大学物理实验模块化教学设置与实施

【摘 要】本文根据我校现有大学物理实验教学存在的问题和不足，提出了大学物理实验模块化教学改革的思路。从实验模块化教学的设置和模块化教学的实施办法及模块化教学的评价体系等方面做了教学改革实践探索，取得了较好的教学效果。

【关键词】大学物理实验；模块化；教学改革

物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科。物理学从本质上看是一门实验科学。物理实验在物理学的发展和物理学教育中占有重要地位。可以说，离开了物理实验，就无法了解物理学。物理实验课是高等理工科院校对学生进行科学实验基本训练的必修基础课程，是培养学生科学实验能力、提高科学素质的重要基础。

1 现有大学物理实验教学模式[1]

目前我校大学物理实验在大一下学期和大二上学期开设。实验内容包括基本测量、力学、热学、声学、电学、磁学、光学和近代。由于学生人数多，而实验仪器设备台套数有限，这些实验项目被分散在4-5个实验室里。因此同一时间段上课的学生就分别在这4-5个实验室，可能有的学生先做力学实验，有的就有可能先做电学或磁学实验等。这样导致很多学生最开始做的并不是最基本的实验。接受训练和培养的不是最为基本的实验理论、基本的实验方法、基本的实验技术和简单实验仪表操作技能。这样学生进入实验室后，主要依赖老师的讲解，对实验原理理解得不够透彻，对实验目的不够明确。因此对各层次的实验不加区分的混合教学，以及学生课前的预习不理想，都使物理实验教学难度加大，学生实验的效果不理想。

2 大学物理实验模块化教学设置

为了使实验项目的开展顺序更符合学生的实验认知规律和能力培养的递进性，我校决定在大学物理实验中开展模块化教学改革。

模块化教育模式主要有“MES”和“CBE”两种流派。

MES（Modules of Employable Skills，模块式技能培训），是20世纪70年代初由国际劳工组织研究开发出来的以现场教学为主，以技能培训为核心的一种教学模式。它是以岗位任务为依据确定模块，以从事某种职业的实际岗位工作的完成程序为主线，可称之为“任务模块”。

CBE（Competency Based Education，能力本位教育），主要以加拿大、美国等为代表。它是以执行能力为依据确定模块，以从事某种职业应当具备的认知能力和活动能力为主线，可称之为“能力模块”。

两种流派的共性是都强调实用性和能力化。CBE是从职业普遍规律和需求出发，侧重于职业基础通用能力；MES是从职业具体岗位工作规范出发，侧重于职业岗位工作能力。

我校大学物理实验模块的设置采用CBE模式，侧重能力培养。它由四个模块组成。

2.1 基础性实验模块

基础性实验模块包括长度的测量、三线摆测量刚体的转动惯量、金属丝杨氏模量的测量、电表的改装与校正、直流单臂电桥测量中值电阻、双踪示波器的使用、分光计的调整和使用、迈克尔孙干涉仪的调整和使用[2]。

基础性实验主要是让学生掌握实验基本理论（包括误差分析及估算、有效数字概念、数据处理方法等）、基本实验方法与技术、基本仪表使用和基本物理量的测量等。

2.2 综合应用性实验模块

综合应用性实验模块包括声速的测量、霍尔效应法测量磁场、电位差计测量干电池的电动势和内阻、光栅衍射参数的测量、数字式温度计的设计与制作。

综合应用性实验主要训练学生对物理现象的观察、分析和研究能力，理解和熟练掌握两种以上实验技术的综合应用能力及多单元物理学知识的融会贯通能力。

2.3 设计创新性实验模块

必做项目：设计与组装简易万用电表

选做项目一：修理MF500型万用表

选做项目二（24个中任选1个）：物体密度的测量、黑箱探谜、双踪示波器测量相位角、示波器测量超声波衰减曲线和压电换能器转换效率、单臂电桥辞了电压表内阻、替代法测量线性电阻、补偿电压法测量电阻、UJ31型低电势电流电位差计校准伏安表、UJ31型低电势电流电位差计测量低电阻及材料的电阻率、最小偏向角测量光波波长、二极管特性的研究、三极管的应用研究、三极管放大倍数测试仪的设计制作、转动惯量的测量及研究、反射光偏振性的研究、旋光性溶液浓度的测量、动态法测量固体材料的杨氏模量、干涉法测量金属的热膨胀系数、RLC串联电路暂态过程的研究、交流电桥的研究及应用、利用p-n结特性测量玻尔兹曼常量、电介质相对介电常量的测定、温差电现象的研究、太阳能电场基本特性的测定。

