大学物理实验教学的相关介绍

4．1．1　大学物理实验教学的相关介绍

1）物理实验教学的发展历程

一般来说，学科的发展都具备以下特征：系统性和发展性。对于物理学科而言，其研究目的在于探讨自然界物质的运动和发展的基本规律。物理实验是物理学科的一个重要组成部分，总的来说，物理实验的发展经历了以下几个重要的阶段：亚里士多德的物理体系，牛顿的物理体系和爱因斯坦的相对论体系。能够归纳出物理实验发展过程中的以下特点：物理实验的重复性阶段、物理实验的规律性阶段、物理实验的数据化阶段、物理实验的精确化阶段和物理实验的模拟化阶段^{[1]、[2]、[3]}。当教育（诸如学校等）出现以后，物理实验的教学引入课堂才成为可能。首先，物理学科的发展离不开实验作为基础，更重要的是物理知识的传播主要依靠教育。显然，如何更好地实现物理教学的目的很大程度上依赖于物理实验的教学设计和效果。

大学物理实验的教学是物理实验教学发展的必然阶段，也是物理实验教学的最为重要的阶段。中学物理实验大部分由教师演示、学生观察的实验组成。而在大学阶段，进一步发展成三部分：演示实验、普通物理实验和中级物理实验^[4]。近年来在许多高校也开展了近代高新技术物理实验。从这一发展过程来看，物理实验始终伴随着物理学的进步，伴随着物理知识的新发现。大学教育在整个教育阶段是至关重要的，根据人类接受知识的能力，对大学生开展多层次、多元化、多种实验和研究类型的物理实验是非常必要的^[5]。大学物理实验的教学重点应放在培养学生动手能力和分析问题、解决问题的能力上。基于中学物理实验的教学，在大学物理实验教学阶段，首先仍然保留许多经典物理实验，诸如力学、电学和光学方面^[6]。这种教学安排的基本出发点是这些物理思想的基础。不过，这些物理实验已经不是中学的演示实验而属于普通物理实验层次，学生能够自己动手操作，并且分析和处理所得到的结果。其次，对于很难实际操作或者需要大型的实验系统的物理实验，演示实验能够方便地使学生了解实验的原理和步骤。进一步增加学生在今后对这类物理实验的兴趣。最后，为了由培养高级专门人才的“精英教育”向提高全民科学素质的“普及教育”观念转化，改革现有物理实验教学体系，增加中级物理实验和高新技术物理实验是非常必要的。通过这些物理实验的教学，可以使学生有更大的自主选择空间、自主设计物理实验的能力，达到加强素质教育和因材施教的目的^[7]。

大学物理实验作为大学生进入高等学校后第一门自然科学实验课程，除了继续与中学物理教学保持一定的延续性外，更重要的是让学生受到严格的、系统的和科学的实验技能训练，掌握物理实验科学的基本知识和原理。另一方面，是要培养学生严谨的科学思维方式和创新精神，从而具备适应现代科学发展的综合能力。物理学是一门理论与实验相结合的自然学科，物理学知识本身的发展和创新从来都离不开物理实验的重大结果，这是因为任何物理理论都必须经得起实验的检验。长期以来，基础物理实验的教学模式过于单一化，教学内容陈旧（这里必须把内容与经典的物理实验和原理加以区别），教学方法和手段缺乏创新。在这种情况下，大学与中学的差别仅仅在于实验内容、可操作性以及实验对象，这将明显降低大学物理实验的教学效果。随着知识经济时代的到来以及科学发展的日益交叉，培养高素质人才尤其是具有创新精神和能力的人才显得越来越重要。如何改革日渐死板和单调的大学物理实验课程将是摆在物理教学工作者面前的一个重要任务。与国外相比，尽管当前我国的大学物理实验的教学现状并不乐观，但是物理实验的基本出发点都是一样的，而且我国的物理基础理论教育水平也毫不逊色。所以应该对现有物理实验教学体系进行重大调整和革新。我国大学物理实验的教学现状主要表现在以下几方面^[8]、[9]。

