改革大学物理实验教学构建三级双循环教学模式

第26卷第8期　2007年8月
实验室研究与探索
RESE ARCH AND EXP LORATI O N I N LABORAT ORY
Vol .26No .8　
Aug .2007　
・实验教学・
改革大学物理实验教学构建三级双循环教学模式
陈国杰,　谢嘉宁,　黄义清,　李　斌,　伍贤栋,　周有平
(佛山科技学院理学院,广东佛山528000)
摘　要:分析了大学物理实验独立开课存在的问题,提出了三级双循环教学模式,介绍了该教学模式在大学物理实验中的教学实践和成效。

关键词:大学物理实验;教学改革;双循环教学模式
中图分类号:G642.0文献标识码:A 文章编号:1006-7167(2007)08-0077-03
Ref o r m i ng the Co ll ege Physi cs Expe ri m enta l Teachi ng and Buil di ng the Three 2l eve lDua l 2cycl e Teachi ng Pa tte rn
CHEN Guo 2jie,　X IE J ia 2ning,　HUAN G Yi 2qing,　L I B in,　WU X ian 2dong,　ZHOU You 2ping
(School of Science,Foshan Univ .,Foshan 528000,China )
Abstract:Some shortcom ings of the college physics experi m ent independently teaching were analyzed,and a three 2level dual 2cycle teaching pattern was p resented .The teaching p ractice and effects of the teaching pattern in our university πs college physics experi m ent were intr oduced .
Key words:college physics experi m ent;teaching ref or m;dual 2cycle teaching pattern
CLC nu m ber:G642.0 D ocu m en t code:A Arti cle I D :1006-7167(2007)08-0077-03
收稿日期:2006-08-31
基金项目:新世纪广东省教育教学改革工程项目(2002249)作者简介:陈国杰(1965-),男,湖南人,硕士学位,教授,主要从事物理和光电通信器件教学与研究.E 2mail:chengjl26@
大学物理实验是高等学校系统开出的第一门实验
课,其目的是培养学生的实验能力和科学素质,使学生用实验的方法去发现问题、分析问题和解决问题,受到科学素质的训练。

大学物理实验是一门独立课程,同步或超前大学物理理论课开课。

如何解决由此带来的教学困难,提高教学质量,是大学物理实验教学改革的研究课题之一。

2001年以来,我们以学生为本,以培养学生创新精神和实践能力为着力点,在改革大学物理实验教学新体系和开展开放教学的同时,提出和实施了三级双循环教学模式,取得了良好的效果。

1　大学物理实验的特点
大学物理实验的目的是培养学生的实验能力和科
学素质。

实验能力包括获取新知识的自学能力、动手能力、发现问题能力、仪器操作能力、设计创新能力、科
学想象能力等。

科学素质包括事实求是的科学作风、严谨细致的工作态度、探索思考的钻研精神等。

实践证明,经过物理实验训练的人,其头脑无形之中变得灵活机敏、思维广阔。

众多的诺贝尔物理学奖获得者表明,只有素质和能力兼备,才能在科学研究中取得重大成功。

可见,大学物理实验在培养能力和素质方面有着不可替代的作用。

大学物理实验与大学物理既相互联系,又各具特点。

大学物理实验虽然以物理内容作为研究对象,但它的着重点不是研究物理内容本身,而是实验方法与技能的训练。

大学物理实验不依附于大学物理理论,大学物理实验要做的物理内容,可能大学物理理论课还没有讲到;所用仪器设备的工作原理和使用方法,大学物理理论课更是没有涉及。

大学物理实验项目又具有相对独立性,不仅实验内容和实验方法不同,涉及的学科领域也可能有较大的区别。

大学物理实验具有自己的教学内容、教学方法和教学体系。

2　构建三级双循环教学模式
笛卡尔曾经说过,“最有价值的知识是关于方法
的知识”。

探索新型教学方法是创新教育的根本。

尽管大学物理实验是一门独立课,但毕竟是以物理内容作研究对象,需要一定的物理理论做指导。

正如李政道教授所说:没有理论物理学家,实验物理学家就会犹豫不决。

如何解决由此带来的教学困难,提高教学效果?目前多数高校的教学方法是,首先学生在课外预习实验,然后教师在每次实验课的前面几十分钟,分组讲解实验原理、实验方法和仪器使用等预备知识。