选做项目三（8个中任选1个）：光学多道分析器、光的色度研究、单光子计数实验、激光拉曼、磁共振、微波电子自旋共振、光拍法测光速、半导体激光器。

选做项目一是针对学生在实验中可能会碰到的各种问题诸如仪器故障、线路故障而设计出来的一个项目。主要训练学生根据所学的理论知识对仪器故障进行判断，并对所确定故障进行维修，培养学生分析问题和解决问题的能力。

选做项目二有24个课题，涉及面广，学生可根据自己的兴趣爱好任选一个。该项目有助于培养学生根据所掌握的物理实验理论知识和实验基本方法开展创新性科学实验研究的能力。

选做项目三难度较大，与前面实验项目采取单人单组的实验方式不同，选做项目三采取了一组多人合作型学习研究的方式。这些实验项目有助于学生了解本专业的特点，并对学生今后专业课的学习起到了引导作用。

2.4 演示实验模块

选做项目四（24个可任选1个）：刚体转动综合演示仪、锥体上滚；逆风行舟；听话小球；流速与压强；大型辉光球；法拉第楞次定律（开闭口环）演示、法拉第—楞次定律；无电刷直流电机、脚踏发电机；范式起电机；能量转换轮；磁悬浮地球仪；磁场对电流的演示仪；磁阻尼摆；环形驻波、水波演示、鱼洗；白光反射全息、帘式皂膜；激光综合光学实验仪；偏振光现象组合、光的衍射演示仪；激光传声；叶片热机；地动仪；超声雾化器；滚摆、记忆合金弹簧；声控喷泉；无源之水；导光水柱、梦幻时钟、错觉画。

演示实验的特点是直观、形象和生动。该实验模块的项目设置与日常生活及学习过的理论知识紧密联系在一起，该实验模块的设置寓教于乐，极大的提高学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性。

3 大学物理实验模块化教学实施

本次大学物理实验模块化教学在电信科学类专业成立了课改试点班。按由简单到复杂的顺序依次进行各模块的实验。

3.1 开放实验室

为保证实验顺利进行，学生可在实验室开放时间进入实验室进行预习。由于能够看到实验仪器，比以前只看教材预习来得更直观，预习效果好。

3.2 综合运用多种教学法[3]

大学物理实验采用现场教学的模式，因此其教学方法也不是单一的，可采用组合教学法，比如讲授、讨论、实验、学科研究法等综合运用。基础性、综合应用性实验模块主要采用学生预习、教师讲解（或学生讲解）、教师设置故障、学生按步骤独立完成的方法；设计创新性实验则由学生根据实验原理和实验要求进行方案设计，以单人或小组讨论合作的形式来完成，教师只负责答疑引导；演示实验模块要求学生能够根据实验要求动手组装并进行仪器调整和现象观察，最后写出开发报告。

3.3 能力培养

大学物理实验采用模块化教学后，教学目标明确，针对性和可操作性强。通过基础性实验模块的学习，使学生掌握了基本物理量的测量、基本实验仪器的使用及数据处理方法，培养了学生独立实验的能力；综合应用性实验模块涉及多个知识点，提高了学生实验方法和实验技术的综合运用能力；设计创新性实验模块需要学生根据实验要求提出设计方案和创新点，培养了学生科学思维方法，使学生的创新能力得到锻炼；演示实验模块则是将理论与实际相结合，提高了学生解决实际问题的能力。

4 大学物理实验模块化教学评价体系

我校大学物理实验普通班采用平时考核（占50%）和期末考核（占50%）相结合的方式。而物理实验模块化教学试点班期末考试单独进行，采取公开答辩的形式进行。答辩的内容由学生自已选择实验项目中的任意一个，准备PPT，讲解实验的过程、关键技术、结果分析和可能的改进措施等。教师在学生答辩过程中，可针对实验目的、实验原理、仪器设备的选择、仪器设备的使用、操作过程的规范性、实验现象、实验结果、数据处理方法、误差原因及生活应用等方面提出问题，最后综合学生PPT的讲解及回答问题的表现，给出成绩评定结果。

综上所述，大学物理实验模块化教学改革设置按照由简单到复杂、由基础到高级的层次递进排列，符合学生由浅入深、循序渐进学习的规律，极大地调动了学生的学习积极性。学生在实验过程中能够积极进行课前预习，认真参与实验，动手能力、创新能力和综合素质明显提高。当然我们也看到大学物理实验模块化教学改革是在试点班中进行的，如果能进一步优化教学资源，扩大试点面，必将使更多的学生受益，更好适应社会对人才的需求。

【参考文献】

[1]刘杨.大学物理实验教学探讨[J]. 山西大同大学学报：自然科学版，2008，2（3）： 82-84.

[2]徐滔滔.大学物理实验教程[M].北京： 科学出版社，2008.

[3]冷余生， 解飞厚. 高等教育学[M]. 湖北： 湖北人民出版社，2006.

[责任编辑：曹明明]

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