第一，实验经费短缺，仅能维护日常的运转，仪器设备无法进行更新，使得许多实验用品消耗过大的物理实验在后期基本上停止开设。第二，教学时数太少，很多物理实验的时间被压缩。物理实验的操作是一个需要严谨的科学态度和多次重复的精神。在如此短的时间内要求学生必须完成一定的物理实验，获得正确的实验结果，这是违背实验科学发展规律的。第三，尽管物理实验是理工科大学生的必修课程，然而许多学校对物理实验不够重视，包括对物理实验教师的职称和待遇都有处理不好的地方。显然，当这些问题不能公平地解决时，很大程度上必将影响物理实验教师的情绪和工作热情，从而进一步影响教学质量。第四，物理实验教师的教育思想和方法急需提高。目前物理实验教师的师资力量相对薄弱，高学历和职称的实验教师并不多，这是由于人们长期认为物理实验教学只是物理学科发展的辅助工具，并没有从真正意义上把它看成是一门独立的课程。显然，这将影响到大学物理教学的发展。信息时代的到来使得大学物理实验教学的发展应该充分利用目前的计算机和网络资源，构建多种虚拟实验室和网络，使学生能够主动参与到物理实验中，体会物理实验中所蕴含的物理思想精髓^{[10]、[11]、[12]}。

2）大学物理实验教学新体系

大学物理实验课程是对高等学校学生进行系统科学实验技术和实验方法训练，培养学生科学实验能力和素养的重要的实践性课程。不仅要让学生受到严格、系统的实验技能训练，掌握科学实验的基本知识、方法和技巧，更重要的是要培养学生严谨的科学思维方式和创新精神，培养学生理论联系实际、分析和解决实际问题的能力，特别是提高与科学技术的发展相适应的综合能力。我国普通高等教育正由为培养高级专门人才服务的“精英教育”向为全面提高公民科学素质服务的“普及教育”方向发展^[13]。随着高等教育受益面的逐步扩大，学生受教育需求呈现多元化，要求大学物理实验从传统的“专才”培养转变成“通才”教育。另一方面，为了与社会发展和科技竞争相衔接，高校需要培养出更多优秀物理专业人才^[14]。面对这一似乎矛盾却互为促进的教学需要，层次化的课程设置显得尤为重要。考虑了各个分支选题的平衡性和实验内容的教学可操作性，并在此基础上给出了层次化课程设置模式。

“基本实验技能训练”层次的课程设置基本集中在“基础物理实验”模块，主要是培养学生学习基本物理量的观测技术方法及正确的实验数据记录、分析处理、实验结果的准确描述和规范实验报告，掌握物理实验通用仪器的操作与使用，提高后续课程的起点^[15]、[16]，这是理工科大学生必修的一门课程。事实上，“基本实验技能训练”课程是使得大学生从抽象的大学物理知识转化成具体的物理图景的一个不可缺少的过程。掌握分立的物理实验之后，学生能够进一步培养实验综合能力。“综合实验研究能力培养”层次的课程设置主要集中在“综合设计性实验”模块，主要是全方位地培养学生的实验研究能力和综合设计能力，促进学生逐步有序、有效地提高自身发现问题、解决问题、拓展思维，独立进行科学实验的综合素质。在这一层次的课程中，将引导学生不拘泥于已有的实验操作，而是提供学生足够的想象空间，利用前面已经完成的分立的物理实验知识，使得学生能够自己动手开展一定的实验。这种实验显然不是单纯的力学、热学、电学或者光学实验，也可能不是单一的研究对象，而是一个研究系统。学生必须设计和安排一系列的实验才能够清楚研究对象的物理性质。然后经过综合各种实验数据，找到它们的物理内在联系，使用已有的物理理论来解释所观察到的物理现象。所谓的“近现代高新技术开发性实验”通常是区别于经典的物理实验而言的。特别侧重于目前发展起来的新的评价手段和工具，诸如：同步辐射、高能粒子研究以及精细的测量技术，如在光学方面的拉曼和调制光谱；在电学方面的磁光测量等。显然以上这些实验与研究课题是紧密相关的。更重要的是可以培养学生对科学研究的兴趣和深层次认识。在这门课程中，将侧重于“开发”，即让学生参与到科学研究中，这些研究结果是未知的，需要学生自己动手测量和理论分析数据。分析方法并不是唯一的，如果可能，学生可以对已经获得的数据提出自己的解释。在一些科技发达的国家如美国，通常大学生能够利用暑假进入研究小组，与教授和研究生共同进行科学研究。经过这一训练使得这些国家的大学生动手能力很强，目前国内的物理实验教学缺少这一环节。造成这种现状的原因是多方面的，许多高等学校并没有意识到开展“近现代高新技术开发性实验”的重要性和意义所在。另一方面，我国高校通常分为以下几种类型：研究型、研教型和教学型。这样，在研究型大学开展这一课程是可能的，对于其他两类高校需要找出其他相应的教学模式。虚拟实验可能是目前最佳的选择。这也正是本研究工作的一个基本出发点。希望通过建立虚拟实验理论和模型，构建一个实验的整体平台，从而达到完善实验教学的目的。

