首届全国高校物理实验青年教师讲课比赛后的思考

本文作者潘小青老师

（作者为潘小青、马世红， 本微信版是2018年5月《物理与工程》期刊网络优先出版论文。）

第三届全国高等学校物理基础课程青年教师讲课比赛暨首届物理实验课程青年教师讲课比赛决赛于2017年8月23日在桂林广西师范大学顺利举行。通过全国各省的省赛，每省选拔两名参赛教师（以下简称选手）进入6大赛区的区赛，各赛区再遴选两位选手，最终12位青年教师进入全国决赛。比赛过程是参赛教师提前1小时抽取讲课内容，经准备后进行15分钟的讲解，再接受评委10分钟的提问，评委根据两项内容给参赛教师评分。作者分别作为评委参加省赛、区赛和决赛，参与了赛事部分比赛方案的拟定工作，本文结合这届赛事谈谈个人的观感以及对物理实验教学基本内容的思考。

1参赛青年教师教学风采良好

本次比赛最终进入全国赛的12位选手在讲课中体现出了良好的教学风范和教学能力。主要表现在：一是仪态优雅，语言生动。每位选手精心准备正装上课，动作姿势大方得体，讲解声情并茂，较好地吸引了听众的注意力。二是教学过程设计有方。每位教师均根据自己的理解合理安排教学内容和过程，按照要求在规定的15分钟时间内讲完教学内容。三是教学课件制作精良。很多教师在讲课过程中使用了丰富的多媒体教学资源，如图片、动画、视频等，在版面设计、呈现方式、播放进程等多个方面进行了精心的安排，课件图文并茂，视频播放流畅。四是回答问题从容不迫。物理实验讲课比赛与理论课讲课比赛最大的不同就是增加了10分钟的评委提问环节，来自不同地区不同高校的9位评委针对各个实验的不同特点，从实验原理、实验方法、实验现象、实验操作、实验数据等多个不同的角度提出各种针对性的问题，要求讲课教师回答。这些问题有些是在实验中经常碰到的现象，有些是学生实验中常会出现的问题，也有的是要对实验原理、方法有深入思考才能发现的问题，不同的问题考验实验教师在教学指导过程中对实验内容理解的不同深度和广度。参赛教师对所提问题有的能正确理解并作出合理的解答，而在碰到难于回答的问题时也都表现了较好的风度。

总体而言，进入全国比赛的各位青年教师展现了所在高校较好的基础物理实验教学水平。通过本次比赛，全国高校从事物理实验教学的教师尤其是参赛的青年教师都对相应的实验内容进行了深入探讨，对实验课程进行了一次全面精心的备课，在本届比赛的各个不同阶段，参与比赛和观摩的老师在比赛过程中还进行了广泛的交流讨论。通过这样一次全国范围的物理实验课程讲课比赛，必定能促进物理实验课程教学水平的不断提高；而也只有通过广大物理实验课程任课教师教学水平的提高，才能使基础物理实验课程建设水平逐步提高，进而在高等学校理工类课程体系中占据应有的基础地位。

2对比赛方案的几点建议

首次物理实验课程的讲课比赛从省赛到最终的国赛历经4个月的时间圆满结束，综观本届讲课比赛的全过程，比赛方案还有可改进的空间。

首先是有关给选手的最终评分乘上权重因子的大小问题。本届比赛根据选手自报参赛实验项目的个数，在最终评分时乘上对应的权重因子，在省赛中对实验项目数大于16的选手，其比赛成绩为平均成绩乘上系数1.2，结果造成参赛教师的实际讲课表现与最终的成绩出现反转现象[1]，这一问题出现后，区赛和国赛所乘系数有了适当调整，最终决赛结果不再出现前述反转现象。参赛实验项目的多少体现着各高校物理实验课程与教学基本要求的达成程度，竞赛主办方也希望通过比赛达到促进物理实验课程教学水平提高的目标，因此比赛成绩乘上一定的权重因子有引导各高校尽可能开出满足物理实验教学基本要求的实验项目数，只要所乘系数在相对合适的范围内即可，这需要经过大赛取得经验后作调整。

其次是比赛提问环节的时间长度问题。从省赛、区赛到国赛都有评委提问环节，由于评委来自不同地区、不同层次、不同类型的高校，评委对不同参赛教师抽取的实验项目的熟悉程度不同，对不熟悉的实验内容难于提出有效的针对性问题，而对熟悉的实验项目可能提出很多不同的问题，其中有些问题是超出基础物理实验要求的科研实验才会涉及的内容，这就导致评委对有的实验内容提的问题偏多或偏难，而有的实验的问题则偏少。另外由于提问时间较长，评委所提问题会重复或针对性不强，鉴于此，笔者建议今后的讲课比赛将提问环节的提问时间缩短到5分钟可能会更合理一些。

