新形态下大学物理实验教材建设的探索
甘路 别业广 闵锐
[摘 要]物理实验课程让学生在基本原理、实验技能和科学计算上得到初步而系统的训练，这种了解和训练，既为学生学习后续课程奠定了广泛而坚实的基础，也培养了学生的综合素质，为其今后参加科学研究、技术应用提供了广阔的空间。大学物理实验教材改革是一项艰巨而长期的任务，它直接影响实验教学的质量和大学物理教育体系的建设。高校物理实验课程教材改革，应符合现代课程教学的要求，体现知识更新和技术进步。
[关键词]高校；物理实验；实验教材
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）06-0017-02
物理实验，是以掌握物理要素及其相互间的规律为目的的，是人为复制和调控物质运动的状态与过程的一种科学实践活动。其目的在于认识物质的结构，探索物理变化的特征和规律，揭示各种物理因素之间的联系和物理现象的本质，或者对物理理论进行验证。作为一种实践活动，物理实验与实验操作息息相关。但是，绝不应把物理实验仅理解为实验操作。物理实验的全过程包括：从质疑出的问题开始，经设计、实践、分析和排除异常现象，到分析实验现象和数据，分析误差，写出实验报告的系列活动。物理实验的要素包括：实验方法、实验思想、实验条件、实验设计、仪器装置、实验操作、数据处理和实验分析。物理实验各个要素间相互衔接，相互影响。其中实验思想指导全局，且落实和集中体现在实验设计上；具体设计又受环境、仪器装置等要素的限制，实验操作同时也是数据处理和实验分析的基础。
在这一系列要素当中，教材是教学的最基本工具。实验思想、实验方法必须经过教材这个桥梁才能进入学生的大脑并形成最初的印象，具体的实验设计和操作必须经由教材形成条理化的步骤，实验数据和误差分析也要通过教材落实为最后的实验结果。物理实验教材在这一系列要素中起到了非常关鍵的作用。在现代科技日新月异的今天，各个大学都在进行物理实验改革，教材改革作为整体改革的一部分，自然也是教学改革的重头戏。
一、目前物理实验教材的现状
随着我国物理实验教学改革的蓬勃发展，各个高校都有不同版本的物理实验教材。最初的教材大多按照理论教材的顺序来编写，也就是按力学、热学、声学、光学、电学等进行实验排序。但随着物理实验教学改革的发展，大部分教材按照预备性实验、基础性实验、设计性实验和综合性实验的顺序来编写。这样的编写由易到难，符合学生认知的规律，有助于学生能力和技能的培养，取得了很好的效果，但发展的同时也暴露出了几个问题。
第一，随着高校的扩张和发展，学校和学生对课程、教材的要求也在不断提高，同时新的教学模式、教学理念不断进入课堂，这些都大大改变了传统的课堂教学模式和方法。物理实验教材如果还按照以前的模式，很难适应这种变化。例如，传统实验教材在论述实验原理和实验方法时采用一种循序渐进的方法讲解，但这往往是一种知识的灌输，学生在阅读教材时只是被动地接受知识，难以达到预习的效果。传统实验教材中的实验涉及的目的、原理、方法、步骤等有些过于繁杂，详略不够得当，学生在看完实验教材后，有时很难领会实验思想和操作步骤，形成不了一个宏观的印象。另外，操作步骤文字叙述部分太繁琐，篇幅过长，学生在预习时容易产生畏难情绪，达不到预习的目的。
第二，进入21世纪后，科技的发展日新月异，大量的新实验内容、新实验仪器进入物理实验教学当中，但物理实验教材很多都没有跟上时代潮流，没有反映这些新的变化和进步，这大大制约了教学改革的发展。
第三，实验当中涉及的基础知识、基本技能、数据处理方法等，这些对学生来说至关重要的能力和基本素养，目前在教材中有时突出得不够，这很容易给学生造成“这些内容不重要”的印象，这对学生今后的学习、工作会造成不良的影响。
二、针对大学物理实验教材改革的具体探索
