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摘要:基于傳統普通物理實驗課程體系存在的主要問題，以研究性教學思想為指導，將學生的創新能力培養劃分為基本能力、綜合能力、科研能力培養三個階段，設計了障礙性、問題性和課題研究性的教學內容，實施啟發式、探究式、導師制的研究性教學方法，提出了一種夯實基礎、強化綜合、面向科研實踐的“三位一體”的全程式研究性實驗教學新模式．

關鍵詞:研究性教學;創新能力培養;實驗教學模式;普通物理實驗

普通物理實驗是為物理專業類學生專門開設的一門必修基礎實驗課程，在廣度、深度和綜合程度上都要高于非物理專業類學生的大學物理實驗．在工科院校中，物理專業類學生較少，教學上仍采用傳統的教學模式，即根據相同的教材，學生在相同的儀器上按照教師的講解，按部就班地完成相同的實驗內容［1-4］，傳統的教學模式對學生的基本實驗技能培養方面起到了顯著的效果，但卻不利于學生主觀能動性的發揮和創造性思維的培養，不能滿足創新人才培養的需求［5-7］．為此，筆者提出了“一個目標，三個階段，三個模塊，三種教學方法”的改革思路，以學生的創新能力培養為目標，將創新能力培養劃分為基本能力、綜合能力、科研能力培養三個階段，采用基礎性、問題性、課題研究性模塊化教學內容，實施啟發式、探究式、導師制的教學方法，構建夯實基礎、注重綜合、面向科研實踐的“三位一體”的全程式研究性教學新模式．

1全程式研究性教學內容的構建

研究性教學更加強調學生的主體性地位，重視問題的研究，允許懷疑，鼓勵爭論［8］．其顯著的特點是通過“自主、探究、合作”的學習方式主動發現和解決問題［9］．傳統的普通物理實驗由驗證性、基礎性、綜合性等不同類型的多個實驗項目組成，不同類型之間并沒有嚴格的界限，模式較為單一，不能滿足“自主、探究、合作”的教學要求．根據能力培養的“三個階段”，在不改變實驗教學儀器的條件下，本文將傳統的實驗項目加以改造，設計為基礎性、問題性和課題研究性三個教學模塊，以保證學生從基礎實驗能力到創新實驗能力培養的全程中實施研究性教學方法．1．1基于人為設置障礙的基礎性教學模塊實踐表明，實驗過程中人為的設置實驗故障、障礙或者思考點，能培養學生的批判性思維能力［10-12］．基礎性教學模塊由6～8傳統的實驗項目組成，要求物理思想清楚、面向基礎、能力培養全面，選擇的實驗項目如《直流電橋及其應用》、《數字存儲示波器的原理與使用》等基本項目．但在實驗內容中需要人為地設置實驗故障、障礙點，“逼迫”學生在實驗中停頓，發現、分析和解決問題．如在《直流電橋及其應用》實驗中，在操作時，提前把靈敏度旋鈕調節至最靈敏狀態，設置操作障礙;在單臂電橋測量電阻時提供一個內部斷開導線連接的電阻，設置電阻測量故障;在測量銅棒直徑時設定直徑為3．960mm，設置千分尺測量障礙．1．2基于簡化實驗講義的問題性教學模塊問題性教學模塊采用PBL教學模式［13，14］，即不改變傳統的研究內容和實驗條件，印制活頁講義，采用一系列的問題取代教材中的實驗原理、實驗內容、實驗步驟等固定內容，讓學生自己查閱資料、制定實驗方案、自主地完成實驗，注重培養學生的自主學習能力和設計能力．開設的實驗項目要求具有一定擴展性、儀器能夠組合、有多種方案可以實現．如《數字溫度計的設計與制作》實驗，給定的實驗儀器有加熱井、帶有數字電壓表的恒溫控制儀、穩壓電源、滑線電阻器、電阻箱、單刀雙擲開關，并有負溫度系數熱敏電阻溫度傳感器、正溫度系數熱敏電阻溫度傳感器、熱電偶溫度傳感器、PN結溫度傳感器等多種溫度傳感器，要求學生選擇一種溫度傳感器，設計制作溫度與電壓有線性變化關系的數字溫度計．1．3面向科研實踐的課題研究性教學模塊為了使得學生盡早的掌握科研的基本流程、基本方法，培養學生的初步科研能力，課題研究性教學模塊采用課題研究式教學模式［15］，由教師組成的課題組給學生提供不同深度的研究性課題，學生需要查閱資料完成開題、確定研究方案，創造實驗條件，自主地完成研究內容，著重培養學生的創新能力．課題研究性教學模塊完成時間設定在4周左右．具體流程圖如圖1所示．在課題準備階段，全系教師根據當前的實驗條件、教學積累或者科研項目提出與物理實驗有關的研究性課題，學生也可以參與，形成多個研究性課題．教師組成的課題組依據“融入科研、緊貼實驗、適于學生、儀器改造優先”的原則對研究性課題的可行性、層次性進行把關，確定合適的研究課題，對學生公布．學生組隊并與教師雙向選擇，保證因材施教，使得低層次的學生得到充分鍛煉，較高能力的學生得到更好的發展．課題實施階段，學生根據課題，查閱資料，完成文獻綜述，確定研究內容和方案，根據現有的實驗條件或者自己創造條件完成課題．進入課題驗收階段，學生需要撰寫規范的科技論文并答辯，課題組對學生的成績進行評定，對優秀的結果進行培育．

