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摘 要：对大学物理实验教学现状进行了分析，为了解决其中存在的问题，结合多年的教学经验，提出对比教学模式。教学实践表明：通过课堂实验和演示实验的对比可以激起学生的兴趣，引发学生的思考；通过多种实验方法的对比可以激发学生的创新意识，更有效地培养学生的动手能力和创新能力；通过合理的评价体系能鼓励学生在完成力所能及的实验的基础上，勇于创新、积极思考。最终学生的动手能力、创新能力以及理论分析能力都得到了提高。
关键词：大学物理实验 能力培养 对比教学 评价体系
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（b）-0116-03
Abstract：The present situation of college physics experiment teaching is analyzed. In order to solve the existing problems， proposes contrast teaching model combined with years of teaching experience. Teaching practice shows that students’ interest and thinking can be aroused by comparing classroom experiments with demonstration experiments； students’ innovation consciousness can be stimulated， practical ability and innovative ability can be cultivated more effectively by comparing with various experimental methods； students can be encouraged to innovate bravely and think positively on the base of finishing the experiment all they can by reasonable evaluation system. Finally， students’ operational ability， innovation ability and theoretical analysis capability have been improved.
Key words：university physics experiment；ability cultivation；contrast teaching；evaluation system
大学物理实验教学目的是使学生接受系统的实验方法、实验技能培训，进而培养学生的动手能力、创新能力以及对实验数据的处理和分析能力[1]。教学过程中能否达到这个目的取决于物理实验的课程模式、教师的教学方法、学生的学习兴趣等因素。
1 大学物理实验教学现状分析
大学物理实验分为基础性实验、综合性实验和设计性实验。理想的实验教学模式应该是分层次教学模式，按照先开设基础性实验，再开设综合性实验，最后开设设计性实验的顺序授课，这样安排由浅入深、循序渐进，利于教学活动的展开，可以有效的培养学生的动手能力、创新能力以及对实验数据的处理和分析能力[2]。
而现实情况却给这种教学模式提出一些难以解决的问题：（1）随着多年扩招，学生人数逐年递增，仪器数目的增长远不及学生人数的增长，而在上课时为保证教学效果一台仪器最多容纳两名同学同时使用，仪器数目严重制约着上课学生的人数，一个实验一般只能保证有一个班或者半个班的学生来做；（2）大学物理实验一次课为3学时，同一个实验一天最多只能排三次课，即上午、下午和晚上各上一次课，那么一个实验一周最多只能重复15次左右。如果所有的班级都按同样的顺序来上实验课，对于大部分高校来说每个实验每周要重复的次数都大于15次，这样在排课上就会出现困难。为了解决这个问题，大部分高校目前都采用轮转授课的方式来排课，即各实验室同时开课，然后各班在实验室之间进行轮转。