大学物理实验教学平台的构建通常基于以下几点^{[17]、[18]、[19]}：各个基本实验内容的相关性以及学科之间的交叉性。这种实验内容的相关性是实验物理研究对象的本质表现。例如电磁场的理论，电学和磁学属于分立的物理现象，然而它们通过麦克斯韦方程相互联系。另一方面，随着科学技术的发展，学科之间呈现出一定的交叉，许多边缘学科领域得到重视。这也是现代科学技术发展的一个重要特征。物理实验的基本目标是使得高校理工科学生能够掌握基本的实验技能，养成良好的物理思维习惯。这种思维习惯并不是仅仅局限于各个基本的物理实验，而是由单个的物理实验能够尽可能地获取研究对象的其他信息。必须强调的是这里所讲的实验项目内容相关性，并不仅仅是指前面提到的基本实验技能，而是包括综合实验以及近现代高新技术开发性实验在内的相关性。只有基于这一层次实验内容的相关性，才能建立真正意义上的教学平台，否则只需分立的几个虚拟实验程序即可。目前，国内物理实验教学体系经历了一些改革，打破了以力学、电学、光学和近代物理实验等同学科实验编排在一起的传统模式，建立了层次式和模块式的实验模式。这种实验模式建立的依据是物理实验内容的本质相关性。

高校大学物理实验并不只是针对物理学科的学生，而是为所有的理工科专业开设的。开设的出发点之一就是考虑到目前各个学科的相关性正在显著加强。许多新兴的交叉学科和边缘学科不断出现，这也是当前自然科学发展的必然趋势。正如前面所提到的，基本的物理实验都是经典物理理论的再现，这些理论却是目前物理发展的基础。诸如数学、化学和生物、计算机工程、建筑工程和机械工程等领域都离不开物理知识。这种学科的交叉性和相关性还体现在独立学科的理论知识上。例如，数学知识是最基本的理论工具，任何理工科学生都必须具备一定的数学基础。另一方面，物理实验技能在其他学科中同样有着重要的地位。物理实验的教学训练可以使得高校大学生接受良好的科学思维，培养动手能力。这些思维和能力是他们在今后的学习和工作中不可或缺的。这也是为什么大多数高校将普通化学实验和专业实验安排在物理实验课程之后的原因。多学科相关性还表现在研究领域的延伸性，当今我们很难界定某个研究课题属于哪一个独立的科学门类。更突出的是科学实验仪器的使用也不仅仅限于专门领域。最显著的例子如许多光谱仪公司的产品涵盖了物理、化学、生物和生命科学等诸多应用领域。另外，随着天文学的发展，万有引力定律成为可以直接观察和测量的物理实验规律。这是物理学与天文学的完美结合。最后，这种多相关性也体现在物理实验与高新技术的结合上。因为无论科学技术如何日新月异的发展，总是离不开物理实验的基本原理和知识。正是由于物理实验的这种相关性才使得教学平台的建设成为可能。也使得理工科各专业学生能够接触到自然界最基本的物理原理，并且在以后的学习和工作中加以应用。