第一，基础实验不但要保持，而且要加以强调。很多教师在探讨物理实验教材改革时，都认为要提高起点，传统实验要删除，较为简单的测量以及常见测量仪器无需在教科书中提及等。笔者认为，对早年使用的老教材内容做出调整，该减的减，该删的删，但不能将传统实验和内容一概视为已无教学价值而统统删除，这是不科学的做法。这类似于我们不可能将牛顿定律、高斯定理、麦克斯韦电磁理论在物理教科书中删除一样。我们的学生都是大一或大二的学生，大学物理实验是他们接触到的第一门系统实验课程，必须要考虑到他们素质、能力差别的背景。可能有部分学生在中学上过物理实验，但那也是一种对理论教学的辅助，和大学中的完整独立实验相差很多。我们有责任在大学物理实验教学中，特别是在教材编排中，不光在绪论部分强调基本操作和基本规范，更应该将基础实验放在教材的首要位置，着重强调。同时具体到教材里描述的每一个实验，也要强调基本操作要领和基本规范要求，通过每一个实验的不断重复强化，让学生养成良好的习惯。
第二，针对学生觉得内容枯燥、繁杂的问题，如果在理论课中已经学过，就可以在实验教材中少作安排。同时，我们还可以在教材中适当加入对物理实验背景的介绍，将物理学史方面的内容和具体的物理实验结合起来，这会使学生对实验原理、内容，实验设计和实验步骤产生全新的认识。
例如在迈克尔逊干涉仪这个实验当中，可以适当先介绍这个实验的背景。如“以太”的提出和无数科学家对它的探索。最初，科学家利用半透膜将一束光分解成完全相同的两束光，并利用光的干涉来验证以太漂移的方法。进入20世纪后，迈克尔逊和莫雷根据这个思路具体改进仪器，比如将整个仪器固定在石板上，并将其安装在圆形台座上，放入盛满水银的金属圆筒中，以此来使其极平稳地转动。再到后来，卡尔文所做的著名演讲中提到的古典物理学晴朗天空下的两朵乌云，其中一朵就是迈克尔逊-莫雷实验中的零结果。如果再扩展开去，还可以提及随着近代物理的发展，这个实验的局限性渐渐被人们发现。这样，通过一种仪器的介绍可以串起整个物理学的发展。从经典物理到近代物理的飞跃，再结合仪器实物，可以让学生对整个实验和实验仪器有新的认识。这不仅对学生学习本实验有好处，而且对学生学习整个物理课程也会大有裨益。
第三，针对现在大学物理实验教学改革中对实验项目按照基础性实验、设计性实验、综合性实验的重新编排，在教材编写的过程中，可以进行针对性地运用和补充。对于基础性实验，应强调基本实验方法、基本实验技能和基本数据处理规范；对于设计性实验和综合性实验，在强调实验原理的同时，可以多介绍一些实验方法，多设计几套课后思考题，以开拓学生的视野，启发学生的思路。
第四，加强教材中对新仪器、新技术的介绍，以及物理实验在现代科技应用中的介绍。新仪器、新技术代表着现今社会的发展和进步，教材的改革必须加快步伐跟上。目前，物理实验当中的新仪器更新很快，各种计算机技术、网络技术的发展也很快，教材在这方面应该紧跟时代步伐，多介绍这方面的知识，这有利于提高教学效果。由于物理实验的基础性，很多学生都存在一种错误的思想，即认为物理实验和现代科技联系不大，可学可不学。鉴于此，必须在大学物理实验教材的改革中，适当增加物理实验在现代科学科技发展过程中的介绍，强化两者的联系，让学生认识到物理实验在现代科学发展中的应用及其重要性。
三、结束语
物理实验课程让学生在基本原理、实验技能和科学计算上得到初步而系统的训练。这种了解和训练，既为学生学习后续课程奠定了广泛而坚实的基础，又培养了学生的综合素质，为今后学生参加科学研究、技术应用提供了广阔的空间。在科技发展日新月异的背景下，大学物理实验教材改革是一项艰巨而长期的任务，它直接影响到实验教学的质量和大学物理教育体系的建设。我们必须不断更新教材内容，改进教学方法，通过实验学习，激发学生的学习兴趣和求知欲，这样才能使大学物理实验课程成为提高学生素质和培养学生能力的优良平台。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 饶黄云.探讨实验的物理思想提高物理实验教学质量[J].东华理工学院学报，2005（6）.
[2] 杜义林.高校物理实验教材建设实践与思考[J].安徽工业大学学报，2010（1）.