由于学时的限制，大部分高校的大学物理实验只开两个学期甚至有个别学校只开一个学期，这样就会出现一学期的实验课包含三类实验中的两类或者三类的情况。如果轮转授课，那么就很难保证让所有学生都先做基础性实验，再做综合性实验，最后做设计性实验，也就是说必然有部分学生打破理想的上课顺序，这样分层次教学模式就很难实行了。
另外，由于在中学阶段各地区、各学校对实验课的重视程度不同，导致刚入校大学生的实验基础及实验能力差异较大。而大学物理实验课是大学生最先接触的实验课之一，所以我们在授课时必须考虑到这个差异。而在传统教学模式下，教师在实验课上对所有学生的要求是完全一致的，没有任何差异。这样就会使学生出现两种极端，部分实验能力强的学生迅速完成实验，而部分实验能力差的学生需要他人帮忙或是延长时间才能完成实验，甚至有个别学生为完成实验选择抄袭其它同学的实验数据。长此以往，实验能力强的学生会认为实验课程过于简单，学不到多少知识，对自己的能力提高没有帮助，会逐渐对物理实验课程失去兴趣；实验能力差的学生由于经常不能独立完成实验，会认为课程太难，自己无法掌握，在逐渐丧失自信心的同时势必对物理实验课程提不起兴趣。在传统教学模式下，两类极端的学生都会逐渐丧失对实验课程的兴趣，显然不利于学生动手能力、创新能力等的培养，一种新的教学模式的提出迫在眉睫。
2 对比教学模式
通过以上分析，我们需要在无法实行分层次教学模式的情况下，提出一种新的教学模式，而且这种教学模式要既能满足大多数学生的学习要求，又兼顾两类极端学生的学习要求，更广泛的激发学生的学习兴趣。为此我们提出对比教学模式。 2.1 演示实验和课堂实验的对比
在实验课前增加演示实验内容，学生通过观察或亲自参与有趣的演示实验，会对接下来要做实验产生强烈的兴趣。如：做全息照相实验时，演示白光再现全息照片；做测量物体的转动惯量实验时，让学生参与演示茹科夫斯基凳；做受迫振动实验时，让学生参与演示鱼洗盆等。
学生在完成实验以后，通过与演示实验的对比可以引发更多的思考。
（1）在全息照相实验前演示白光再现全息照片，而各高校在实验中做的基本都是激光再现全息照片。做完全息照相实验以后，学生会发现自己的照片无法在白光下直接观测，而需要在激光下观测[3]。这时学生就会产生疑问，为什么不让我们拍摄能直接在白光下观测的白光再现全息照片，这样观测起来不是更方便吗？此时教师可以让学生课后查找相关资料，然后在实验报告上解释这个问题。通过这样带着疑问去学习的过程，学生对全息照相的理解会更加深刻。
（2）在测量物体的转动惯量实验前，学生参与演示茹科夫斯基凳时，双臂平伸凳子转速减慢，双臂收缩凳子转速加快。通过分析可以知道双臂平伸时转动惯量大，双臂收缩时转动惯量小，最终得出结论：总质量一定的情况下，质量分布离转轴越远，转动惯量越大。做实验时给学生提供的塑料圆柱、金属圆桶和实心球的质量基本一样，让学生做完实验来验证上面的结论是否正确。学生怀着好奇心，在做实验时就会更加认真，更有利于其能力的培养。
2.2 多种实验方案的对比
许多实验都有多种实验方案，如：声速的测量、测细丝直径、电桥测电阻等。我们可以在实验条件允许的情况下，鼓励学生尽可能多的采用多种方案来做实验，以激发学生的创新意识，对实验能力不同的学生做不同要求，更能有效的培养他们的动手能力和创新能力。下面是一些具体的做法。
（1）在全息照相实验中采用难易不同的两种光路进行照相。（见图1、图2）实验能力强的学生可以选择用传统光路进行实验，通过认真调节、精确计算，使光路满足以下三个条件：参考光和物光的光程相差不太大，不大于所用激光的相干长度；参考光和物光的夹角在20°～30°之间；参考光与物光的光强比为3∶1～5∶1之间[4]。实验能力弱的学生可以选择用简化光路进行实验，此光路经过简单调节就可以满足上面提到的三个条件。采用以上做法，可以让所有学生都能自己动手完成实验，实验能力都得到了一定程度的培养。
