[摘 要]大学物理实验教学属于实践性教学，我们的改革目标是，培养学生活跃的创新思维，理论联系实际的实践能力，适应科技发展的综合应用能力。围绕着这个目标，构建大学物理实验教学体系，对实验项目、实验内容、教学模式进行改革创新探索。

[关键词]概率论 数理统计 教学改革 案例教学

[中图分类号] G640 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）05-0107-02

物理学本质上是一门实验科学。物理实验是科学实验的先驱，体现了大多数科学实验的共性，在实验思想、实验方法以及实验手段等方面是各学科科学实验的基础。[1]因此，大学物理实验课是理工科大学生的必修基础课。

一、以应用为导向，以学生为主体，分层次递进式教学

要达到大学物理实验改革目标的要求，需通过一系列的实验逐步实现。为此，我们构建了“基础——综合——设计（研究）”逐级提高的多层次教学体系，并在教学中强化学生的主体地位，突出实验项目、内容的应用性。要想提高学生在实验中的主动性，预习很重要。对于基础性、综合性实验，教师应根据具体实验项目，提前把预习提纲发给学生，引导学生预习，以使学生明确实验目的，理解实验原理，倡导学生提前去实验室了解实验仪器设备的性能、使用方法，要求学生初步设计出实验方案，写出预习报告。在教学过程中，教师应简明扼要地讲解实验思想、实验方法的选择及对数据处理的要求，把更多的时间留给学生自主实验。学生在实验中遇到问题时，教师应启发、引导学生自己找到解决的方法，完成实验。这样，学生才能体会到运用知识分析问题、解决问题的乐趣，产生成就感，从而激发了学习的兴趣，培养了实践应用能力。

设计性或研究性实验的目的是使学生了解科学实验的全过程，逐步掌握科学思想和科学方法，培养学生独立实验的能力和运用所学知识解决综合问题的能力。[2]目前，许多新的专升本院校，由于大学物理实验中心建成时间较短，受经费与场地所限，一些设计性实验是由原来的基础性或综合性实验延伸过来的，缺乏创新性，有些实验能从网上找到现成的实验方案，达不到设计性实验的目的。因此，在设计性实验中，更要突出学生的主体地位，充分发挥学生的主动性和创造性。教师要根据学生的实际情况，遵循由易到难的原则，精心设计实验课题，然后再让学生根据自己的实际情况，自主选择实验课题。选定课题、明确任务要求后，学生自己查找资料，制订实验设计方案，其中包括：物理模型的建立、实验方法和测量方法的选择、测量仪器和测量条件的选择、数据处理方法的选择以及综合分析比较和不确定度的估计等。[3]在学生制订实验设计方案的过程中，指导教师与学生共同分析实验设计方案各个步骤的可行性，并不断地调整和完善，最终形成达到实际要求的最佳方案。在实验过程中还会遇到各种问题，通过这些问题的解决，进一步培养学生的实践创新能力。

基础性实验、综合性实验在其内容上，多属于验证性实验，在层次上属于基本动手能力训练阶段。要引导创新思维、创新设计、创新实践，提高创新能力，培养创新型人才，必须经过设计性、研究性实验环节的锤炼和锻造。[4]

二、以应用为导向，优化教学内容，增大设计性实验比重

优化大学物理实验教学内容，就是更新与实际应用脱节的内容，丰富、充实应用性强的内容，并融入现代科学技术，提升实验质量。比如“薄透镜的焦距测量实验”，除测量实验室提供的透镜焦距外，可在适当补充镜片度数的条件下，尝试测量老花镜的度数。又如，光学实验中的分光计系列实验，分光计的调节过程，教师很难用语言说清楚，学生调节更是困难重重，若在望远镜目镜上安装一个视频摄像工具，就可让学生直观地看到调节过程，提高实验效率。再如“牛顿环干涉实验”“迈克尔逊干涉实验”，都可引入CCD成像系统进行改进提高，等等。上述列举的实验，虽然都是基本实验，但由于加入了生活元素，融入了现代科学技术，所以能够较好地激发学生的学习兴趣，加深学生对实验思想、实验原理的理解，提高学生应用现代科学技术的能力。

综合性实验是指同一个实验中涉及力学、热学、电磁学、光学、近代物理等多个知识领域，综合运用多种方法和技术的实验。[5]优化教学内容，一定要体现多个知识领域的交叉，多种方法技术的综合运用。例如，杨氏模量的测量，综合运用了光学、电学、力学知识，可让学生用多种方法进行测量，如静态拉伸法、动态悬挂法、梁弯曲法等，其中相对伸长量可用霍尔传感器来测量。再如，“用密立根油滴仪测电子电荷实验”的目的是让学生掌握实验方法，领略大师设计思想，同时也让其了解一些独特的数据处理方法。受课时、实验仪器精度所限，许多实验室采用的是逆向验证的方法，这种方法借用了现成的测量结果，学生常感到疑惑。用“图解法”[5]处理实验数据，可在不知电子电荷e的情况下，通过射线斜率求出e值，克服了“最大公约数方法”中寻求最大公约数的困难，弥补了逆向验证的缺憾。同时要引导学生使用Origin等软件来进行计算，拟合数据、画射线、求出e值。这样，不仅加深了学生对大师处理实验数据方法的理解，同时也提高了学生应用计算机通用软件处理实验数据的能力。

