中国科技大学本科教育
教 学 简 报
第24期(总第286期)2001年12月11日 中国科技大学教务处
编
大学物理实验的改革与实践
——转自教育部“理工教改动态”2001年第5期
从21世纪科技发展和对人才科学素质要求的角度考虑，物理实验教学的改革必须建立一种适合当代科技发展、有利于培养具有深厚的基础知识的创造性人才的教学新体系。教学内容应反映当代教育思想和高科技成果，教学方法和手段应改变过去的单一模式，建立多级开放实验室，满足不同层次的学生独立进行学习和研究的需求，采用CAI、Internet网等现代教学手段，改善教学条件，形成多元化的教学环境，激发学生学习的主动性。
由中国科技大学王晓蒲教授负责的“理科实验教学培养学生创新思维和创新能力的研究与实践”项目组，在认真研究了我国当前高等教育改革的趋势以及教学方法存在的主要弊端的基础上，对物理实验教学进行了系统的改革，并取得了初步成果。
一、发展教育技术，创新教学模式
教育资源的缺乏是长期困扰教学质量提高的难题，也是制约教学改革深化的瓶颈。时代的发展和科技的进步对教学提出了越来越高的要求，对学生创新思维和实践能力的培养需要一种趋向个性化的教学，需要比普通公共教学占用更多的教育资源。公共教育也要进一步提高教学质量和教学效益。这些矛盾只能通过发展教育技术、创新教育手段来解决。在这些方面，中国科技大学天文与应用物理系进行了多年的探索与研究，研究和开发了一批物理教学软件。其中，1996年他们在国际上首创开发出第一套仿真实验教学软件，1998年升级为Windows版本，在规模和虚拟技术水平上得到进一步提高和完善，达到国际领先水平。1999年又推出了《大学物理虚拟实验》的Internet网远程教学系统，在国际和国内物理教学界都产生了很大的影响，得到了广泛应用和赞扬。它的意义主要体现在如下三个方面：（1）开创了物理实验教学的新模式，该成果利用计算机把实验设计、教学内容（包括理论教学）、教师指导和学习者的思考、操作有机融合为一体，形成了一部可操作的、活的教科书，为物理实验改革提供了有力工具，同时克服了实验教学长期受到课堂、课时限制的困扰，使实验教学在时间和空间上得到延伸；（2）为网络教育最难实现的远程实验教学开创了一种新的方法和途径；（3）开拓了CAI研究的新思路，带动了国内CAI的发展，同时为学校开创了新的教学模式。
1．实验理论教学与实验教学的结合。对有利于学生物理学概念的深化，发现、总结规律和对规律本质做出解释的典型实验，将仿真软件的虚拟实验环境用于教学中，通过实验的方法引入新的概念和规律，把理论教学与实验教学有机地融为一体。对一些典型的知识点，通过CAI教学软件介绍它的应用。
2．利用CAI软件多媒体教学，开设“物理思想进化启迪”Seminar课程，按照物理学的发展，从机械观的兴起、场与相对论到量子观，针对物理概念的重大革新和在其中起过重要作用的著名实验为线索来探索发展的规律、理论与实验的关系、科学研究与技术创新的关系、培养学生的思维能力和科学素质。
3．在提高公共物理实验教学水平与质量，培养学生实践能力上，对一些难度高、操作复杂的实验，项目组采用虚拟实验、远程教学（在校园网上完成虚拟实验）与实际实验相结合的二段、二段式教学模式，使学生在课堂内独立完成实际实验，在课堂外可充分消化实验内容。同时，合理配置教学资源，针对实验课量大质低的状况，在总学时不变的情况下，精简实验项目，整合实验教学内容，适当扩大设计性实验，综合性实验的单项实验课时到5~8学时。大量的一般性实验可通过仿真实验进行，取得了很好的教学效果。激发了学生的学习主动性和积极性，大大提高了实验教学的质量和水平。
二、以素质教育为目标，建立物理实验课程新体系
新实验课程的组成分为基本实验、综合性实验、设计性实验、科学小实验等，形成从低到高、从基础到前沿、从接受知识到培养综合能力，逐级提高的一、二、三级基础物理实验课程新体系。每一级物理实验大致用一个学期的时间完成，不同的级别标志着不同实验技能和科学思维水平。这样，基础物理实验课不再是课堂教学内容的简单重复和验证，也不再是把力、电、光、近代物理等独立学科的实验简单地串联起来。使学生从较高起点上进入大学物理实验，逐阶地走向科学的高峰。
1．一级物理实验为普及性实验，主要包括基本物理量的测量、基本实验仪器的使用、基本实验技能的训练和基本测量方法与误差分析等，涉及到力、热、电、光、近代物理各个学科，适合于理、工、文、商学院各专业学生的学习和基本训练。
2．二、三级物理实验逐步增加综合性实验和设计性实验的比例及难度，有利于激发学生的学习热情，使他们变被动学习为主动学习。由以前教师排好实验、准备好仪器、学生来做实验的状态，过渡到学生在教师指导下自己设计方案来完成实验，从而达到培养学生的综合思维和创造能力的目的。通过做设计实验，学生从成功与失败中受到训练，素质得到提高。
3．四级物理实验以科学小实践为主题，组织若干个围绕基础物理实验的课题，以科研方式进行实验，培养学生的研究、开发应用能力。
在课程安排上，一级物理面向全校各学科专业学生开课，二、三级物理实验对理工类专业开课，第四级物理实验为物理类各专业学生必修课、理科非物理类各专业学生的选修课。
三、注重物理实验的时代性与先进性，改革实验教学内容
物理实验必须与现代科学技术接轨才能使现代科技进步的成果渗透到传统的经典课程内容之中，也才能激发学生的学习热情。例如，在对全校工、商、文科学生在一、二年级所开设的物理实验中，已涉及光谱技术、真空技术、磁共振技术、核物理技术、X光衍射的技术、光纤技术、传感器技术、光学信息处理技术等。开设这些项目的目的是为了从物理实验的设计思想、物理实验方法、仪器的设计原理、结构及其应用等方面拓宽学生的知识面，培养他们综合实验能力。
四、营造创新人才培养的多元化教学环境
目前中国科学技术大学开设的实验类型有公共必修实验、选修实验、仿真实验、远程网络实验、开放实验等。
1．利用现代教育技术开设“大学物理实验远程教学”
自开设远程网上物理实验教学以来，学生利用校园网或Internet网对实验教学内容进行课前预习和课后复习，便于学生充分地学习和掌握实验教学的内容。通过开设网上虚拟物理实验选修课，学生可以根据自己的时间在任何地点自主的进行学习，这满足了不同层次学生的学习需求。
2．开设开放服务实验室
在每一级物理实验中，开设开放服务实验室，它不仅在时间上对学生开放，而且在实验内容上也对学生开放。近两年开放实验的项目有摆的运动规律及应用研究、电学仪器的设计与制作、光学仪器的设计与制作、波的特性研究、教学软件的设计与开发等。在开放服务实验室中，学生可利用实验室提供的设备自己设立题目，教师只是指导和审核学生提出的实验方案与题目，最后学生以小论文的形式在Seminar课中上台宣讲，讨论和总结成功和失败的原因、自己的创新点。
3．仿真实验室
实验室提供计算机和物理实验教学软件，根据实验的特点和复杂性，与实际实验相配合，进行多种方式的教学组合，完成各种物理实验。
天文与应用物理系 杨旭
责任编辑：姜 萍