实验完成以后，可以组织学生对两种光路进行对比分析，如对两种光路实验结果进行对比，可以发现用简化光路的实验成功率比较高，经过分析可以发现：①简化光路中的光学元件个数比传统光路少，由9个减少为5个，所以外界振动对实验的影响也较传统光路要小，故而照相成功率高。②简化光路容易调节，学生只需要调节感光底板和物体的位置及角度就可以使参考光和物光的光程差、夹角和光强比在都在合适的范围内。而传统光路中光学元件较多，调节比较复杂，经常需要反复调节，中间过程如果某些地方没注意，导致某个条件没得到满足，实验就会失败，观察不到全息照片。也可以组织同学讨论简化光路与传统光路的适用情况，利用简化光路拍摄表面凸凹程度小的物品效果较好，如：钥匙、硬币等（见图3）。简化光路不但可以拍摄反光性好的金属材料，也可以拍摄反光性差的塑料材料如中性笔笔帽等。而对于表面凹凸差距比较大的物体采用传统光路拍摄的效果较好。通过这样的分析过程，学生的分析能力可以得到提高。
（2）在用空气劈尖测量细丝直径时，可以根据公式，数出从劈尖顶点到待测物体边缘暗条纹个数N，算出细丝直径d。也可以根据公式，测出从劈尖顶点到待测物体边缘的距离L，相邻两暗条纹的间距b（一般先测出间隔100条暗条纹的距离，再除以100取平均值），然后算出细丝直径d。让学生从其中选取一种方案进行实验，有能力的学生可以同时用两种方案进行实验。实验完成后让学生对两种方案进行对比，找出其优缺点。如：对于第一种方案，如果条纹个数比较多，由于劈尖长度是有限的，所以条纹间距会比较小，数条纹个数即耗时又累眼，故此种方案适用于条纹个数比较少的情况；对于第二种方案，如果条纹个数比较少，此时跟第一种方案相比其步骤就比较多，比较麻烦，故此种方案适用于条纹个数比较多的情况。
除了以上介绍的做法还可以让学生在实验过程中作如下对比，如：在测量声速时，可以对行波法和驻波法进行对比；在测量液体密度时，可对让静力称衡法和比重瓶法进行对比；在测量金属材料弹性模量时可以对静态拉伸法和动态悬挂法进行对比等。在多种实验方案对比教学的过程中，教师不但要注意引导学生选用不同实验方案，更要注重组织学生对实验方案进行分析。这样才能使学生将所学的理论与实验操作相结合，在不断的分析过程中找到操作过程中的不足，进而提高学生分析问题解决问题的能力。
3 对比教学模式的评价体系
在采取多种实验方案对比教学的时候，由于供学生选择的实验方案不是唯一的，各种方案的难易程度未必相同。这种情况下如果没有一个合理的评分标准，学生为快速完成实验往往会选择容易的实验方案，这样就达不到预期的教学效果。所以在给出学生成绩时，必须充分考虑实验方案的难易程度，才能达到较好的教学效果，准确体现学生的实验水平。
我们根据学生选择实验方案的难易程度在评分时引入权重系数，课堂实验分数=对所选实验方案进行实验操作得分×权重系数。由于各实验所涉及的实验方案难度不同，所以权重系数并不是一个定值，而是根据实验的特点分成几种情况。（1）对于两种实验方案难度相近，实验操作难度低的实验，两种方案都做权重系数为1，只用一种方案为0.6。（2）对于两种实验方案难度相近，操作难度高的实验，两种方案都做权重系数为1，只用一种方案为0.8。（3）对于两种实验方案难度明显不同的实验，两种方案都做权重系数为1，选择难的实验方案的为0.9，选择简单实验方案的为0.6。权重值由教师在课前给出，学生可根据自己的水平及想要取得的成绩选择实验方案。
为了鼓励学生勇于创新、积极思考，学生在实验时有创新或在实验后能对实验方案进行深入分析时，可以给其适当加分。
4 结语
教学实践证明，通过课堂实验和演示实验的对比、多种实验方法的对比以及合理的评分方法，学生对实验课的兴趣和做实验的积极性都得到了提高。实验能力强的学生采用多种实验方案的机会多，在对各实验方案对比分析过程中收获较多，相应的实验成绩也较高。实验能力差的学生，也能为取得较好的成绩积极努力，在讨论环节更加用心，任课教师如果能及时对他们的表现进行肯定，再适当鼓励，这些学生也能逐渐融入课堂。甚至有一部分同学看到了自己在理论方面的优势，在操作过程中注重理论分析，以理论带动实践，不但能很好的完成实验还能提出创新方案也取得了不错的成绩。
参考文献
[1]陈中钧，俞眉孙.大学物理实验教学的思考与建议[J].实验技术与管理，2014（4）：186-188.
[2]陈淑文，方利广，胡萍，等.物理实验课程的整体优化与实现[J].实验技术与管理，2010（10）：153-155.