设计性实验是指根据给定的实验题目、要求和实验条件，由学生自己设计方案并基本独立完成全过程的实验。[6]目前提倡增大设计性实验比重，以达到培养学生自主研究问题、解决问题的实践能力和创新能力的目的。设计性实验应具有综合性、典型性、探索性、研究性和设计性，并遵循“难易适中，因材施教，结合专业”的原则。徐州工程学院大学物理实验中心，目前主要开设了“电表的改装与校准”“集成运算放大器及其应用”“小型制冷装置制冷量和制冷系数的研究”“平衡电桥与非平衡电桥的研究”“太阳能电池特性研究”“霍尔效应及其应用”“电子束测试”“偏振光实验”等设计性实验。不同专业的学生，可根据自己的专业特点、兴趣特长自主选择实验题目，自行设计并基本独立完成实验。通过设计性实验的锤炼，学生的实践能力和创新能力都得到了提高。

三、引入数据采集系统，搭建自组实验平台

数据采集系统由智能传感器、数据采集器、计算机及数据处理软件等组成。它具有“实时连续采集”“提高实验效率”“提高实验质量”“拓宽思维，提高学生实验兴趣”[7]等特点，所以数据采集系统被广泛应用到大学物理实验中。目前，国内一些仪器生产厂家，在实验仪器中，引入了数据采集系统，用计算机控制、采集、记录、分析，学生所做的就是敲敲键盘，点点鼠标。这种一体化的实验，学生既观察不到物理现象的发生，也不能操作仪器，学生只能从计算机显示器上观察结果，这样的实验教学大大地削弱了学生的动手能力和实验观察能力的训练。[8]在大学物理实验中，将数据采集系统、现代传感技术与实验仪器相结合，搭建自组实验平台，既可使学生初步掌握数据采集系统的应用，又能增强学生的动手能力和实验观察能力。例如，传统的光学实验——分光计系列实验、牛顿环干涉实验、迈克尔逊干涉实验，常见的问题：一是学生调节困难，二是观察干涉条纹眼睛疲劳。以牛顿环干涉实验为例，为测出凸透镜的曲率半径，需要数出一些干涉条纹的条数，由于干涉条纹密集，学生眼睛疲劳，容易数错，导致测量结果误差太大。将计算机技术和光电技术相结合，可以很好地解决这个问题。传统的牛顿环装置，再配以CCD传感器、微机数据采集处理系统，自组搭建实验平台，就可直观地观察动态的调节过程，方便快捷地获取牛顿环干涉条纹，并通过数据处理软件准确地测出凸透镜的曲率半径，提高了实验数据的精度和实验结果的准确度。

另外，还可将计算机——光电系统应用在光电效应实验中。该实验测量数据多，测量仪器工作状态变化快，测量的数据离散性大，难以准确判断光电流的截止电压。在传统的光电效应测普朗克常数测定仪上配备数据采集装置，利用它快速采集数据，能够准确地判断光电流的截止电压，并用计算机软件处理实验数据，显示相关量的关系图，计算出普朗克常数。显然，提高了实验效率、实验质量。

实际上，需要采集多个数据的实验，都可引入数据采集系统。如“刚体转动惯量测量”“PN结正向压降温度特性实验”“太阳能电池伏安特性测量”“发光二极管伏安特性测量”等实验都可引入数据采集系统，搭建自组实验平台，改变传统的教学模式。

引入数据采集系统，让学生自己搭建实验平台，培养了学生的实践应用能力，应用现代物理技术、现代科学技术的能力，应用计算机通用软件处理实验数据的能力，极大地激发了学生的学习兴趣，提高了学生的创新能力。

[ 注 释 ]

[1][2][5][6] 教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会，物理基础课程教学指导分委会.理工科类大学物理实验课程教学基本要求[M].北京：高等教育出版社，2011.

[3] 张映辉.大学物理实验[M].大连：大连海事大学出版社，2003.

[4] 张映辉.构建突出实践创新能力的物理实验教学体系[J].大学物理，2013（12）.

[5] 于光辉.油滴实验的数据处理方法[J].大学物理，1995（10）.

[7] 刘艳，陈仁安.数据采集系统在大学物理实验中的应用[J].实验室研究与探讨，2012（2）.

[8] 秦艳芬，等.在物理实验中引入通用数据采集器搭建自组实验平台研究[J].物理与工程，2011（3）.

[责任编辑：覃侣冰]