[责任编辑：陈 明]
[摘 要]物理实验课程让学生在基本原理、实验技能和科学计算上得到初步而系统的训练，这种了解和训练，既为学生学习后续课程奠定了广泛而坚实的基础，也培养了学生的综合素质，为其今后参加科学研究、技术应用提供了广阔的空间。大学物理实验教材改革是一项艰巨而长期的任务，它直接影响实验教学的质量和大学物理教育体系的建设。高校物理实验课程教材改革，应符合现代课程教学的要求，体现知识更新和技术进步。
[关键词]高校；物理实验；实验教材
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）06-0017-02
物理实验，是以掌握物理要素及其相互间的规律为目的的，是人为复制和调控物质运动的状态与过程的一种科学实践活动。其目的在于认识物质的结构，探索物理变化的特征和规律，揭示各种物理因素之间的联系和物理现象的本质，或者对物理理论进行验证。作为一种实践活动，物理实验与实验操作息息相关。但是，绝不应把物理实验仅理解为实验操作。物理实验的全过程包括：从质疑出的问题开始，经设计、实践、分析和排除异常现象，到分析实验现象和数据，分析误差，写出实验报告的系列活动。物理实验的要素包括：实验方法、实验思想、实验条件、实验设计、仪器装置、实验操作、数据处理和实验分析。物理实验各个要素间相互衔接，相互影响。其中实验思想指导全局，且落实和集中体现在实验设计上；具体设计又受环境、仪器装置等要素的限制，实验操作同时也是数据处理和实验分析的基础。
在这一系列要素当中，教材是教学的最基本工具。实验思想、实验方法必须经过教材这个桥梁才能进入学生的大脑并形成最初的印象，具体的实验设计和操作必须经由教材形成条理化的步骤，实验数据和误差分析也要通过教材落实为最后的实验结果。物理实验教材在这一系列要素中起到了非常关鍵的作用。在现代科技日新月异的今天，各个大学都在进行物理实验改革，教材改革作为整体改革的一部分，自然也是教学改革的重头戏。
一、目前物理实验教材的现状
随着我国物理实验教学改革的蓬勃发展，各个高校都有不同版本的物理实验教材。最初的教材大多按照理论教材的顺序来编写，也就是按力学、热学、声学、光学、电学等进行实验排序。但随着物理实验教学改革的发展，大部分教材按照预备性实验、基础性实验、设计性实验和综合性实验的顺序来编写。这样的编写由易到难，符合学生认知的规律，有助于学生能力和技能的培养，取得了很好的效果，但发展的同时也暴露出了几个问题。
第一，随着高校的扩张和发展，学校和学生对课程、教材的要求也在不断提高，同时新的教学模式、教学理念不断进入课堂，这些都大大改变了传统的课堂教学模式和方法。物理实验教材如果还按照以前的模式，很难适应这种变化。例如，传统实验教材在论述实验原理和实验方法时采用一种循序渐进的方法讲解，但这往往是一种知识的灌输，学生在阅读教材时只是被动地接受知识，难以达到预习的效果。传统实验教材中的实验涉及的目的、原理、方法、步骤等有些过于繁杂，详略不够得当，学生在看完实验教材后，有时很难领会实验思想和操作步骤，形成不了一个宏观的印象。另外，操作步骤文字叙述部分太繁琐，篇幅过长，学生在预习时容易产生畏难情绪，达不到预习的目的。
第二，进入21世纪后，科技的发展日新月异，大量的新实验内容、新实验仪器进入物理实验教学当中，但物理实验教材很多都没有跟上时代潮流，没有反映这些新的变化和进步，这大大制约了教学改革的发展。
第三，实验当中涉及的基础知识、基本技能、数据处理方法等，这些对学生来说至关重要的能力和基本素养，目前在教材中有时突出得不够，这很容易给学生造成“这些内容不重要”的印象，这对学生今后的学习、工作会造成不良的影响。
二、针对大学物理实验教材改革的具体探索