再次是讲课内容安排问题。所有参赛选手都认为自己平时的物理实验课并不是按讲课比赛的模式进行的，如此一来势必造成物理实验教学实际与讲课比赛内容脱节的现象。物理实验青年教师讲课比赛的目的自然应该将比赛的成果融入日常的物理实验教学过程，让广大青年教师在物理实验课程教学中不仅能讲操作，更能将物理实验的原理、方法、技术、实验误差和数据处理等核心内容贯穿实验教学的始终，这样高校基础物理实验教学的质量才能不断得到提高。所以，物理实验课程教学内容如何呈现是非常值得思考的一个问题。

3对物理实验教学内容的思考

大学物理实验课程的作用主要是培养学生的基本科学实验技能，提高学生的科学实验基本素质，使学生初步掌握实验科学的思想和方法。培养学生的科学思维和创新意识，使学生掌握实验研究的基本方法，提高学生的分析能力和创新能力[2]。按照大学物理实验课程教学基本要求，物理实验课程教学内容应该包含测量误差、数据处理、基本物理量的测量、常用的物理实验方法、常用实验仪器和常用实验操作技术等6个方面。基础物理实验课程一般由一个个的实验项目组成，落实到每个具体实验项目结合物理实验课程的教学内容要素可以从下面几个问题出发：首先是实验题目的确定，即实验是什么；其次是实验目的，即为什么要做这个实验；第三是实验原理和方法，即怎么做实验；最后是测量误差和实验数据处理，即实验结果做得怎样。下面分别就这几点谈谈笔者的看法。

3.1　实验题目的确定

在物理实验课程中的实验题目往往是由学校自定，这使得很多内容大体相同的实验在不同学校给出的题目却很不相同，所以在填写比赛实验题目时，实验目的和内容均要求列出。本次比赛中出现的一些题目过于简单且无法从题目名称上形成对实验的初步认识，比如有的直接用实验中的元件薄透镜为实验题目，使人无法从题目中猜出实验到底要测量什么物理量。如果根据实验内容将实验名称改成诸如“薄透镜焦距的测量”之类的题目，就明确了物理实验基本要求中的基本物理量测量的内容。一个实验题目应能反映实验的重点内容，基础物理实验课程通常面向全校理工科各个专业，在课程总学时日益缩减的大背景下，如果物理实验课程不能给相关专业提供合适的物理实验基本训练内容，将难以在相关专业课程体系中得到基本的学时保证。另外，一个实验题目的科学性也反映出学校物理实验教学的整体水平，高校在编制物理实验课程教学大纲时应该重视实验题目的确定。

3.2　实验目的

物理实验课程的教学目标包括实验现象观察和过程设计、实验技术和方法的掌握、实验原理和物理概念的理解、实验结果的评估和报告等[3]。任何一个物理实验项目均有它产生的历史或应用背景，它可以回答为什么要做这样一个实验，通过这样的实验又可以达到怎样的教学目的。比如迈克尔孙干涉仪实验，迈克尔孙当初设计这个干涉系统的思想，是通过半透半反镜实现彼此垂直的两束相干光干涉，通过干涉条纹的移动达到测量不同方向光速的差异从而测量以太漂移速度的目标[4]。虽然迈克尔孙实验结果是否定的，但却为光谱精密测量提供了方法，也为爱因斯坦的光速不变原理提供了实验支持。不仅如此，引力波探测装置LIGO就是应用了这一实验方法成功探测了两个黑洞并合形成的引力波。如果在迈克尔孙实验教学过程中将这段历史背景和现代应用加以介绍，然后再讲教学目的，会大大激发学生的学习兴趣从而提高学习效果。在本次全国讲课比赛中，两位获得一等奖的选手均作了很好的展示，期待在今后的实验教学中青年教师能更多挖掘实验项目的历史与应用，实现实验教学的目标。