实践表明,这种教学方法效果不太好。

一方面,有不少学生(尤其地方院校)很难在有限的课堂时间内消化、掌握实验原理和方法,因此只能被动地做实验,盲目得到实验结果。

另一方面,由于仪器套数有限,如果一个教师同时指导4个实验项目,一个实验讲10分钟,则一次课也需要40分钟才能讲完,而且下次还要对其他学生重复讲解,因此教学效率低。

采用的三级双循环实验教学模式,是解决上述问题的有效方法,尤其适合地方本科院校。

所谓“双循环教学”,就是实验预备知识讲解和实验操作分为两个环节循环进行。

即将每学期要开设的实验项目分成若干轮,每轮实验包含两个或多个实验项目。

对于每轮实验,先拿出该轮实验的1/3课时(如2课时),集中进行实验预备知识教学,对实验任务、实验方法等知识进行集中讲解,为学生课外预习实验、课外设计实验方案打下理论基础,然后再分批进行课堂实验操作。

在学生独立实验过程中,教师不再对实验项目进行讲解,只进行有针对性的、符合学生个性的有效指导。

在下轮实验的预备知识教学中,增加上轮实验的小结和讲评,根据实验报告和教学情况,讲解存在的问题和实验要求,根据情况改进教学方法。

所谓“三级”,就是指在基础实验、综合性实验和设计性实验3个层次的教学中,依次采用“牵”、“领”、“放”3级螺旋上升的双循环教学方法,即基础实验牵着走,综合实验领着走,设计实验放手走,循序渐进地提高学生的能力。

在基础实验阶段,采用牵着走的双循环教学模式。

基础实验的主要目的是让学生学习和掌握基本实验原理、基本实验技能、常用仪器使用及数据测量与处理等方法。

在此阶段,学生刚接触大学物理实验,因此,在实验预备知识教学中,对实验原理、实验方法及常用仪器的使用等知识进行较系统详细的讲解;在学生独立实验过程中,教师也给予学生较多的指导。

在综合性实验阶段,采用领着走的双循环教学模式。

综合性实验主要培养学生的综合实验能力。

在此阶段,学生有了一定的实验基础和实验技能,因此,在实验预备知识教学中,对实验原理、实验方法等知识只进行粗放式讲解;在学生独立实验过程中,教师不直接回答问题,只给学生启发和提示,让学生通过实验去寻找答案,以充分发挥学生的能动性,培养学生的能力。

在设计性实验阶段,采用放手走的双循环教学模式。

设计性实验主要培养学生的创新能力。

在此阶段,学生有了较好的实验基础和实验技能,在实验预备知识教学中,采用研究式教学方法,教师只给出实验任务和设计思路,着力讲授科研思想和方法。

学生自己设计实验方案,探索实验结果,以激发学习兴趣,培养创新能力;从成功与失败中得到科研训练。

3　三级双循环教学的实践与成效
2001年来,我们对三级双循环教学模式进行了有效的探索和实践,取得了良好的教学效果。

多年实践表明,三级双循环教学,既消除了学生对物理实验的畏难情绪,调动了学生的实验兴趣,提高了教学效果,又极大地减少了教师原来重复讲课的工作量,操作性很强,形成了教师乐教、学生乐学的良性循环。

曾对同一专业学生进行教改对比试验,将该专业学生分成素质均衡的A、B两班,对A班实施“三级双循环”教学,对B班进行传统教学。

结果发现,A班的期末平均成绩高出B班12%,A班优秀人数高出B班21%。

每年对做大学物理实验的学生进行问卷调查,有95%以上的学生认为“三级双循环”教学模式好,使学生在学习大学物理理论课之前也能较轻松地做好物理实验,提高了物理实验兴趣和实验能力。

我们采用“牵”、“领”、“放”三级螺旋上升的双循环教学方法,体现了因材施教,培养了学生的素质和能力。

在设计性实验阶段,组织学生设计制作实验仪器。

学生在研制实验仪器过程中,不仅熟练掌握了示波器、万用表、信号源等仪器使用,提高了调试、电路焊接等实验技能,还学到了物理学、电子技术、微机原理等综合知识,迸发创新火花。

