儀器的改進和維修方法的探討、實驗故障的產生原因及排除故障的方法研究、實驗數據處理方法及實驗誤差分析、實驗失敗的原因及解決辦法研究等。

例如，在“靜電場模擬”實驗中，傳統的靜電場描繪儀是以導電紙或水作為兩電極間的電介質，大多使用雙層結構的描繪儀，采用等臂記錄法來描繪，用數字電壓表觀測等電位點，這種設計存在缺陷，不能很好地描繪靜電場，學生反映實驗誤差太大。教師可以引導學生查閱資料，綜合利用物理、化學知識多方位地進行設計、改進，提出可行的改進意見，并用實驗進行驗證。在“分光儀的調整和使用及三棱鏡折射率的測定”、“用光柵測光波波長”、“用分光計進行光譜定性分析”等實驗中，分光計作為這些實驗的重要儀器，經過不斷演變和改進，設計更加科學，結構也更加精密、復雜，其使用和調整都有嚴格的規范要求，這對于初次接觸分光計的學生來說是嚴格的考驗。部分學生在調整分光計時，對載物臺調平的操作雖花費了大量時間，仍不能達到很好的調平效果。

教師可以適時組織“分光儀載物臺快速調平法”的討論，引導和鼓勵學生積極思考和解決這個問題。這樣的討論能夠激發學生探究問題的興趣，并鼓勵優秀學生脫穎而出。另外，教師可以積極組織并有意識地引導學生結合所學專業和個人興趣，積極參與教師和實驗室的科研項目，以增加師生間的交流，激發學生的學習熱情，為其自我能力的提升提供平臺。例如，機械和電子專業是集機械、電子技術、信息處理、計算機等技術為一體，以計算機應用為特色的綜合性學科，這種機電一體化應用的專業特色可以應用到實驗儀器的設計和制作中，實現實驗儀器的更新改造。計算機科學與技術專業的學生具有扎實的理論基礎、較強的程序設計和軟件開發能力，可以參與實驗軟件、實驗教學軟件的開發和應用等研究，以培養學生的綜合實踐能力和創新能力，滿足學生學以致用的成就感。

三、利用現代教學手段，提高實驗教學質量

應改變傳統的黑板加粉筆的教學模式，以適當的黑板板書為輔助，利用現代教學手段，制作穿插圖片、動畫、音視頻、虛擬現實等材料的高質量多媒體課件，建立網絡教學資源庫，引進網絡仿真實驗，實現物理實驗教學的信息化和網絡化，豐富教學內容，增加實驗教學的趣味性，培養學生主動參與、主動探索、主動思考的能力。尤其是對于利用常規方法進行圖形和數據處理比較困難的部分實驗項目，利用計算機進行處理就比較容易完成。利用CAI教學課件作為輔助教學工具，可以將復雜的圖表、實物圖、電路圖等通過圖像、聲音、動畫、影像等形式形象地展示出來。仿真實驗可以利用計算機技術把實驗原理的理解、實驗儀器的結構、實驗的教學內容、實驗報告的書寫、教師的指導和學生的操作活動有機地結合起來，將一些因實驗室客觀條件限制還未開出的實驗項目，通過模擬物理實驗在計算機上完成，其效果甚至好于實際實驗的效果，能方便學生自己安排時間進行預習、操作及復習。現代化的實驗教學還能促使學生在校園網上反復查閱教師課件等教學資料，以提高實驗效果，并對一些疑難問題及實驗方法、技術和儀器改進方面的想法在網上隨時與教師進行交流和討論，教師要鼓勵學生提出改進性建議，設計出科學合理的方案，培養學生的科研能力。教師還可以利用校園網絡及時公布學生每次實驗的評定情況，使學生及時了解自己的實驗成績和存在的問題，如果需要，可以隨時預約重做實驗。

四、實行開放式教學，強化因材施教

實行全方位、多層次的開放式實驗教學，不只局限于時間和空間的開放，更重要的是教學內容、方法和手段的開放，是觀念意識的開放。開放性實驗室可以實現對外聯網，給教師和學生帶來極大的方便。

（一）有助于體現以人為本的原則

學生登錄校園網的網上選課系統，根據教務處對實驗的課程安排，結合自身的實驗基礎、興趣愛好和所修專業的特點，可以自主選擇實驗時間和實驗題目。這體現了以人為本、因材施教、因人而異的原則，滿足了不同需求、不同層次、不同專業學生的要求，有效推進了數字化校園建設。在物理實驗室開放教學的模式下，學生可以有目的地選擇與專業相適應的物理實驗，通過物理實驗充分感受到物理科學在實際工作和生活中的應用，培養學以致用的思想意識。開放的物理實驗室使學生在時間和空間上有了更大的靈活性，為學生安排學習時間、制定學習計劃和發展方向帶來極大的便利，符合當今社會所倡導的自主化、人性化管理理念，對實驗教學管理工作的信息化、網絡化建設具有促進作用。

