面向应用技术型高校工科物理的研究型实验教学探索与实践
赵宏伟，郝成红，王欢，黄耀清
（上海应用技术大学理学院，上海）
摘要： 阐述了“以人为本，注重兴趣，循序渐进”研究型实验教学方法的探索与实践，全面锻炼和提升了学生能力，促进了实验室内涵建设，提高了师资队伍业务水平。这是工科院校低年级各专业学生创新型培养方法的一项新尝试，取得了良好的教学效果。
关键词： 研究型实验教学；应用技术型高校；工科物理
一 引言
传统的物理实验课老师讲得仔细，强调得多，总担心学生不清楚和怕学生损坏仪器，学生处于被动模仿学习状态，使学生失去了探究的动机和兴趣，教学效果一般。另一方面，验证性实验项目的开出不利于激发学生的学习兴趣，造成学生的科学实验能力提高不大。因此，传统的授课方法和手段改革势在必行。2013 年适逢上海市高校开展物理学术竞赛，我校积极申请参加，参赛学生大都是来自于轨道交通学院、化工学院等正在学习《大学物理实验》课程的低年级工科学生，在指导物理学术竞赛准备过程中，逐步总结创建形成了“以人为本，注重兴趣，循序渐进”的研究型实验教学方法，五年来，指导学生科学使用文献，学习设计实验方法以及培养学生做研究的能力，体会课题研究的方法和过程，并从中学习各种技能，通过研究型物理实验教学方法的实践，激发了学生探究物理本质的积极性。上海应用技术大学作为一所典型的应用技术型高校，致力于培养实践能力强、具有创新精神和国际视野、以一线工程师为主的高水平应用技术人才。研究型物理实验教学方法推广，对我校工科不同专业学生的创新型培养非常有意义，在很大程度上提高了学生的科学实践和创新能力，开拓了国际视野。教学改革与建设取得了明显的成效。
硅镁镍矿通常含镍较高，一般在1.4%以上，通常制取高品位镍铁，因此应控制工艺条件为镍最高还原率和铁最低还原率。
20世纪中叶兴起的后现代主义、建构主义和人本主义为大学物理实验研究型教学方法提供了强有力的理论依据。传统的物理实验教学不可避免地具有了后现代主义所批判的权威性、同一性、确定性和封闭性等种种弊端，不仅束缚了学生好奇、疑问、怀疑的本性，漠视了任何对真理的认识都是螺旋上升的过程，不利于学生创造性思维的形成和发展。而研究型物理实验教学方法旨在突破这些弊端，不仅重视知识的开放性，更重视“人”的作用和“人”的发展，倡导学生的主体地位，以及教师与学生“双边”关系的建立。教学不再是线性式的独白，而是师生、生生普遍交往互动下的、持续的、积极的对话，从而在重视学生的认知结构的特点和功能的同时在教学中开发学生的潜能。真正做到了尊重学生的个体差异。
物理学术竞赛内容理论实验并重，更重要的是参与学生的求知态度积极、求是过程专注。有参赛学生写道：“竞赛给我们最大的感受是理论与实践的结合，在加上老师的指引，这才是我们想要的高等教育”。在竞赛准备中每一位学生要针对课题内容进行汇报，然后所有同学和老师一起讨论，提出问题并进一步改进。这对整个团队更好地理解课题，进而更好地开展研究很有帮助。这些转变正是传统的大面积实验课程所想要达到的目标，以此为启发，近五年里，我们不断把这种方法融入到大学物理实验教学中。
二 研究型物理实验教学方法及实践
(一)研究型物理实验教学方法在物理学术竞赛指导中的运用
研究型物理实验教学方法遵循以下过程：自主选题和查阅文献；根据竞赛题意设计实验方案；构建理论模型、探究问题的物理本质；拓展研究。师生讨论作为重要环节始终贯穿在全部的过程中。
1.学生可以自主选题设计实验
2.设计实验方案
学生在每年的竞赛题目中选择自己感兴趣的题目，根据题目，查阅相关文献包括外文文献，在读懂文献的过程中，师生讨论，加深对题目理解，该环节着重提升学生兴趣、引导学生科学使用文献。经过师生多次讨论，形成题目的完整解决方法。引导学生进行初步准备，制作实验中需要的元件或测量装置，并讨论哪些实验装置进行测量精确度高等问题。这个过程历时时间很长，学生经常遇到困难，师生讨论伴随整个准备过程。
计算机技术作为一门年轻的技术融合了多个学科，是一门交叉学科。计算机信息化教育涉及人才观、教育观、教学观、技术应用观、学习观、评价观等，是一门新兴的技术，更是一种时代的选择。其现代性和未来性是任何一个学科所不能企及的，我们必须紧紧抓住计算机信息化发展的脉搏，让计算机信息化教育走入我们的课堂[2]。
4.在以上基础上拓展研究
由图1可知，盐酸溶液质量分数在0～0.4%时，随着盐酸溶液质量分数的提高，浸提液中刺葡萄皮花青素的OD值增大；在盐酸溶液质量分数为0.4%时，浸提液中刺葡萄皮花青素的OD值达到最大；盐酸溶液质量分数大于0.4%时，再增加盐酸溶液质量分数，浸提液中刺葡萄皮花青素的OD值不再增长。因此，0.4%盐酸溶液作为浸提刺葡萄皮花青素的最优浸提溶液质量分数。
此外，一个题目的实验方案设计，多个同学参与思考和制作，锻炼了他们的团队合作精神。学生不断采取更加合理的测量手段和先进的测量仪器记录实验现象、数据，考量理论模型与实验结果的吻合性，反复改进实验。当学生遇到没有相关实验器材的时候，他们会经过仔细考虑和方案设计以达到实验要求。例如没有高速相机，一些高速运动现象中的物理量难以测量数据，学生采取手机拍照，由计算机tracker软件分析，得出测量数据。