随着高等教育的教学面日益扩大，教育部施行扩大高等学校招生规模，高校职能发生了转变，由以前的“精英教育模式”逐步形成“通才教育模式”。这一重要的职能转变必然导致高校教学计划的相应变更。另外，随着科学技术的发展，许多重大的科学成果以及技术突破的实现，也促使高校的教学模式进行相应的改革。特别是对于大学物理实验教学，由于它是一门面向几乎所有的理工科大学生开设的必修课程。它的教学效果在某种程度上也是高校教学效果的一个表征。这就向广大物理实验工作者提出了一系列艰巨的课题与任务：如何改革现有的大学物理实验教学模式，如何实现这种教学改革，改革的主要方向是什么，如何才能够使用最优化的资源匹配达到预期的教学效果，等等。最近几年国内许多工科物理实验基地或实验室进行大胆的探索和实践，总体改革目标是提出并建立开放型、创新型物理实验教育的新体系。然而对这一新体系的研究仍然处于初级阶段，必须做进一步的系统化的实验和理论工作。相应地，提出了以下一些物理实验的改革重点。

（1）开放型实验教学模式^[20]

开放型实验教学模式以学生独立操作、启发引导为主，以教师辅导为辅，教学重点集中在物理实验的设计思想、方法和仪器的设计原理和技巧上。比较复杂的实验或者仪器可以由虚拟仪器软件来代替。出发点在于突破以前的过于单一的实验教学，学生仅仅需要动手记录数据的被动教学模式。使得学生不仅需要自己利用已学到的物理知识，设计实验步骤和预期实验结果，处理实验数据以及评价实验效果。这种开放型实验教学模式在于培养学生的开放思维，调动学生对物理实验的积极性以及全面提高学生的动手能力。

①实验设计方案开放：对于物理实验，实验的设计方案是首要的步骤。开放型物理实验已不再局限于原有的物理实验教学课程计划，学生必须根据教师提出的实验目标设计实验方案。为了评价方案的可操作性、知识性和理论性，对设计方案的开放很有必要。开放实验设计方案将有助于学生更清楚地规划实验步骤，明确实验目的，达到预期的教学效果。开放的实现可以通过教师组织小组讨论和现代化的网上发布等方式。本书将虚拟仪器功能化，构建网上物理实验平台。基于这种先进的教学手段，学生不仅能够利用网上的各种单一的虚拟仪器设计实验方案，而且可以很方便地检测实验的结果是否符合预期的设计目标。这种基于虚拟仪器实验室的开放型物理实验具有选择自由度大、选择范围广，思维不再局限于经典的物理思维以及成本不高等特点。这些特点激发了学生的主观能动性，调动了实验积极性，并从中体会到物理实验的乐趣。更重要的是，这种开放促进了学生以及教师之间的交流，产生了许多新的物理实验概念。摆脱了学生不需要任何物理实验的前期工作、教师把所有的仪器以及步骤都统一化的弊端，由于没有具体的操作步骤和目标，学生必须从一开始就进行独立的思考，诸如，如何设计更有趣、更个性化的物理实验，如何优化实验步骤，等等。