3.3　实验原理和方法

实验目的清晰之后，接下来重点需要讲解的是实验原理和方法，包括两个层面：一是理论原理，二是实验方法。理论原理是指该实验所依据的物理概念、规律等相关物理原理，比如杨氏模量、转动惯量的概念，等厚干涉、等倾干涉、光栅衍射原理，驻波形成与特点等。这些物理概念或原理很多是大学物理理论课的教学内容，这就要求我们的物理实验教师不仅要熟知物理实验教学内容，也要深入理解其物理机制。作为物理实验教师，要真正上好实验课，应该与大学物理理论课教师经常交流，既可充实理论知识，又可了解学生的学习背景，从而进行针对性的备课和讲解。

物理实验是人为创造相对理想的实验环境进行物理量的测量的过程，需要借助一定的实验方法和手段才能最终实现。实验方法的采用是多种多样的，比如转换法、放大法、平衡法等。转换法将难于直接测量的量转化成易于直接测量的量，如光电转换等各种传感器都是转换法的应用。放大法是将过大或过小的量转化成宏观上可观测的量，如千分尺用的是机械放大法，光杠杆借助的是光学放大法。平衡法可将不易测准的量转化成易于测准的量，将不可观测的量转化成可以观察的量，如惠斯登电桥。这些实验方法往往具有普适性，它们不仅只适用于某个实验，而且可以推广应用于类似的其他实验测量中。如果实验教师在课程讲解时能强调实验方法的重要性，并将这些不同的实验方法用于实验的创新和拓展，将有利于提高实验教学的水平。

实验当然离不开实验手段——实验仪器。实验仪器的工作就是将上述实验原理和方法转化到具体仪器设备的过程。本次大赛要求不涉及对着具体实验仪器讲解，实际上是增大了讲课比赛的难度。但这正是比赛希望通过这样的形式推动实验教师对物理实验本质的理解，而不是流于只讲仪器旋钮使用的形式。教师在实验中的作用主要表现在指导学生按照一定的实验流程、实验规范进行实验，引导学生实验过程中思考每一项操作所关联的物理现象和物理量的变化。实验操作固然是实验的重要部分，但这是由学生完成的，让学生体验实验的基本程序，通过实验过程学会基本的操作技术。作为实验教师应熟悉实验仪器及其操作过程中可能出现的各种实验现象，并能在学生实验过程中处理各种异常，这样在评委提问环节才能从容地回答不同的问题。

3.4　实验数据处理

一个实验到测量完数据并没有完成，还有最后也是最关键的一步，就是实验数据处理，如果测量的数据没有被合理地解读，整个实验就变得毫无意义，因此实验数据处理是评估整个实验结果不可或缺的重要一环。数据处理包括计算待测的物理量、测量结果的误差或不确定度分析、图示所测不同物理量的数学关系等。每个实验根据实验原理、方法和目的的不同，可以采用不同的数据处理方法。通过最终的数据处理，才可以对实验结果有个基本的判断，并分析产生这些判断的依据是什么，可以引发哪些思考，形成对整个实验的完整认识。在本次讲课比赛中，很多选手都忽视了这一环，可能是讲解时间的限制造成的，但这也表明在平时的实验教学中青年教师普遍对实验数据处理不够重视。这次比赛反映出这个问题，正说明物理实验教学质量还有较大的提升空间，希望能在以后的实验教学中得到不断改善。

首届全国高校物理实验青年教师讲课比赛吸引了全国高校成百上千的从事物理实验教学的教师参与到物理实验教学交流之中，引发广大物理教师的持续关注，激起了高校一批物理实验教师广泛的讨论，必将对高校物理实验教学水平的提升产生深远的影响。

参 考 文 献

[1]沈元华.首届全国高校物理实验教学青年教师讲课比赛（上海赛区初赛）观摩有感[J].物理与工程，2017(6):20-22,26.

SHEN Yuanhua. The onlooker's impressions of national teaching competition of college physics laboratory course for young teachers(preliminary competition in Shanghai)[J]. Physics and Engineering. Accepted in July, 2017(6): 20-22, 26. (in Chinese).

[2]霍剑青.大学物理实验课程教学基本要求的指导思想和内容解读[J].物理与工程,2007(1):5-9.

HUO Jianqing. Comprehension of the guidance idea and content of the basic requirement for college physics experiment course[J]. Physics and Engineering, 2007(1): 5-9. (in Chinese).

[3]American Association of  Physics Teachers. Goals of the introductory physics laboratory[J]. American Journal of Physics, 1998, 66(6)： 483-485.

[4]郭奕玲，沈慧君.物理学史[M].北京：清华大学出版社，1993:198-203.

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引文格式:  潘小青，马世红. 首届全国高校物理实验青年教师讲课比赛后的思考[J]. 物理与工程，2018，28（3）：优先出版.

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