（二）有助于學生完成課前預習和數據處理

開放的實驗可以將實驗教學內容的預習和數據處理的環節安排到實驗室課上完成。與理論課相比，實驗課的一個重要特點是要求學生能夠多思考、多分析，獨立完成實驗操作，所以，明確實驗任務、了解儀器的結構功能及操作要領、掌握誤差來源及減小誤差的方法等實驗前的預習工作尤為重要。但是，傳統的實驗前預習只限于對實驗教材的閱讀及撰寫預習實驗報告，學生從教材上生澀的專業術語、模糊不清的儀器結構圖中感覺實驗內容枯燥乏味或看不懂，只能盲目地抄襲實驗講義，以應對教師的課前檢查，這樣不僅浪費了學生的時間和精力，不會對實驗教學有所裨益，而且會影響學生對實驗的興趣。讓學生進入實驗室面對實驗儀器有針對性地進行實驗前預習，可以使難以理解的內容變得生動、易懂，學生的興趣大增，預習質量明顯提高，避免了以往實驗前預習的諸多弊病。學生可以在課堂上進行數據處理，教師可以當堂進行批改點評，對實驗報告中出現的問題及時加以糾正，不斷總結教學經驗，調整和完善課堂教學內容，探索適當的教學方式。

（三）有助于培養學生的創造性思維

開放的實驗室可以彌補課堂教學時間的不足，為實驗課內不能順利完成實驗或實驗失敗的學生提供完成實驗或者重新實驗的機會。在開放實驗室的時間內，學生還可以做一些難度較大或者感興趣的實驗項目，充分發揮自身潛能，培養獨立思考、積極探索、不斷創新的精神和永不滿足、追求卓越的態度。例如，在“拉脫法測定液體的表面張力系數”的實驗中，有些學生在完成實驗測定后，希望探索溫度對液體表面張力系數的影響、液體表面張力系數與液體中所含雜質濃度的關系。學生通過查閱大量文獻，設計實驗方案，在課余時間進行實驗，充分發揮實驗設備的潛力，以最少的投資發揮最大的效益，使課內實驗與課外開放實驗有機結合起來，滿足學生求知和創新的欲望。開放式教學模式可以為學生主動學習和個性發展創造良好的外部環境，滿足其求知、探索和創新的欲望，側重于創新精神與能力的培養，體現以人為本的教學理念，可以有效解決當前實驗教學中存在的問題。

五、完善實驗考核制度，保證教學效果

實驗考核是檢驗實驗教學效果的重要手段，是實驗教學改革的基本組成部分，也是實驗教學工作的重要環節。完善的考核制度能夠客觀反映學生的理論知識水平、操作技能，科學評定學生的綜合實踐能力，培養學生嚴謹的治學態度、實事求是的工作作風和開拓創新、不斷探索的精神。針對學生不注重平時的實驗操作過程，抄襲、修改或編造數據的不良作風，對學生的實驗課程成績可采用“課程總評成績100％＝平時成績60％＋期末實驗操作測試成績40％”的折算方式來進行評價。在總評成績中，平時成績比例要加大，目的是鼓勵學生重視平時的實驗，以提高實驗操作水平。平時成績涉及的評定因素較多，包括出勤、實驗預習情況、實驗操作完成情況、實驗結果和實驗報告質量等，教師要善于觀察，做好平時的實驗記錄，做到客觀公正、實事求是。另外，教師還要考察學生是否能獨立地排除實驗故障，課堂提問、課堂討論、提交作業及工作態度等情況都可以用來綜合考察學生，評定學生的學習情況。其中，實驗操作及動手能力是學生實驗過程的關鍵，教師要進行巡視考察。對于學生的實驗報告，要考察實驗數據的真實性、數據處理方法、誤差的計算、實驗結果的誤差及分析、異常現象的解釋等。

為了對學生的實驗教學進行更全面的考核，突出對學生實驗操作技能的考核力度，教師不能只看實驗報告，要杜絕抄襲報告的現象。具體的做法是，在學期期末，教師選取一些以實驗基本操作技能為考核重點的題目，學生隨機抽取題目后，經過30分鐘的準備工作，在規定的時間內獨立完成實驗操作，回答實驗涉及的問題，并當場完成實驗報告的撰寫。教師要在學生的操作過程中進行巡視，觀察學生實驗操作的規范性和熟練程度以及數據記錄、實驗結果處理、解決問題方法、臺面整潔與否等實驗習慣。對于綜合性、設計性、應用性實驗項目，尤其是涉及物理知識與學生所學專業相關的項目，要通過考察設計實驗方案、撰寫實驗論文等方式進行綜合考核。對于在多媒體課件制作競賽中獲獎以及在實驗研究和科研活動中表現突出的學生，可以在期末實驗操作測試和期末綜合測評中給予不同程度的加分獎勵。總之，應不斷完善實驗考核制度，促使學生在研究中勤于觀察思考，善于發現問題、分析問題和解決問題，激發學生進行實驗研究的積極性、主動性和自覺性，進一步提高學生的綜合素質，實現創造性思維和創新能力的培養。

六、結束語

大學物理實驗教學相對于理論教學來說，更具有直觀性、實踐性和創造性。實驗教學可以引導學生充分發揮主觀能動性去思考問題，探討最佳實驗方案，參與實驗研究和各項科研活動，而不是變成按照“操作指令”運轉的“機器人”。大學物理實驗教學應適應時代和科學發展的要求，不斷求思、求變，通過教學改革，培養學生嚴謹的科學實驗態度、堅實的科學實驗基礎、扎實的實驗操作技能、勇于開拓的創新思維和堅忍不拔的創造精神，使他們成為具有創新意識和科研能力的高素質應用型人才。

作者：李青 單位：山西財經大學環境經濟學院