②实验平台构建开放：前面提到的物理实验设计方案开放是基于独立的实验仪器或者网上虚拟仪器实现的。显然仅仅是设计方案的开放还远远不够。例如，这些独立的实验设计由于设计者的物理知识的掌握程度、操作程度和所蕴含的物理思维的不同，肯定是不同的。更重要的是，这些开放的实验体系必将随着教学人数的增多以及深入，导致设计方案的数目显著增加。这将使得设计成本以及网上维护负担增加。由此在学校内部甚至几个学校之间可以构建实验平台，这种平台应该能够进行标准化和系统化物理实验。这种物理实验平台具有以下显著的特点：把握基础、难度不大、兴趣增加以及效果明显。既然是平台的建设，基础作为重点，降低难度是必须的，只有这样才能够达到学生通用的目的。否则将失去平台化的意义。网上实验平台的构建与实用化在很大程度上也取决于这些集成的实验能否提高学生的兴趣，促进教学效果的提高。任何教学的改革都将以教学目的的真正实现为目标，所以这种网上平台的构建既要满足教学的要求，又要达到标准化的要求。在目前的“通才教育”的指导下，这是一对矛盾的体系。因为标准化和统一化将失去利用物理实验平台快速设计新的实验的优势，而且在平台上所有的资源都是最为经典的，很难实现个性化设计。不过，这种平台的构建以及开放仍然是必须的。在目前我国整体教育目标调整时，物理实验平台开放的教学模式仍然值得思考和研究。

③实验资源开放：在我国，大多数物理实验室的建设依托于物理系（理学院），利用物理系的教学资源（诸如师资和设备）对全校理工科学生进行物理实验课程的教学。这种教学安排基本上是封闭的，即实验课程教学计划已经制定好，学生只需动手操作，上交实验报告即可。这种模式的教育显然不利于教学资源的最优化配置。对于开放型物理实验教育模式，实验资源不仅仅是对相应的课程教学开放，还应该对任何感兴趣物理实验的学生和教师开放。对学生而言，这种资源的开放能够促进不同学科间的学习和发展，对教师而言，这种资源的开放能够弥补师资力量的不足，也能够促进教师设计更多的物理实验用于教学的目的。如何更好地利用和开放现有的物理实验资源，可以通过以下几种方法实现：首先，实验管理人员的培训是个重要因素。大多数高校都配有一定数量的实验技术人员来支持实验教师的教学工作。然而由于各种因素，技术人员的学历通常不高，需要对他们进行技能训练以促进教学能力的提高。使得实验资源能够得到维护和优化使用；其次，学科间的实验资源共享和开放。尽管物理实验是一门基础实验课程，是理工科大学生必修的一门课程。然而与其他学科相比，诸如普通化学实验和各类专业课实验等，物理实验的教学目标在于培养学生的动手能力，为以后的进一步学习打好基础。这样，将各学科间的相关或相近的实验作为一个有机的系统联系起来，实现资源共享和开放。最后，通过网上实验平台的构建，实现各高校间的实验资源共享和开放。各高校通过网上评价所在学校的虚拟仪器的信息以及实验室的设备，使学生能够充分选择实验设计方案并且可以通过这种实验资源的开放加以实现。这是开放型实验教学模式的一个重要特征，它改变了以前的封闭式实验教学系统的局限性和独立性，相应地建立起一个公开、透明、高效的以及资源最优化的物理实验教学系统。

