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通过评估看大学物理实验的改革与发展
作者：王秀杰
[关键词] 评估 综合性与设计性实验 仿真实验 演示实验 开放实验室
一、教学评估对实验教学的要求
从2003年开始，教育部组织有关专家对592所普通高等学校的本科教学工作水平进行评估，并建立每5年一个周期的评估制度。评估的原则是以评促建、以评促改、以评促管，评建结合，重在建设。指导评估工作的是教育部颁发的两个文件，即《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》（教高[2001] 4号）和《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》（教高[2005] 1号）。关于实践教学，教高[2005] 1号文件是这样论述的：“知识来源于实践，能力来自于实践，素质更需要在实践中养成；各种实践教学环节对于培养学生的实践能力和创新能力尤其重要。但是，当前的实践教学环节非常薄弱，严重制约了教学质量的进一步提高。因此，必须加强课程实习、专业实习、毕业实习、实验教学、社会实践和社会调查等各类实践教学环节。要积极改革实验教学内容，改进实验教学方法。要加强教学实验室建设，提高实验设备的共享程度和使用效率。”而教高[2001] 4号文件关于实践教学则是这样论述的：“高等学校要重视本科教学的实验环节，保证实验课的开出率达到本科教学合格评估标准，并开出一批新的综合性、设计性实验。要根据科技进步的要求，注重更新实验教学内容，提倡实验教学与科研课题相结合，创造条件使学生较早地参与科学研究和创新活动。”
在评估指标体系中对于实践教学是这样要求的：“实践教学内容与体系要注意内容更新，体系设计科学合理，符合培养目标要求；有综合性、设计性实验的课程占有实验的课程总数的比例要达到≥80%，且效果好；实验室开放时间长，开放范围及覆盖面广。”
从教育部指导评估的两个文件及评估指标体系对实践教学的要求可以看出，随着科技的进步、时代的发展，传统的那种老师在课堂上讲理论知识，然后在实验室验证课堂所讲内容的做法已跟不上时代的步伐和要求了。这就要求我们要对传统的实验教学进行大刀阔斧的改革。为了达到评估指标体系的要求，更是为了通过实验教学增强学生的动手能力和创新意识，我们在大学物理实验——这门涉及所有理工科学生的必修课中进行了一系列的改革尝试，取得了良好的教学效果，受到了评估专家的好评。
二、实验教学中我们所采取的改革措施
《大学物理实验》是工科院校独立开设的一门必修课程，是学生进入大学后首次接受动手能力系统训练的一门实践课程。按照我院教学计划和教学大纲，本课程教学时数为51学时，共计上课17次，每次3学时，分两学期完成。第一学期9次实验课，包括1次误差理论和8次实验课。8次实验课中有1次设计性实验和1次综合性实验；第二学期8次实验课，其中包括1次为设计性实验和1次综合性实验。学生共计做16个实验，所有实验均为单人单套设备。在保证完成教学计划的前提下，为了增强学生的动手能力和创新意识，我们在以下几个方面进行了改革尝试。
1．自主开发综合性实验。
综合性实验是物理实验不可缺少的重要组成部分。综合性实验要求在两个方面具有综合性：一是在知识点上要有综合性，内容涉及一门课程的两个主要章节以上的多个知识点或两门以上相关课程的综合知识；二是在实验手段上要有综合性，所使用的实验仪器和实验手段应包括物理学两个或两个以上的分支；学生需要应用这些不同的知识和不同的实验技能方可完成。为充分体现综合性实验以上两个方面的要求，在教学实践中，我们经过反复论证和实践，开发了多项综合性实验，取得了良好的教学效果。
2．开设并开放设计性实验。
设计性实验要求在给定实验目的、要求和实验条件，由学生自行组织完成实验的全过程，包括提出实验方案、实验方法和步骤，根据实验条件选择实验仪器，具体实施实验，然后撰写实验报告。具体的做法是：
实验室提供了数量足够的仪器。要求学生根据自己的时间提前3~5天到实验室预约做实验时间，在预约的时间到实验室首先向实验指导老师出示自己的实验方案，然后再做实验。实验结束时老师根据学生实验进行情况和测量结果给出课堂成绩。在做完实验后，认真书写实验报告，进行数据处理并分析误差原因，同时还要求写出心得体会，老师通过批改实验报告再给出实验报告成绩。
