摘要:针对大学物理实验教学过程中学生学习积极性不高、教学效果差的现状，结合学院实际情况，以培养具有一定理论基础和实践能力强的综合性、应用型人才为主要目标，探索和研究以教师为主导、学生主动参与的多样化教学模式，发挥物理实验教学优势，培养学生主动学习能力和创新思维能力。以期对高校培养应用型人才起到一定的借鉴作用。
关键词:大学物理实验;多样化教学;创新能力;模式
大学物理实验作为各高校的必修课程，其重要性是不言而喻的，如何在教学过程中既要保证大学物理实验教学目标又能有效地增强学生的独立创新意识，需要指导教师认真思考。拓展大学物理实验的功能，设计出符合大学物理实验教学目标，实验探究内容与学生动手能力培养相协同的多样化教学模式是非常必要的［1－2］。
1工科物理实验教学存在的问题
由于燕山大学里仁学院(以下简称:学院)大学物理实验针对工科学生开设，可选项目是固定的，学生学习时间又很有限，造成学生预习效果不理想，再加上上课时间有限，多数指导教师采用原理详细讲解、实验前操作演示，好让学生一次性操作成功并获得测量数据的固定教学模式，造成多数学生学习实验的兴趣和积极性越来越差，甚至只是为完成报告而做实验，实验不仅没有起到训练学生动手能力和基本做研究的能力，更不利于学生创新能力的培养［3－4］。
2教学改革理念
针对以上教学存在的问题和现状，探索大学物理实验教学新模式，着重强调培养学生具备独立实验的能力、分析与研究的能力、理论联系实际的能力和创新的能力不能等闲视之，教学模式也不能一成不变，教师需根据不同的教学对象和实验项目，采用多样化的教学方式把学生吸引到课堂上来，提高学生全面的综合素质，扎实的专业技能和优秀的实践能力。
3教学模式多样化
3．1教学内容多样化
好的教材是上好实验课的基础，是学生进行实验训练和科学研究的第一手资料，由于现在学生用在实验学习上的时间很少，很难去查找大量的相关资料，所以编写一本优秀的教材很有必要，实验教材中不仅要给出详细的实验原理、内容、步骤、配套仪器的使用说明和思考题，而且要给出相关的实验背景、影响和工程应用拓展等，并且根据学生的认知规律按照基础性实验、综合性实验、设计提高性实验进行分类，以期达到符合“综合型、应用型人才”要求的实验能力培养教学体系。鉴于学院对大学物理实验课时的限制，教学内容针对不同专业，形成基础性实验、综合性实验、应用设计性实验渐进式的三层次教学体系［5－8］。第一层次基础性实验，为大一下学期学生开设，为必修课，课程配套的实验为基础性、验证性测量实验，如:误差理论、拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量、热电偶定标及应用、等厚干涉原理及应用、声速测量、用分光仪测三棱镜顶角等6次24学时。第二层次综合性实验，为大二上学期学生开设，为必修课，课程配套的实验为综合性、应用性实验，如:偏振光原理及应用、迈克尔逊干涉仪测氦氖激光波长、霍尔效应、全息照相、光电效应及普朗克常数的测定、密立根油滴等6次24学时。第三层次应用设计性实验，为大二下学期学生开设，为选修课。课程配套的实验为设计性、研究性实验，如:简谐振动的研究、眼睛镜片透射率的测定、电池的特性研究、二极管的伏安特性曲线研究、霍尔位移传感器的研究、望远镜显微镜组装等。
3．2教学过程多样化
(1)建设自主学习平台
将每个实验的基本原理和操作步骤做成视频或flash演示课件，放在学院网站上［9］，利用手机云平台，如蓝墨云班课等将每个实验中的知识点设计成测试题，学生可以随时观看预习，方便地检测预习效果。如使用分光仪测三棱镜顶角的原理和调整步骤，原理抽象，步骤繁杂，通过建立flash的课件预习，调整步骤清晰，光路直观容易理解。
(2)课前预习抽查，定性描述
利用实验课前十来分钟对学生的预习情况进行检查，比如提问与实验相关的原理、概念、目的、内容等简单的问题，用问题检查学生实验预习情况，强调预习的重要性。如果发现学生的预习不够充分，简单的问题都不能回答上来，可相应地扣除学生的预习分，这样学生的预习准备工作就会很认真。也可以有针对性地选择合适的实验，让学生登台讲解实验原理和实验内容，如弗兰克赫兹实验中的实验原理、光电效应中的原理等。
(3)项目介绍
对于经典的物理实验基本上所有高校都在开设，这样的实验项目，实验内容比较固定，操作过程也很简单，那么就需要教师在教学过程中进行适当的拓展，教师可以通过讲解经典物理实验设计思路和相关背景，提高学生的学习兴趣。比如在光电效应及普朗克常数测量实验中，教师可以讲解一下爱因斯坦获得诺贝尔物理学奖的历史趣闻，用学生崇拜的科学家的成长历程启发学生对实验的认知。对于原理抽象的难于理解的实验，比如在声速测量实验中，大多学生对两个振动信号的叠加产生利萨如图形不太理解，教师可以利用实际的振动叠加产生的效果进行解释，利用单摆很容易解释清楚，一维的摆动即单摆，二维的摆动画圈圈。使课堂变得生动、有趣、富有创造性。