研究型教学方法具有如下特征：
学生根据学习的相关知识建立物理模型加以理论分析，该环节要求学生获得合理结果，能用理论模型解释实验结果，对于理论与实验不吻合情况、师生讨论，去除不当的理论或不精确的实验测量，进行重复性的研究探讨，过程中学生将遭遇到瓶颈，教师需要不断鼓励学生，最终得出理想结果。
3.构建理论模型、探究问题的物理本质
该环节需根据学生兴趣，针对某一个题目将已取得的结果再进行深入研究，优化实验设计方案和理论模型，指导教师指导学生将最终结果以论文的形式总结出来。针对实验装置，指导学生进一步提高实验装置的可操作性及可视化程度，能达到或接近演示实验的效果。通过这个过程，锻炼学生的总结能力和动手能力，进而将前期的结果转化成诸如论文、开发研究性实验项目等成果。
该环节内容深入、详实，即要求学生懂得基本的物理理论，又要求学生熟悉相关测量仪器，还需要学生制作一些器件，由于多数学生是大学一年级和二年级学生，理论基础欠缺，教师会及时指出应该阅读的内容，指导教师会不断的根据学生需求讲解问题，并进行讨论。学生在这个过程中会不断进步。
除了分析及选取外，Eggleston模式的一个很有用的地方在于帮助我们分析现在使用的学习经历，改变并提升它，慢慢地把理论为重的学习经历改为实践为重，把传授为重的学习经历改为发现为重，把教师主导的学习经历改为学生主导的。例如，在教授昆虫的特征时，如果现行的学习经历是：教师先在教室讲解昆虫的特征，然后在黑板上绘有代表性的昆虫图做总结与巩固，这些学习经历是理论式的、传授式的及教师主导的。
何为优质？韩光曙分析称，医院是救死扶伤的场所，必须尊重生命，对生命有敬畏感。“乞丐与王子平等”的济世情怀在医院传承百余年。“但若仅强调平等，机械地完成工作也可以。鼓楼医院希望的是，在提供治病救人服务的同时，让患者感到温馨。”
文化管理：管理之所当然—对管理之“体”“故”“理”的文化哲学研究………………………………………周可真（1）
学生从日常生活中最普通的物理现象入手，抽丝剥茧般地提炼出其根本的物理本质，并从理论和实验分析解释这些问题产生的物理机制。学会将课堂上学到的知识灵活地运用到解决具体的科研问题上。
1.以学生为主体，从选题到实验设计和建立物理模型解释实验现象都以学生兴趣为出发点。
2.教师全程把握方向指导，包括对学生理论指导、实验设计思路指导、实验分析等，使学生能力逐步提高。学生教师讨论贯穿始终。每个学生定期讲解实验设计、实验录像和理论解释。老师和其他学生提出存在的问题。如此反复，锻炼了学生表达能力，不断提升学生分析问题解决问题的能力。
（二）研究型物理实验教学在低年级工科本科教学的实践
上海市大学生物理学术竞赛开展以来，一种能够激发学生学习兴趣的研究型教学方法由竞赛指导教师逐渐带入课堂，改变了以教师讲解演示为主的传统教学方法，教师讲实验设计思路及拓展内容，与学生讨论设计方法。包括实验仪器设计的缺点，鼓励学生想办法去解决，让学生成为学习的主体。教学成果突出，团队教师近两年在学生评教中多次进入全校教师前列。累计指导大学生科技创新项目近20 项。结合教改项目：“大学物理实验教学改革研究与实践”重点对如下项目开展研究型教学，例如：“力学实验—桥梁振动研究实验”，“设计显微镜、望远镜、幻灯机实验”，“用CCD 成像系统观测牛顿环”、以及新建的7 项实验。受益学生2500名左右。
在教学方法准备方面，教师应指导家长多和幼儿互动，把图片、视频以及自身动作等加入教学讲解之中，调动幼儿的积极主动性，也可以多准备几个案例故事，以备不时之需，保证活动顺利完成。
（三）研究型教学方法应用于公共选修课
基于竞赛题目内容，创建了公共选修课“物理演示实验拓展与应用”与教授选修课“小实验、大智慧--物理实验的设计方法”课程，累计已开出4 个学期。编写了课程内容、大纲。研究型教学方法应用于公共选修课，学生可以根据兴趣选择题目，自行设计实验和制作，通过建立物理理论模型解释实验现象。在选修课学习中，师生讨论，撰写小论文，收到了很好的教学效果。
三 研究型教学方法应用效果
（一）学生能力得到充分锻炼和提升
2013 至2017 五年多时间，荣获上海市大学生物理学术竞赛一等奖1 项，二等奖6 项，三等奖4 项好成绩。中国大学生物理学术竞赛三等奖4 项。参与物理学术竞赛的学生学习百余名，研究设计实验共85 项。我校创新学院某同学成绩由原来排名靠后，逐渐转变为成绩名列前茅，他在2015 年以来，发起成立物理竞赛社，一直在支持物理学术竞赛的赛事，课余时间基本在物理学术竞赛准备中，指导新进学生制作实验元件，目前正在努力学习德语，准备留学德国深造。这样的例子还有很多。
竞赛参赛学生撰写的论文“考虑空气阻力时空竹的斜抛运动”、“关于弧线球运动轨迹的研究”已分别发表在核心刊物《大学物理》与《物理与工程》杂志上。
（二）实验室内涵建设得到不断推进
