一、中美大學物理實驗教學模式的比較

在斯坦福大學，DOUGLASDOSHEROFF教授特意在黑板上寫下“GOAL：Learnhowtodophysics，notspecifictechnique．”意思是說要通過物理實驗使學生懂得如何去研究物理問題，而不是只局限在知識的傳授和技能的訓練范圍內。究其這種觀念上的區別，原因有二：其一是與傳統教學方法有關。我國習慣于從抽象到特殊的教學方法，而美國則重視從特殊到抽象的教學方法。其二是與實踐意識有關。國內的學生學習純理論的較多，理論性、邏輯性較強，而美國的學生非常注重實驗，當遇到有爭論的問題，往往不是先翻書，而是“讓學生實驗一下探個究竟”。正如楊振寧博士曾說過的：“我到芝加哥大學攻讀博士學位，學到一種與中國完全不同的學習方法。教師要你注意的不是最高原則，而是一些新的現象，并抓住這些現象進行探究、研究、歸納、思考。”這給了我們很大的啟示，應該更加充分地認識到物理實驗教學的作用和性質，在實驗教學中樹立更高的目標。

（一）實驗教學內容體系的比較

教學內容體系由知識素材、技巧能力和品質道德三個基本因素組成。知識素材是教學內容的基礎，技巧能力和品質道德蘊含在知識素材之中。而教材的差異，是導致課程設置、教學內容、教學方法和手段一系列差異的必然結果。在我國，大學物理實驗課程基本上是獨立設置，與之相適應的教材大多是正式出版的“規劃教材、面向21世紀課程教材”等，這些教材理論嚴謹，內容全面深入。在知識素材的選取上，大多注重傳統，經典實驗、命題實驗較多。所選的實驗項目大多是與儀器設備相配套的經典內容，演示實驗很少，即使有演示實驗，大多是在計算機上通過動畫、模擬的形式來完成的。這些傳統的物理實驗項目規定了實驗內容、實驗儀器和實驗方法，甚至要達到的實驗結論，沒有選擇性且缺乏層次性。學生的實驗領域大多在力學、電磁學和光學部分，重點在于培養學生的實驗技能，正確使用儀器和取得正確結果。近代物理實驗是針對UpperDivision學生開設的，按照力、熱、電、光、原子和原子物理的理論結構順序分別在相應的學期開設，并且所選的實驗項目大多是以經典的“驗證型”為主，與科技發展的前沿聯系不多，對于“研究型、設計型和綜合型”的實驗，只有少數高校開設。現在有條件的高校逐步在改變這種模式，正在由“驗證型”向“研究型”、由訓練學生的動手能力向訓練學生的邏輯思維能力發展。在美國，教學與實驗合二為一。在知識素材的選取上，實驗沒有專門的教材，實驗教材基本上是自編的講義，有些大學沒有自編教材，由教師從市場上選擇推薦給學生，根據教師和學生的需求，再由出版商出版。知識素材的顯著特點是充分利用現代高新技術并貼近工作生活。對于近代物理實驗，大多只有相關的參考教材和實驗內容指導書，并且在課程網站上一般都會提供相關資料供學生閱讀和使用。對教師而言，教材只是作為一種教學工具，用于幫助師生交換意見和展開討論；對學生而言，教材也僅僅作為一種輔助學習的工具，不是什么至高無上的考試寶典。據有關專家歸納，美國高校教材有以下特點［1］：（1）統籌安排實驗內容，避免不必要的重復和脫節；（2）重點突出，詳略得當，注意提高學生的科學素質和能力；（3）注意與現代概念的銜接，引入現代的觀點和方法，反應科學的最新成果；（4）不搞統一模式，按不同要求、不同層次有不同安排，突出自身特點。其行文多為談話式、探討式，表達形式新穎、流暢，很有親和力。在課程設置方面主要包括四個部分［2］：（1）課堂演示實驗。他們的演示實驗的條件非常完善，且內容豐富。加州大學伯克利分校，多媒體教室可容納500人，教師的演示實驗過程清晰地投影到大屏幕上，學生的學習興趣濃厚，收效甚佳。（2）LowerDivision物理實驗。針對一、二年級學生基礎知識相對薄弱的特點，各校的開課方式有所不同。有的學校把理論教學和實驗教學統一為一門課程，而有的學校則獨立設課，學生成績單獨給出。對于不同學科的學生，在選擇實驗內容和要求上也是有區別的。（3）UpperDivision物理實驗。針對三、四年級學生知識面寬的特點，各高校均是獨立設課，獨立評定實驗成績。且實驗題目多、選題廣，基本上涵蓋了物理學的每一個領域。（4）科研型課題實驗。是針對高年級學生開設的選修課，如哈佛大學，每年都會選拔一批本科生參與到科研課題當中，并且課題的內容大多是Project實驗，顯然其深度和廣度要高于我國高校開設的設計、研究型實驗。