第一，基础实验不但要保持，而且要加以强调。很多教师在探讨物理实验教材改革时，都认为要提高起点，传统实验要删除，较为简单的测量以及常见测量仪器无需在教科书中提及等。笔者认为，对早年使用的老教材内容做出调整，该减的减，该删的删，但不能将传统实验和内容一概视为已无教学价值而统统删除，这是不科学的做法。这类似于我们不可能将牛顿定律、高斯定理、麦克斯韦电磁理论在物理教科书中删除一样。我们的学生都是大一或大二的学生，大学物理实验是他们接触到的第一门系统实验课程，必须要考虑到他们素质、能力差别的背景。可能有部分学生在中学上过物理实验，但那也是一种对理论教学的辅助，和大学中的完整独立实验相差很多。我们有责任在大学物理实验教学中，特别是在教材编排中，不光在绪论部分强调基本操作和基本规范，更应该将基础实验放在教材的首要位置，着重强调。同时具体到教材里描述的每一个实验，也要强调基本操作要领和基本规范要求，通过每一个实验的不断重复强化，让学生养成良好的习惯。
第二，针对学生觉得内容枯燥、繁杂的问题，如果在理论课中已经学过，就可以在实验教材中少作安排。同时，我们还可以在教材中适当加入对物理实验背景的介绍，将物理学史方面的内容和具体的物理实验结合起来，这会使学生对实验原理、内容，实验设计和实验步骤产生全新的认识。
例如在迈克尔逊干涉仪这个实验当中，可以适当先介绍这个实验的背景。如“以太”的提出和无数科学家对它的探索。最初，科学家利用半透膜将一束光分解成完全相同的两束光，并利用光的干涉来验证以太漂移的方法。进入20世纪后，迈克尔逊和莫雷根据这个思路具体改进仪器，比如将整个仪器固定在石板上，并将其安装在圆形台座上，放入盛满水银的金属圆筒中，以此来使其极平稳地转动。再到后来，卡尔文所做的著名演讲中提到的古典物理学晴朗天空下的两朵乌云，其中一朵就是迈克尔逊-莫雷实验中的零结果。如果再扩展开去，还可以提及随着近代物理的发展，这个实验的局限性渐渐被人们发现。这样，通过一种仪器的介绍可以串起整个物理学的发展。从经典物理到近代物理的飞跃，再结合仪器实物，可以让学生对整个实验和实验仪器有新的认识。这不仅对学生学习本实验有好处，而且对学生学习整个物理课程也会大有裨益。
第三，针对现在大学物理实验教学改革中对实验项目按照基础性实验、设计性实验、综合性实验的重新编排，在教材编写的过程中，可以进行针对性地运用和补充。对于基础性实验，应强调基本实验方法、基本实验技能和基本数据处理规范；对于设计性实验和综合性实验，在强调实验原理的同时，可以多介绍一些实验方法，多设计几套课后思考题，以开拓学生的视野，启发学生的思路。
第四，加强教材中对新仪器、新技术的介绍，以及物理实验在现代科技应用中的介绍。新仪器、新技术代表着现今社会的发展和进步，教材的改革必须加快步伐跟上。目前，物理实验当中的新仪器更新很快，各种计算机技术、网络技术的发展也很快，教材在这方面应该紧跟时代步伐，多介绍这方面的知识，这有利于提高教学效果。由于物理实验的基础性，很多学生都存在一种错误的思想，即认为物理实验和现代科技联系不大，可学可不学。鉴于此，必须在大学物理实验教材的改革中，适当增加物理实验在现代科学科技发展过程中的介绍，强化两者的联系，让学生认识到物理实验在现代科学发展中的应用及其重要性。
三、结束语
物理实验课程让学生在基本原理、实验技能和科学计算上得到初步而系统的训练。这种了解和训练，既为学生学习后续课程奠定了广泛而坚实的基础，又培养了学生的综合素质，为今后学生参加科学研究、技术应用提供了广阔的空间。在科技发展日新月异的背景下，大学物理实验教材改革是一项艰巨而长期的任务，它直接影响到实验教学的质量和大学物理教育体系的建设。我们必须不断更新教材内容，改进教学方法，通过实验学习，激发学生的学习兴趣和求知欲，这样才能使大学物理实验课程成为提高学生素质和培养学生能力的优良平台。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 饶黄云.探讨实验的物理思想提高物理实验教学质量[J].东华理工学院学报，2005（6）.
[2] 杜义林.高校物理实验教材建设实践与思考[J].安徽工业大学学报，2010（1）.
[责任编辑：陈 明]