④实验结果开放：开放型实验教学模式也需要将实验结果公开化，使得任何新的设计型实验结果能够最快速地得到共享。另一个原因是可以使学生能够从中受到启发或评判实验结果。利用这些已有的实验结果来调整和设计自己的物理实验。如何开放已有的物理实验结果呢？可以采取以下几项措施：第一，对已有的经典物理实验的结果进行统计，将统计结果予以开放。尽管经典物理实验的结果对大家都是十分清楚的，然而由于操作者和实验仪器的不同，也可能产生一些系统误差和人为误差。开放这些实际的结果将有助于其他学生参考，评价自身的实验误差。第二，针对多种实验设计方案的开放，对其取得的实验结果也应该开放，以促进实验方案的交流和重组。相对于以前的固定的实验教学安排，设计型实验的一个重要特点就是放开了学生对物理惯性思维的束缚，在一定程度上体现了个性化的特点。这样对于不同的实验对象，实验的模式总会有不同的地方，那么所取得的结果必将是不同的。将这些实验结果开放显然可以促进物理实验教学的效果。第三，物理实验不仅仅是一门单纯的实验课程，实验结束后学生需要评价这些实验的效果及自身的体会，将这些总结性的报告开放将是开放型实验教学模式的最终目的。在以往的物理实验教学安排中，学生结束实验交一份实验报告即可。然而实验报告的批改完全由实验教师或技术人员完成。这种相对封闭的教学环境对于学生的实验效果并不理想。这也是大多数教师和学生对物理实验感到“枯燥无味”的根源所在。然而将这些不仅仅是实验结果的总结性实验报告开放，公开到构建的网上平台，必将充分调动教师和学生的积极主动性，提高实验教学效果。

（2）创新型实验教学模式

物理实验教学重点在于教师指导学生理解实验原理、严格的实验步骤和缜密的技术方法，然后与学生一起分析和实现实验原创思想和实验设计的精妙之处^[21]、[22]。这样，对物理实验的创新设计将是今后物理实验教学模式改革的另一重要领域。只有这样才能够真正实现从“精英教育模式”过渡到“通才教育模式”。创新型实验教学模式将从以下几个方面展开：

①体现创新教育理念的实验内容：创新理念即在传统的物理实验教育的指导思想下，提出一些新的操作性强的物理实验课程，这些实验教学应该反映近年来物理学科取得的重大进展和成果。同时，这些新的理念也将渗透和涵盖传统意义上的力学、热学、电磁学和光学等物理实验。随着科学技术的飞速发展，原子物理和天体物理测量技术手段有了很大提高，一些相关的、简单的和可操作的实验被设计引入物理实验教学。另外，对以上一些基础物理实验也进行了一些必要的调整，可以增加一定数量的与当前研究紧密相关的物理实验。诸如对材料研究领域，可以增加机械力学性能测试实验、吸收光谱实验、分子霍尔效应测量等。尽管这些实验的设计和结果反映的仍然是研究对象的基本物理性质，然而在一定程度上，它们已经不是传统实验的简单重复和操作，事实上也不可能重复出这些结果。对这些物理现象的研究需要相当多的物理实验技巧和创造性的物理实验设计方案。对这些实验的课程安排，能够启发学生的物理思维和提高运用已学知识的能力。特别是随着实验仪器和技术的快速更新，且可以充分利用高校各种物理研究小组的实验资源，已经使得在高校施行创新型物理实验的课程教学模式成为可能。

②实现创新教育目标的教学方法和技术：基于创新理念的物理实验设计形成后，如何获得和实行这些物理实验的教学效果就成为下一个主要任务。与传统的物理实验教学方法不同，创新型物理实验并没有统一的教学规律可循，教师不再说明和演示实验步骤，学生不再是旁观者，必须自己思考如何操作实验仪器，如何判断实验数据的准确性和误差程度。从某种意义上说，教师作为参观者观看学生操作实验仪器或者与学生一起讨论实验步骤。在这一教学过程中，学生能够经历从设计实验到得出实验结果的整体过程。使学生体会到物理实验课程的吸引力，对物理实验产生浓厚的兴趣。更重要的是使学生由被动接受知识变为主动学习，培养了学生的独立思考能力。这也为学生今后的工作和学习打下了扎实的基础。在实验教学技术上，应该充分利用现代化和先进的教学手段，诸如多媒体演示工具和网上虚拟实验平台。通过使用这些先进的教学手段，可使教师节约教学时间，用更充分的课堂时间进行创新型实验的操作。对于学生，不仅可以很清晰的理解物理实验的基本原理和物理图景，而且可以根据自己的兴趣创新性地提出一些物理实验，并在网上或计算机上模拟实现。另外也可以通过网上的实验资源与学生或教师进行交流，互相探讨创新实验的设计和结果。这一步骤是实现创新物理实验教学模式的关键因素。