设计性实验使学生从知识的被动接受者变为知识的主动建构者，充分调动了学生学习的积极性、主动性、创造性。在实验过程中，学生主动获取知识、应用知识并解决实际问题。为了使学生更加重视设计性实验，我们将设计性实验的成绩占期末总成绩的40%。
3．开放仿真实验室。
要提高物理实验教学的水平，其关键是激发学生的学习热情，但是实验设备和经费的短缺、实验室和实验课时的限制是长期困扰实验教学质量提高的难题，学生课前通过教材预习，对实验设备和实验中所遇见的各种现象很难建立直观认识。在规定的学时内学生不能非常熟练掌握仪器的原理和使用方法，不能对实验进行仔细地消化。在目前物理实验教学中，有些重要的、前沿性的实验由于实验仪器的复杂、精密和昂贵，往往无法对实验仪器的结构、设计思想、方法进行剖析。
为了解决上述矛盾，我们投入资金建立了物理仿真实验室，就是在电脑上安装《大学物理仿真实验》软件系统，通过该系统可以真实再现所有物理实验的各个环节，把教材、教师指导、实验操作和学生的独立思考融为一体，大大提高了学生的热情。
《大学物理仿真实验》系统软件投入使用后，把实验分为两部分。第一阶段是学生在课余时间到仿真试验室进行仿真实验，在这个阶段中让学生对实验内容、所能看到的现象、仪器的原理建立起认识和进行初步操作训练。第二阶段是学生到各实验室独立进行实际操作，记录实验数据并进行数据处理。在第二阶段的实际实验中若学生认为自己掌握得不太好，还可以在课后再到仿真实验室进一步熟悉相关的实验。
该系统涵盖了所有学生要实际完成的实验项目，还包括实际操作中没有的实验项目，因此学生在完成规定的科目之外，还可选其他仿真实验项目进行学习，学生普遍对仿真实验课表现出了极大的兴趣和学习热情，使实验教学变得生动活泼，使学生得到更多的收获并增强了对实验的认识。
4．开设开放演示实验室。
学生在中学上物理课时，在很多情况下老师都是先用一些教具演示一些物理现象，然后通过分析这些现象讲解物理知识。这样教学形式生动、活泼、直观，学生易于接受。进入大学，由于学生规模扩大，上课人数增多，这种直观的教学形式受客观条件限制就难以做到了，再加上大学讲课速度快，内容多，信息量大，而且高度抽象，特别是近几年随着高校的不断扩招，学生素质参差不齐，导致大学物理课堂教学效果越来越差。
为了缓解这一矛盾，我们投入资金购买了一批物理演示实验仪器，建立了物理演示实验室。在演示实验室，通过演示仪器，可以演示大学物理大多数能够演示的物理现象，学生以在课余时间在老师的指导下做他所感兴趣的实验。通过这样的亲身体验，进一步巩固和加深了课堂所学过的物理知识，对培养学生学习兴趣、扩展知识面等方面起到了别的教学形式不可替代的作用。
5．开放实验室。
开放式实验教学是目前实验教学改革的趋势。与传统的教学模式相比，开放式教学具有两大鲜明的特点：一是学生可在规定的开放时间内自主地安排上课时间，给予学生在时间上的机动性和灵活性；二是实验项目个数增加，学生可以根据自己的兴趣爱好和专业特点选择实验项目，在实验内容上可充分发挥学生的积极性和主动性。
为了达到实验室开放的预期效果，我们制定了一套关于实验室开放的管理制度。首先我们将实验室开放的时间、地点、实验项目等内容在校园网上公布。学生可在网上预约做实验的时间及实验项目。学生在进入实验室前要认真阅读实验指导书及相关资料，书写预习报告。然后在约定的时间进入实验室做他所选的实验。为了鼓励学生多做实验，我们要求学生在完成必做的实验以外，根据学生选做的实验数量与质量在每学期期末进行成绩评定时给予适当考虑。
三、结语
通过增加综合性和设计性实验、开设开放仿真实验和演示实验、加大实验室开放力度等一系列改革措施，极大地提高了学生的动手能力和创新意识，扩大了学生视野和知识面，培养、提高了学生主动获取知识、应用知识并解决实际问题的能力，使学生可以在各个方面、全方位地接受动手能力的训练。同时，物理实验也变得既生动直观，又科学严谨，取得了良好的教学效果，也体现了评估中的“以评促建”的原则。
参考文献：
[1]梁富增，方莉俐.大学物理实验[M]. 兰州大学出版社，1997，9．
[2]关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见（教高[2001] 4号）.
[3]关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见（教高[2005] 1号）.