学生每当看到自己的知识转化为产品,成就感和满足感便油然而生,书本深奥的理论不再望而却步、枯燥无味,激发了对物理实验的学习热情。

2001年来,学生与教师一起研制了8种共70台教学仪器,性能稳定,效果优良,有力地改善了实验条件、节省了投资,有些仪器还填补了市场空缺。

在设计性实验阶段,也卓有成效地组织学生参加“挑战杯”竞赛和广东省物理实验设计竞赛。

2001～2005年,指导的学生参加“挑战杯”、广东省物理实验设计竞赛,连续5年获得了全国和省级奖励12项41人次,其中“挑战杯”竞赛获得全国三等奖1项,广东省一等奖2项、二等奖1项,参加广东省物理实验设计竞赛,获得二等奖3项、三等奖1项、优胜奖3项。

这对于刚升本科不久、生源基础差的地方院校而来说,获奖的级别和数量是出色和不容易的。

三级双循环实验教学模式,较好地解决了大学物理实验独立开课存在的问题,提高了实验教学效果,尤其满足了地方本科院校实验教学的需要,使大学物理
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实验真正成为独立于理论课的课程。

通过三级双循环实验教学,学生的实践和创新能力明显提高,获得了包括国家级“挑战杯”和省级大学生物理实验设计大赛等多项奖励成果。

三级双循环实验教学对教师的理论水平和实验能力提出了更高的要求,促使了教师教学水平和教学质量的提高。

我们以三级双循环实验教学为内容之一的教改课题获得了新世纪广东省教育教学改革工程项目立项。

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仪的设计[J].物理实验,2004(6):39241.
(上接第64页)
平台均已拥有,并有机的组合在一起,例如DA为双路,就是为了设计的模拟输出控制示波器XY轴,目前EDA试验箱基本不具有这样的设计;液晶采用了自带汉字字库和背光的12232点阵液晶,使设计者不再花大量的时间在汉字的实现上;又如语音模块、红外遥控都是为了在设计中锦上添花。

3.7　IspPAC模拟可编程器件接口
本实验带有is pP AC模拟可编程器件接口,可设计接口板完成增益放大与衰减方法、n阶滤波设计实验、高精度阶梯滤波器、差动放大器以及电桥测量等等模拟测量实验。

4　实施开放式教学模式
依托E DA综合实验平台进行开放式实验的改革,以“加强基础、开拓思维、培养能力”为改革指导思想,建立了一套“基本实验技能培养→综合设计能力培养→创新设计与研究能力培养”三个培养层次的开放式实验教学体系。

在“单片机原理”、“CP LD/FPG A技术”和“电子系统设计”等课程实验中利用EDA综合实验平台,采取了这一教学体系,收到较好的教学效果。

E DA综合实验平台为开展电子创新设计性实验提供资源,引导学员将学习的过程延伸到课外,内容具有较高的综合性和知识的渗透性,实验过程与解决实际科研问题具有较强的模拟性。

学员是实验过程的主体,学员自由组合、自己选题、自己设计实验方案、自己搭建实验系统、自己分析结果、自己撰写论文[7]。

实验以科研课题形式管理,在模拟科研的氛围中,启发学员的创新意识,培养创新思维,积极引导学员培养信心恒心、主动性、严密性、洞察力、想象力。

5　实验效果与总结
(1)融合最新实验研究成果于实验教学内容,将本科生引入工程领域、科学研究领域,完善本科实验教学模式,开阔了学生的实践活动,本院学生通过本实验平台开发了“足球机器人差动轮系P I D控制系统”、“车载GPS记录仪”、“程控函数发生器”等有一定实用价值的项目。

(2)研究开发的实验平台可组成多种不同的电路系统,学生能独立设计方案,为培养学生动手能力、创新能力搭建了一个多功能的实验平台,模块化设计理念为学生设计提供了资源,但如何进行系统级设计和方案论证仍是要求学生深入学习和研究的内容[8]。

(3)用现代化手段改造和提升实验设备,大大减少了实验设备的成本投入,使资源得到了最大限度的挖掘和利用,本院将单片机实验室、CP LD实验室、E DA 实验室和电子创新实验室整合后,所有实验室功能性增强,均可完成全部实验,场地利用率大大增强,资源的危机有所缓解。

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　第8期陈国杰,等:改革大学物理实验教学构建三级双循环教学模式 。