③表征创新教育成果的教学效果：采用传统的实验教学评价体系来评价创新教学实验的效果显然是不合适的。那么如何评价这一新的体系呢？许多教学工作者提出了一些富有意义和建设性的指标，诸如“解决实验问题能力”、“体现实验动手能力”以及“激发学生物理实验的学习热情”，等等。然而首先必须明确创新型实验教学的目标和意义。正如前面提到的，创新型实验教学模式是在国内以及国际科学技术日益更新的基础上提出的，最终的评价体系应该是遵循是否这些创新型物理实验真正体现了科学技术的发展规律，是否真正培养了学生的独立思考问题的能力，是否真正解决了学生感到日益枯燥和单调的物理实验课程，等等。当然，传统的评价体系仍然值得借鉴，诸如实验效果、实验记录报告和实验学分等。只有将这些评价标准统一考虑，才能够给出一个完善的评价体系。通过与开放型实验教学模式相结合，虽然打破了传统的实验教学模式，然而并不能完全取代传统的实验教学，因为传统物理实验教学在进行基础物理实验时仍然是必须的、最方便的。

3）大学物理实验教学改革目标

尽管开放型实验教学模式和创新型实验教学模式作为改革的重要方向已经引起了实验工作者足够的重视，然而这些教育模式目前处在初始探讨阶段，很多具体细节和实施步骤仍然需要清晰化和系统化。应该指出，我国的高校实验教学质量存在着地区间的不平衡、学校间的不平衡、学生素质发展的不平衡以及资金投入的不平衡。这样大学物理实验教学改革应该兼顾到这些不平衡，使实验教学效果得到很大程度的提高。相应地，实验教学改革又不能脱离实验课程所具有实践性和重复性等特点，必须同时考虑到实验教学改革的可操作性。通过对这些教学改革重点的分析，希望能进一步完善目前的开放型实验教学模式和创新型实验教学模式。下面将从几个方面来讨论物理实验课程改革的重点。

（1）加强教学内容的前沿性^[23]、[24]

传统的物理实验课程采取“教师以及技术人员首先演示，学生基本上简单重复的实验步骤，记录实验结果结束实验”的教学模式。不可否认，这种教学模式对刚刚接受实验课程的大学生来说有一定的优势。然而随着实验课堂的深入，物理实验的种类繁多，就必然导致学生失去兴趣，实验教学枯燥无味。更为重要的是，传统的物理实验教学安排都是经典的物理实验，从知识原理来讲，可能是学生非常熟悉的物理实验。这就让学生形成一种“错觉”，认为只是重复物理学科教学。所以首先应该从改革实验教学内容入手。

事实上基础物理实验效果仍然需要改革和提高。通过利用现代化科技手段，利用计算机辅助教学工具，开发多种虚拟的网上实验仪器或中心，学生可以利用这些条件进行预习、模拟仿真和分析结果等。同时，尽可能地从这些基础物理实验教学中挖掘新的富有“物理思想”的方方面面。尽管基础物理实验所揭示的现象在现在看来“似乎”都非常简单和容易。然而，正是这种简单明了充满着丰富的研究性因素。需要改革的重点就在于如何利用计算机实现这种功能化的研究性因素。即前面讲到的虚拟仪器如何辅助物理实验教学，这些丰富的物理研究机制如何利用虚拟仪器来实现。通过这个过程的改革，教师通过设计相应的虚拟仪器实验步骤来满足课堂教学的需要，学生可以使用这些仪器来预习物理实验。