2013、2014 实施新建物理实验项目9 项，其中7项可以开展研究型实验教学。2014 实施“物理实验室门禁监控及信息化平台建设”、“物理实验中心实验室录播建设”提升了开放式实验室管理的水平和现代化教学辅助手段。在管理上实行门禁刷卡，学生刷卡进入实验室。
（三）师资队伍的业务水平提高
每年物理竞赛题目都来自于世界青年物理学家竞赛题目，题目开放，有深度，既要懂得物理理论、实验设计方法，指导教师团队由一名教授，一名副教授和6名博士教师组成，分别来自物理实验中心和大学物理教研室。五年来，教师的业务水平逐步提高，设计研究性实验项目10 项，形成了具有良好合作精神的教学团队。通过申报立项各类建设项目和科研项目10 余项，发表教学改革和科研论文20 余篇。申请专利2 项。多名教师获得市级和个人荣誉称号。授课教师学生评教多人次进入学校前30 名。教师教学水平明显提高。
四 结束语
通过研究型教学方法实施，改变了我校基础课程大学物理实验因量大面广授课而遇到的教学改革瓶颈。通过物理学术竞赛指导，总结了一整套研究型教学方法并且多方面合理实施于本科教学中。学生创新和实践能力得到明显提高。将研究型教学适当应用于量大面广的大学物理实验教学中，激发了学生的学习兴趣。这是对我校乃至全国工科院校低年级各专业学生的创新型培养方法的一项新尝试，收到了优良的教学效果。
参考文献
[1]霍剑青，王晓蒲，杨旭.大学物理实验精品课程的建设思路与教学实践[J]．中国大学教学，2004(11)：19．
[2]孙腊珍，张增明.研究型大学物理实验教学平台建设的实践与探索[J]。管理实验技术与管理，2008（25）：10.
[3]曾伦武，赵锐.用研究型教学理念指导工科物理实验教学[J].实验室研究与探索，2007，26(2):81-83.
[4]陈晓莉.普通物理实验教学现状调查及对策研究[J].西南师范大学学报(自然科学版)，2005，30(3):585-588.
[5]黄柳宾，王殿生，刘彦民，等.开放式物理实验教学的规范化建设[J].实验室研究与探索，2005，24(1):93-94.
[6]姚列明，霍中生，宁智华，李等. 结构化、层次化和开放式物理实验教学的探索与实践[J].实验室研究与探索，2009，28(12):95-97.
[7]朱金秀，陈小刚，朱昌平．项目式实验教学的探索与实践[J].实验室研究与探索，2008，22(11)：89-92．
The Exploration and Practice of the Physics Experimental Teaching Under the Notion of Research in Application-oriented Universities
ZHAO Hong-wei，HAO Cheng-hong，WANG Huan，HUANG Yao-qing
(Shanghai Institutd of Technology，Shanghai，China)
Abstract： This paper expounds the exploration and practice of“people-oriented,interest-oriented and step-by-step”research-oriented experimental teaching method.The students’abilities have been fully exercised and improved,the connotation construction of the laboratory has been promoted,and the professional level of the teachers has been improved.It is a new attempt of innovative training methods for students of various specialties in lower grades of Engineering universities,and has achieved excellent results.
Key words: Research teaching;Application-oriented universities;Engineering physics
本文引用格式： 赵宏伟，等. 面向应用技术型高校工科物理的研究型实验教学探索与实践[J].教育现代化，2019，6(87):181-183.
基金项目： 上海应用技术大学。10110T170014
作者简介： 赵宏伟，男，讲师，主要从事物理实验教学及研究。
通讯作者： 黄耀清，女，教授，主要从事应用物理及光学方面的研究。
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.87.068
标签：研究型实验教学论文; 应用技术型高校论文; 工科物理论文; 上海应用技术大学理学院论文;