（二）實驗教學方法、手段的比較

教學方法是實驗教學中的重要一環，標新立異的教學方法能起到事半功倍的教學效果。教學手段是教學中師生相互傳遞信息的工具，多媒體網絡技術和電子視聽設備在教學手段中的應用，能大大提高教學的效果和水平。在我國，大學物理教學和實驗教學各自有自己的教學計劃，二者根本不一致。這種教學模式無形中給教師的“教”提供了便利，而給學生的“學”卻帶來了難度。在實驗教學過程中，大多是首先讓學生在課外預習實驗，并按規定的格式要求寫出實驗報告。然后教師在學生實驗之前花上幾十分鐘針對實驗儀器分組講解實驗原理、方法和儀器使用等，再將學生進行分組，由小組共同完成實驗任務。學生完全按照既定步驟和要求完成操作過程，效率較高，學生、教師都省心。實踐表明，有不少學生是在被動地做實驗，盲目得到實驗結果。因此，這種缺少想象力和創新性的教學方法，對學生的思維、創新能力的培養是不利的。隨著國力的增強，多媒體網絡技術和計算機在教學中的廣泛應用，大大提高了教學的效果和水平。相比之下，我國高校實驗設備的自動化程度還很低，計算機的普及率還遠沒有達到要求，學生擁有計算機的還不足2／3，并且利用計算機進行娛樂的不在少數。當然，在物理實驗中，并非是使用計算機越多越好。因為許多物理現象的觀察、操作能力的培養、物理思想的掌握等都不能由計算機來代替。在美國，大學物理理論教學和實驗教學一般都是整合在大學物理課程之中的，且講授內容與實驗一致。如麻省理工學院的普通物理學課程中，完全是在實驗室里完成的，按照學生每組3人進行分組，以學生自學習為主，教師講解理論與指導實驗同步進行。這樣的教學方法，學生能及時從實驗中驗證所學理論知識，并深刻理解和掌握實驗方法；對教師來說無形中增加了工作量，并對教學設施提出了比較高的要求。歸納起來，美國高校在物理實驗教學中主要采用的方法有兩種：（1）分組探究式教學。這種方法是由華盛頓大學物理教學研究組MCDERMOTT教授等在過去的20多年實踐中研究和發展起來的［3］。在課堂教學中，教師將學生分成若干小組，通過啟發式的提問，讓學生通過設計、實驗、觀察實驗現象，來解釋、驗證物理現象。2000年美國國家研究理事會組織編寫出版了一本科學探究專注，其中將探究式教學的基本特征概括為提出問題、證據、解釋、評價及交流［4］。（2）工作室物理實驗教學（StudioPhysicsteaching）。這種方法是JACKWILSON于1994年在倫斯勒理工學院首創的，并被美國一些高校廣泛應用［3］。這種教學模式是在高度合作、開放的實驗環境中，利用先進的實驗裝置和技術，讓學生自覺、主動地學習，然后教師通過一對一的巡回指導幫助學生完成實驗。這樣的學生知識面要寬一些，解決實際問題的能力也強一些。其自動化程度較高的數據采集和處理的計算機等設備已廣泛應用到美國高校的實驗教學之中，使用計算機完成普通物理和近代物理實驗的比率幾乎是35％和100％。況且，他們的每門課程都有相應的網站，學生通過閱覽網站，能獲得課程大綱、學習輔導、考核方式等課程相關信息。對于大學物理實驗，網站上一般都有對實驗項目、實驗儀器、實驗方法、實驗原理、實驗步驟和實驗時間的詳細說明，以及利用計算機編程語言編寫的虛擬實驗，以向學生展示不同內容的實驗現象。所以，美國高校的實驗教學手段更先進一些。