[3]薛明.全息透镜制作和白光全息再现[D].武汉：华中科技大学，2009.
[4]代伟.全息照相实验技巧探讨[J].实验技术与管理，2007（8）：35-38.
关键词：大学物理实验 能力培养 对比教学 评价体系
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（b）-0116-03
Abstract：The present situation of college physics experiment teaching is analyzed. In order to solve the existing problems， proposes contrast teaching model combined with years of teaching experience. Teaching practice shows that students’ interest and thinking can be aroused by comparing classroom experiments with demonstration experiments； students’ innovation consciousness can be stimulated， practical ability and innovative ability can be cultivated more effectively by comparing with various experimental methods； students can be encouraged to innovate bravely and think positively on the base of finishing the experiment all they can by reasonable evaluation system. Finally， students’ operational ability， innovation ability and theoretical analysis capability have been improved.
Key words：university physics experiment；ability cultivation；contrast teaching；evaluation system
大学物理实验教学目的是使学生接受系统的实验方法、实验技能培训，进而培养学生的动手能力、创新能力以及对实验数据的处理和分析能力[1]。教学过程中能否达到这个目的取决于物理实验的课程模式、教师的教学方法、学生的学习兴趣等因素。
1 大学物理实验教学现状分析
大学物理实验分为基础性实验、综合性实验和设计性实验。理想的实验教学模式应该是分层次教学模式，按照先开设基础性实验，再开设综合性实验，最后开设设计性实验的顺序授课，这样安排由浅入深、循序渐进，利于教学活动的展开，可以有效的培养学生的动手能力、创新能力以及对实验数据的处理和分析能力[2]。
而现实情况却给这种教学模式提出一些难以解决的问题：（1）随着多年扩招，学生人数逐年递增，仪器数目的增长远不及学生人数的增长，而在上课时为保证教学效果一台仪器最多容纳两名同学同时使用，仪器数目严重制约着上课学生的人数，一个实验一般只能保证有一个班或者半个班的学生来做；（2）大学物理实验一次课为3学时，同一个实验一天最多只能排三次课，即上午、下午和晚上各上一次课，那么一个实验一周最多只能重复15次左右。如果所有的班级都按同样的顺序来上实验课，对于大部分高校来说每个实验每周要重复的次数都大于15次，这样在排课上就会出现困难。为了解决这个问题，大部分高校目前都采用轮转授课的方式来排课，即各实验室同时开课，然后各班在实验室之间进行轮转。
由于学时的限制，大部分高校的大学物理实验只开两个学期甚至有个别学校只开一个学期，这样就会出现一学期的实验课包含三类实验中的两类或者三类的情况。如果轮转授课，那么就很难保证让所有学生都先做基础性实验，再做综合性实验，最后做设计性实验，也就是说必然有部分学生打破理想的上课顺序，这样分层次教学模式就很难实行了。