(4)仪器使用
实验设备中通用仪器(如:示波器、信号源等)采购大公司产品，不采用集成化、智能化仪器。学生操作实验仪器前，实验仪器恢复到初始状态，或者故意设置一点小困难，待学生进入实验室后，只强调仪器安全使用注意事项，对于仪器的调整和实验的步骤及内容可以不仔细讲解，由学生参考教材仪器说明或说明书进行调整，不一定要求一次就能准确测量出结果。比如等厚干涉实验中读数显微镜的使用，教师大可不必详细讲解仪器怎么操作，只需要学生自己摸索，就可以很快找到牛顿环或劈尖中的干涉条纹。
(5)课堂交流互动
相较于理论课教学，实验课的教学有很大的灵活性，特别是课堂交流，不仅有教师与学生面对面的交流，还有学生与学生的交流，针对实验中出现的问题，要求教师随时走到学生当中去发现学生面临的问题，然后引导学生解决。或者引导学生与学生之间进行交流，活跃课堂教学氛围。如在全息照相实验中，有的学生动手能力较强，调整仪器时间相对较快，这时就可以鼓励其去教动手能力较差的学生，这样参与教的学生不止做了一遍而且对实验理解更加深入，被教的学生从朋辈教育中更容易去接受。教师可以适当提高参与教的学生的操作成绩，鼓励更多的学生参与到教的过程中去。
(6)数据分析
实验课上测量的物理量很多都是物理学常量，如杨氏模量、线澎胀系数、声速、光波长、玻璃折射率、热电偶系数、普朗克常量、单位电荷等都是已知的物理学常量，学生利用手机计算器简单计算就可以知道测量数据是否准确，所以数据测量完毕后，可以进行测量结果的讨论，由教师主导、学生参与研究测量误差较大或者测量出错的原因。如在迈克尔逊干涉实验中，粗调手轮和细调手轮不匹配，导致个别测量数据在计算结果前需要修正，很多学生尽管都认真测量但是不知道为什么，对于结果出现大的误差不明就里。这就需要教师和学生共同参与到分析问题过程中去，比起教师去直接讲解效果要好很多。
(7)思考题提问
实验结束后，教师可以利用十来分钟来总结实验中出现的各种问题，并和学生进行深入的讨论，研究怎样可以提高实验测量精度，或着还可以采取什么方法达到物理量的测量。如利用热电偶测锡的熔点实验中，锡冷却过程中会有一段时间电动势升高的现象，是什么原因引起的这种诡异的现象?该实验可有更好的测量改进方案?这样，学生会在做完实验后继续思考，有个别同学还打破砂锅问到底，对实验也增加了兴趣。
(8)在线交流
教师建立手机微信群或QQ群，当完成每次课程后，学生可进入与教师和其他学生进行交流互动，特别是数据处理过程中的问题，教师可随时解答，也可以进行实验内容以及实验方案的讨论。比如结果有效数字的保留，虽然在误差理论课上讲过，但是遇到实际的计算时，有的学生还是不知道有效数字怎样保留。
(9)完成报告
要求学生课堂上要记录正确的数据在预习报告上，如果有测量数据出现问题，可以另找时间重新做一次实验。课后的数据处理，计算比较繁琐的数据，如不确定度的计算、作图法、线性拟合等，可以鼓励学生利用excel数据处理表格，不仅可以快速计算而且作图效果美观，如在霍尔效应实验中，利用亥姆霍兹线圈对测量磁场强度并验证叠加原理数据计算比较繁琐，还需要作图法验证，利用excel处理相当方便，不仅规范了实验报告而且使学生的综合能力明显提升。
(10)成绩评定
物理实验的考核不仅要考核学生的预习和报告书写，还应该侧重于学生动手能力和实践技能的考核，通过云平台的预习测评、课堂提问等给出预习成绩(比重较小，10分)，实验中教师要认真观察学生课堂表现给出合理公平的操作成绩(比重较大，50分)，数据处理和报告书写(40分)。新的实验教学模式，对教师提出了更高的要求，首先是要求教师的知识面要宽，要有丰富的实践经验，紧跟科技前沿。其次是要求教师教学方式多样化，针对不同的实验选择不同的教学方式，针对不同专业的学生，讲解侧重点要不同。再次是要求教师适度把握课堂的节奏，并且在课堂上及时关注所有学生，可以说实验教师要随时行走到学生中间，对教师的体力要求还要过硬。教师之间通过开展各种形式的教研活动，对实验教学中普遍存在的教学内容、实验操作、成绩评价等问题及时交流，提高教师的业务水平和素质。利用走出去请进来学习优秀的教学方法，了解实验教学的发展方向［10］。网上评价意见反馈给教师，总结问题，发挥优势。让教师能够及时地认识到自己教学中的不足，改进教学方式方法，提高学生评教的满意度。
4结语
学院的人才培养目标定位于培养“综合性、应用型”人才。大学物理实验具有很强的应用性和实践性，是培养学生创新思维能力训练的最好、最直接的方式。教师的教学方法和教学模式一定要转变观念，采取适合教师和学生都喜欢的多样化教学方式。
作者:王燕涛 单位:燕山大学里仁学院