進入21世紀以來，我國高等教育改革和發展取得了重要成就，高等教育也由“精英式”教育全面轉型為“大眾化”教育。為滿足地方經濟的發展需求，眾多地方新型高校應運而生。對于以培養高級應用型人才為主要目標的地方新型新興高校而言，面向全體理工類學生開設的大學物理課程的改革和建設，對于培養具有現代科學技術知識以及創新研發能力的高素質專業性人才的重要性是不言而喻的。這不僅因為物理學是一門研究物質的基本結構，相互作用和物質最基本、最普遍的運動形式及其相互轉化規律的學科，更重要的是，現代物理知識已經滲透到各個專業，物理學基礎知識是一個高級工程專業性技術人員所必須掌握的，而以整個物理學基礎知識為主要內容的大學物理課程的建設改革是迫在眉睫的。如何對大學物理課程進行改革和建設，使之能進一步符合地方新型新興高校現代化社會發展及現代化人才培養的目標，是本文試圖探討的主要問題。

一、大學物理課程教學理念的轉變

大學物理作為各類高等院校中面向非物理專業的學生所開設的一門課程，在高等人才教育和培養框架中起著基礎性服務作用。對于應用特色明顯、致力于培養高級應用型人才的地方本科院校，“地方性、應用性”是高校的辦學定位，“以能力為根本，以學生為主體，以教師為主導，注重應用性、融合性、職業性、開放性和創新性”則是高校人才培養的理念。根據此理念，大學物理教學的基本指導思想應該結合學生的專業特點為非物理類專業應用型人才打好物理基礎。

1.加強基礎教學。

物理是研究物質世界最基本的結構、最普遍的相互作用、最一般的運動規律及所使用的實驗手段和思維方法的自然科學。如果引用宋學集大成者朱熹以及明代心學創始人王陽明的說法，此乃格物究理、格物致理。在這里可以從“理”、“格”二個方面來理解大學物理及大學物理實驗課程的教學理念和思路。理：是指教師在對學生傳道授業之時應該教導給學生的基礎物理知識。在這點上，中學的物理與大學物理內容存在兩點最重大的區別。第一個區別在于大學物理知識體系的數學表達形式已經不再停留于初等代數幾何的范圍。高等數學的引入，特別是微積分對物理規律的表述形式已經廣泛呈現在力、熱、光、電磁、量子及相對論等各個基礎理論領域內。根據本人在教學中統計到的學生反饋意見，高等數學會給初學大學物理的學生在理解原理規律和應用原理解決問題方面帶來一定的困難。而不可避免的，高等數學是學生學習更深層、更普遍的物理規律并與實踐相結合所必需的工具。因此，如何在教學中將物理與高等數學緊密結合起來，讓學生既能用高等數學對物理規律和物理現象加以描述，同時又能通過數學表達式獲取物理信息，形成物理圖像，總結物理規律是我們在教學中需要認真思考和改革的地方。第二大區別在于大學物理內容的廣泛性和深刻性。由于一個實際的問題往往不是只牽涉到物理某方面的知識，因此，在這一方面，教師的授課不能簡單停留在對某個物理分支理論的講解，我們更應該引導學生從更高的角度全方位學習，綜合應用所學的物理知識來分析解決問題。格：要培養學生成為具有創新精神，具備創新能力的專業型人才很重要一點是要教會他們怎樣學習，而不是學了什么。大學生活本身的寬松自由為學生提供了自學的良好氛圍，因此，在大學物理課程教學中教師應該更加注重培養學生的格物之法。即對物該怎么格，怎么將需要討論的實際問題和所學的知識對應起來，加以運用才是學生在學習的過程中應該被引導和指導的更重要的東西。為此，在教學過程中我們應訓練學生養成探求物理概念與規律意義的習慣；通過分析物理概念和規律的內涵與外延完成知識的學習習慣；培養學生養成質疑思考的習慣，并能較自覺地依據物理的科學概念和規律，使用各種方法釋疑，掌握物理思維方法的能力。另外，在傳道解惑的過程中，教師應該有意識地讓學生思考解決一些有難度的問題，鼓勵學生在困難面前勇于探索、勤于思考，通過多途徑的調研、自學，鼓勵他們在實際問題中不斷擴充物理知識面，通過自學掌握教材中沒有涉及的理論及實驗知識，從而培養他們百折不撓的作風和品質。

2.實踐與創新能力的訓練與發展。

摘要：為了解決新辦本科院校物理實踐教學面臨的問題，有效地培養學生的創新意識和創造能力，對大學物理創新實踐基地建設的意義、目標及建設內容進行探索和實踐，取得一定的成效。為新辦本科院校學生創新能力的培養建立可參考的模式，具有一定的輻射和示范效果。