另外，由于在中学阶段各地区、各学校对实验课的重视程度不同，导致刚入校大学生的实验基础及实验能力差异较大。而大学物理实验课是大学生最先接触的实验课之一，所以我们在授课时必须考虑到这个差异。而在传统教学模式下，教师在实验课上对所有学生的要求是完全一致的，没有任何差异。这样就会使学生出现两种极端，部分实验能力强的学生迅速完成实验，而部分实验能力差的学生需要他人帮忙或是延长时间才能完成实验，甚至有个别学生为完成实验选择抄袭其它同学的实验数据。长此以往，实验能力强的学生会认为实验课程过于简单，学不到多少知识，对自己的能力提高没有帮助，会逐渐对物理实验课程失去兴趣；实验能力差的学生由于经常不能独立完成实验，会认为课程太难，自己无法掌握，在逐渐丧失自信心的同时势必对物理实验课程提不起兴趣。在传统教学模式下，两类极端的学生都会逐渐丧失对实验课程的兴趣，显然不利于学生动手能力、创新能力等的培养，一种新的教学模式的提出迫在眉睫。
2 对比教学模式
通过以上分析，我们需要在无法实行分层次教学模式的情况下，提出一种新的教学模式，而且这种教学模式要既能满足大多数学生的学习要求，又兼顾两类极端学生的学习要求，更广泛的激发学生的学习兴趣。为此我们提出对比教学模式。 2.1 演示实验和课堂实验的对比
在实验课前增加演示实验内容，学生通过观察或亲自参与有趣的演示实验，会对接下来要做实验产生强烈的兴趣。如：做全息照相实验时，演示白光再现全息照片；做测量物体的转动惯量实验时，让学生参与演示茹科夫斯基凳；做受迫振动实验时，让学生参与演示鱼洗盆等。
学生在完成实验以后，通过与演示实验的对比可以引发更多的思考。
（1）在全息照相实验前演示白光再现全息照片，而各高校在实验中做的基本都是激光再现全息照片。做完全息照相实验以后，学生会发现自己的照片无法在白光下直接观测，而需要在激光下观测[3]。这时学生就会产生疑问，为什么不让我们拍摄能直接在白光下观测的白光再现全息照片，这样观测起来不是更方便吗？此时教师可以让学生课后查找相关资料，然后在实验报告上解释这个问题。通过这样带着疑问去学习的过程，学生对全息照相的理解会更加深刻。
（2）在测量物体的转动惯量实验前，学生参与演示茹科夫斯基凳时，双臂平伸凳子转速减慢，双臂收缩凳子转速加快。通过分析可以知道双臂平伸时转动惯量大，双臂收缩时转动惯量小，最终得出结论：总质量一定的情况下，质量分布离转轴越远，转动惯量越大。做实验时给学生提供的塑料圆柱、金属圆桶和实心球的质量基本一样，让学生做完实验来验证上面的结论是否正确。学生怀着好奇心，在做实验时就会更加认真，更有利于其能力的培养。
2.2 多种实验方案的对比
许多实验都有多种实验方案，如：声速的测量、测细丝直径、电桥测电阻等。我们可以在实验条件允许的情况下，鼓励学生尽可能多的采用多种方案来做实验，以激发学生的创新意识，对实验能力不同的学生做不同要求，更能有效的培养他们的动手能力和创新能力。下面是一些具体的做法。
（1）在全息照相实验中采用难易不同的两种光路进行照相。（见图1、图2）实验能力强的学生可以选择用传统光路进行实验，通过认真调节、精确计算，使光路满足以下三个条件：参考光和物光的光程相差不太大，不大于所用激光的相干长度；参考光和物光的夹角在20°～30°之间；参考光与物光的光强比为3∶1～5∶1之间[4]。实验能力弱的学生可以选择用简化光路进行实验，此光路经过简单调节就可以满足上面提到的三个条件。采用以上做法，可以让所有学生都能自己动手完成实验，实验能力都得到了一定程度的培养。
实验完成以后，可以组织学生对两种光路进行对比分析，如对两种光路实验结果进行对比，可以发现用简化光路的实验成功率比较高，经过分析可以发现：①简化光路中的光学元件个数比传统光路少，由9个减少为5个，所以外界振动对实验的影响也较传统光路要小，故而照相成功率高。②简化光路容易调节，学生只需要调节感光底板和物体的位置及角度就可以使参考光和物光的光程差、夹角和光强比在都在合适的范围内。而传统光路中光学元件较多，调节比较复杂，经常需要反复调节，中间过程如果某些地方没注意，导致某个条件没得到满足，实验就会失败，观察不到全息照片。也可以组织同学讨论简化光路与传统光路的适用情况，利用简化光路拍摄表面凸凹程度小的物品效果较好，如：钥匙、硬币等（见图3）。简化光路不但可以拍摄反光性好的金属材料，也可以拍摄反光性差的塑料材料如中性笔笔帽等。而对于表面凹凸差距比较大的物体采用传统光路拍摄的效果较好。通过这样的分析过程，学生的分析能力可以得到提高。