2實施全程化的研究性教學方法

傳統的普通物理實驗以教師為主體，教師的講解面面俱到，學生處于被動接受的地位，自主學習性不足．研究性的教學方法就是以學生為主體，學生需要“主動探索、主動思考、主動實踐”．為此，在不同的教學模塊中應采用不同的教學方法．2．1啟發式的教學方法基礎性教學模塊采用啟發式的教學方法．實驗過程中，通過合理地設置實驗障礙點，讓學生在實驗中發現問題，自己解決問題．對于發現問題，通過自主分析解決問題的學生給予高分數鼓勵．對于發現問題而無法自主分析的學生，教師采用啟發、引導的方法讓學生復習實驗原理，在基本原理的指導下分析問題，自己動手解決問題，培養學生批判性的思維能力．如在《直流電橋及其應用》實驗中，學生在剛調節電橋時發現一旦閉合開關檢流計指針迅速打偏，當學生無法解決而咨詢教師時，對其進行啟發，如什么是電橋的平衡，平衡狀態與檢流計指針的偏轉有何關系，平衡點的精確性保證與平衡的判斷有何矛盾，如何解決等;在學生遇到電阻測量障礙時，發現怎樣調節也不平衡，可以讓學生重新學習電橋的基本原理，并尋找導致電橋不平衡的各種可能，從而發現故障原因．2．2探究式的教學方法問題性教學模塊采用探究式的教學方法．教師不再用傳授式的教學方法，學生需要自主探究．探究過程如圖2所示．課前準備環節，學生需要根據問題性講義自己查閱資料、制定實驗方案，做好充足的課前準備，教師檢查學生的預習及方案制定情況，確保實驗順利進行;實驗過程中，學生先自主實驗，教師根據學生遇到的問題進行分析整理，指導學生分組、合作探究，對于合作探究后學生所遇到的障礙和問題，教師指導學生討論，后集中解疑;實驗完成后，學生完成實驗報告，教師則對整個教學進行過程評價總結．2．3低年級導師制的教學方法課題研究性教學模塊采用導師制的教學方法，一名教師指導一到三名學生，教師按照畢業設計的教學方法指導學生完成選題、文獻綜述、方案擬定，實驗測試、結果分析整理和答辯．導師要求學生每周匯報研究進展，學生有問題可以隨時導師聯系．導師為學生提供充足的實驗儀器，保證高度開放的實驗室條件并對學生科研行為進行監督和管理，學生在自由、民主、開放的環境下完成課題的研究．同時，由教師組成的課題組對導師的指導及學生科研活動的重要環節進行監督和評判，確保導師制的實施質量．

3結束語

新教學模式中的模塊化教學內容由傳統實驗項目加以改造而成，不需要添置新的實驗儀器，不改變現有的研究內容和實驗條件，具有實施方便的特點．在基本能力培養、綜合能力培養、科研能力培養的“三個階段”，分別實施啟發式、探究式、導師制的教學方法，保證了創新能力培養全程中研究性教學方法的應用，改變了傳統教學中學生學習從屬被動的地位．以研究性教學方法為抓手，以基礎性、問題性模塊化的教學內容為載體，經過狠抓基礎、強化綜合，使得低年級學生在課程內具備了開展課題研究的基礎．以學生熟悉的實驗內容為研究性課題來源，以“申請大創、參加競賽、、申請專利”為研究性課題實施目標，以導師制的教學方法為質量保證，提出了低年級學生科研能力培養的新模式．實踐證明，新的教學模式的實施大大提高了學生的創新能力，教學成果顯著，近三年以來，我院理科學生承擔國家級校級“大學生創新創業訓練計劃項目”10項，校級31項;參加全國挑戰杯專項競賽等國家級賽事，獲得國家級獎項4項，其中一等獎2項，參加山東省大學生物理科技創新大賽等省級賽事，獲得省級獎項20多項，其中一等獎9項;在《大學物理》［16，17］、《實驗技術與管理》［18］、《大學物理實驗》［19，20］等有影響力的期刊上發表科技論文20多篇．

作者:尹教建 徐志杰 張亞萍 李書光 郭雅慧 單位:中國石油大學