關鍵詞：大學物理；創新實踐基地；實驗教學

中圖分類號:G642.4文獻標識碼：A

THEEXPLORATIONONTHEBASECONSTRUCTIONOFPHYSICALINNOVATIONPRACTICE

ZHENGZhi-xia

(DepartmentofInformation&ElectronicEngineer,PutianUniversity,Putian361100,China)

摘要：大學物理教學對工科學生綜合素養以及科技創新能力的提高起著重要作用．結合工科類地方院校大學物理授課現狀，分析了物理教學中存在的問題，并結合教學實踐，從4個方面深入地探討了物理課堂教學模式和方法改革，達到了提高學生自主參與物理課堂的積極主動性，對工科院校大學物理教學質量的提升具有借鑒意義．

關鍵詞：大學物理；多元化；教學改革

1大學物理的地位以及教學現狀

物理學是一門用于研究各種物質結構與物理運動變化規律的基礎學科，其基礎理論滲透到自然學科的各個領域[1-2]．它的各種基礎概念對培養學生獨立分析問題能力、解決實際問題能力、自主創新意識等各個方面具有十分重要的指導性作用．然而，隨著高校的擴招和專業課程門數的增多，工科院校的大學物理課程教學存在一系列問題．為了尋找到一種適合當前時代形勢下的大學物理教學方式和教學手段，結合當前的實際教學情況，分析地方類工科院校大學物理教學中存在的問題．

1.1不被重視，學時少

許多地方類工科院校對大學物理學科的重視程度較低．教育部規定大學物理教學學時不少于144，不同學校授課學時參差不齊，有的學校只有64學時，而河南工學院大學物理上冊48學時，下冊32學時，嚴重限制了大學物理授課的系統性．課本知識教師難講，學生接受起來也困難，更談不上學生領略物理的奧妙，從而達不到好的教學效果．

第一篇：翻轉課堂教學模式在大學物理教學的運用

摘要：為了提高大學物理課程的教學效果，探索翻轉課堂教學模式在提高教學質量方面的作用，我們利用愛課程網絡平臺和山東大學大學物理MOOCs課程資源，在本科生大學物理課程教學中實施了基于SPOC的翻轉課堂教學模式．本文從教學設計，課程安排，考核方式等方面詳細論述了翻轉課堂教學模式改革的基本思路及方法．該教學模式對培養學生對大學物理課程的學習興趣，調動學生自主學習的主觀能動性及提升學生分析問題解決問題能力等方面具有積極意義，所得經驗為在高校實施翻轉課堂改革提供一定的借鑒．

關鍵詞：SPOC；翻轉課堂；大學物理；教學模式

1SPOC及翻轉課堂概述

SPOC（SmallPrivateOnlineCourse小規模限制性在線課程）是2013年由加州大學伯克利分校的ArmandoFox教授提出，是伴隨著MOOC（MassiveOpenOnlineCourses大規模在線開放課程）的發展而出現的稱之為“后MOOC”的教學模式，其目的是希望將優質的MOOC資源與課堂面對面教學有機地結合起來．該教學模式目前已在國內外眾多高校開展．與MOOCs平臺的開放性，統一化及動輒成千上萬的學生數相比，SPOC實施小班教學管理（幾十至上百人），與傳統大學一個班級的人數相當．這樣便于對學生的組織管理，比如統計學習進度及完成情況，也便于針對性地學習內容設計．因此，SPOC教學模式更適合在大學課堂上開展．翻轉課堂（flippedclassroom）是把傳統教學模式的課上課下教學內容翻轉過來，即課下學生根據教師提供的教學資源，自主完成知識點的學習，并根據學習情況提出疑問；課上，教師組織學生互動交流，引導學生自己解決問題，并結合學生的問題及內容的側重點，給學生答疑解惑，形成讓學生在課堂上完成知識吸收與掌握的內化過程、在課堂外完成知識學習的新型課堂教學結構．這一教學模式使教師從傳統的課堂授課模式中解放出來，在課堂上可以組織更多的學習討論活動，培養學生的學習興趣，提高學生的自學能力．在這種模式下，教師的角色由傳統課堂中的知識傳授者變為學生學習的設計者和促進者，這對教師的綜合素質提出了更高的要求．不僅需要教師熟練掌握課程內容，還需要“有責任，有愛心，懂設計的專業教育者”，能根據學生的學習情況及時調整教學內容和教學方式．

2大學物理課程開展“翻轉課堂”教學模式的必要性