（2）在用空气劈尖测量细丝直径时，可以根据公式，数出从劈尖顶点到待测物体边缘暗条纹个数N，算出细丝直径d。也可以根据公式，测出从劈尖顶点到待测物体边缘的距离L，相邻两暗条纹的间距b（一般先测出间隔100条暗条纹的距离，再除以100取平均值），然后算出细丝直径d。让学生从其中选取一种方案进行实验，有能力的学生可以同时用两种方案进行实验。实验完成后让学生对两种方案进行对比，找出其优缺点。如：对于第一种方案，如果条纹个数比较多，由于劈尖长度是有限的，所以条纹间距会比较小，数条纹个数即耗时又累眼，故此种方案适用于条纹个数比较少的情况；对于第二种方案，如果条纹个数比较少，此时跟第一种方案相比其步骤就比较多，比较麻烦，故此种方案适用于条纹个数比较多的情况。
除了以上介绍的做法还可以让学生在实验过程中作如下对比，如：在测量声速时，可以对行波法和驻波法进行对比；在测量液体密度时，可对让静力称衡法和比重瓶法进行对比；在测量金属材料弹性模量时可以对静态拉伸法和动态悬挂法进行对比等。在多种实验方案对比教学的过程中，教师不但要注意引导学生选用不同实验方案，更要注重组织学生对实验方案进行分析。这样才能使学生将所学的理论与实验操作相结合，在不断的分析过程中找到操作过程中的不足，进而提高学生分析问题解决问题的能力。
3 对比教学模式的评价体系
在采取多种实验方案对比教学的时候，由于供学生选择的实验方案不是唯一的，各种方案的难易程度未必相同。这种情况下如果没有一个合理的评分标准，学生为快速完成实验往往会选择容易的实验方案，这样就达不到预期的教学效果。所以在给出学生成绩时，必须充分考虑实验方案的难易程度，才能达到较好的教学效果，准确体现学生的实验水平。
我们根据学生选择实验方案的难易程度在评分时引入权重系数，课堂实验分数=对所选实验方案进行实验操作得分×权重系数。由于各实验所涉及的实验方案难度不同，所以权重系数并不是一个定值，而是根据实验的特点分成几种情况。（1）对于两种实验方案难度相近，实验操作难度低的实验，两种方案都做权重系数为1，只用一种方案为0.6。（2）对于两种实验方案难度相近，操作难度高的实验，两种方案都做权重系数为1，只用一种方案为0.8。（3）对于两种实验方案难度明显不同的实验，两种方案都做权重系数为1，选择难的实验方案的为0.9，选择简单实验方案的为0.6。权重值由教师在课前给出，学生可根据自己的水平及想要取得的成绩选择实验方案。
为了鼓励学生勇于创新、积极思考，学生在实验时有创新或在实验后能对实验方案进行深入分析时，可以给其适当加分。
4 结语
教学实践证明，通过课堂实验和演示实验的对比、多种实验方法的对比以及合理的评分方法，学生对实验课的兴趣和做实验的积极性都得到了提高。实验能力强的学生采用多种实验方案的机会多，在对各实验方案对比分析过程中收获较多，相应的实验成绩也较高。实验能力差的学生，也能为取得较好的成绩积极努力，在讨论环节更加用心，任课教师如果能及时对他们的表现进行肯定，再适当鼓励，这些学生也能逐渐融入课堂。甚至有一部分同学看到了自己在理论方面的优势，在操作过程中注重理论分析，以理论带动实践，不但能很好的完成实验还能提出创新方案也取得了不错的成绩。
参考文献
[1]陈中钧，俞眉孙.大学物理实验教学的思考与建议[J].实验技术与管理，2014（4）：186-188.
[2]陈淑文，方利广，胡萍，等.物理实验课程的整体优化与实现[J].实验技术与管理，2010（10）：153-155.
[3]薛明.全息透镜制作和白光全息再现[D].武汉：华中科技大学，2009.
[4]代伟.全息照相实验技巧探讨[J].实验技术与管理，2007（8）：35-38.