大学阶段为了提高学生的综合素质，综合物理实验的开设是必须的。基础物理实验只是相对独立和相对简单的实验教学。学生们仍需培养综合能力，通过集中许多的基础物理实验来分析一些比较复杂的物理现象或系统是对这种能力的最好的训练方式。然而综合实验能力的培养不同于基础物理实验的教学，教师不可能做到每个步骤都演示的程度，学生必须自己独立思考如何进行优化实验，如何处理所有的这些数据，找到它们之间的物理联系。应该相应地增加综合物理实验的教学安排，当然这些实验并不一定只是普通物理的范例，教师也可以开发出一些可操作性的实验课程，诸如光学与电学实验相结合、光学与热学实验相结合、力学与机械性能实验相结合，等等。

随着科学技术的日益发展，一些新的物理理论和实验得到关注。在这里强调的是与当前新兴研究有关的高新技术物理实验。通常这些实验是指高校正在教授或课题组正在研究的项目。希望物理实验的教学能够走进实验室，让学生真正感受到学术研究的氛围。在这些实验室，学生们能够做一些辅助性的工作，诸如熟悉实验仪器、简单记录实验数据和整体实验数据等。通常研究生可以负责安排他们的实验。目前在一些研究条件设施好的高校教学安排上，物理专业的学生本科学习的最后一个学期用来实习，许多大学生能够进入到课题组参与研究工作。这可以看作是物理实验教学的延伸。然而，对于其他专业的学生，则接触到与自己专业有关的研究实验室。广义上讲，这些都可以看作是对物理实验教学改革的一种调整。当然，基于物理实验本身的教学设置，诸如原子物理实验、天体物理实验以及新材料的物理性能等都可以加入到实验课程设置里，让学生能够接触最新、最前沿的物理实验内容和知识。

（2）提高课程设置的综合性

针对物理实验教学内容做出的改革，仅仅改革物理实验本身的弊端。然而物理实验是面向所有理工科大学生的教学课程。仅仅改革物理实验的教学设置是远远不够的，还必须兼顾到其他专业的学生的基础知识和专业知识。所以对物理实验的教学改革的另一方面就是提高课程设置的相关性和综合性。在大多数高校，学生在大学一年级和二年级不分专业，就是希望学生基础知识面变广。显然在这一重要的阶段，物理实验课程应该考虑到培养交叉学科的能力，从而全面提高学生的综合素质。建议从以下几个方面来提高课程设置的综合性。

在保证大学物理实验与中学物理实验的知识过渡和教学深入的前提下，适当地增加一些非物理或与普通的实验室仪器操作相关的实验课程。如与普通化学实验和电子工程实验等建立一定的联系，设计一些相对简单的实验能够满足上述教学要求。即从实验知识的扩大、实验技术的严格训练和实验结果的理论分析等方面逐步拓展单纯的物理实验知识空间。

（3）远程教学的发展

最近，远程教学作为一种教育模式引起了国内外教育工作者广泛关注。对于物理实验教学，远程教学手段也是教学改革的重点之一^{[25]、[26]、[27]}。由于多种因素（如计算机硬件资源不足、具备远程教学的师资能力不强、大学生的科学素质差别大以及难以客观地评价教学效果等）导致目前的物理实验实行远程教学非常困难，仍然处于可行性研究阶段。首先必须明确远程教育在实验教学中的意义。利用远程教学手段不仅可以节省时间进行集中教学，而且可以集中有限的师资力量。对学生而言，可以方便地合理安排工作时间，利用较短的时间进行课堂教学。通过远程教育手段，可以在家里或单位里进行自学。这种远程教学非常适用我国目前的教育方式和教学资源分布，能够极大地提高全民科技素质。

（4）培养创新型人才和增强团队意识

通过大学物理实验教学改革，不仅使得大学生具有独立地分析和解决问题的能力，而且使他们的科学素养和综合素质也得到相应地提高。随着国家的高等教育目标发生转变，面向广大理工科学生的大学物理实验的教学效果就显得尤为重要。这一改革的最终目标将是培养创新型人才。创新能力的提高是整个国家和民族发展的根本。创新能力的培养必须依托大学教育，通过高等教育改革现有的教学体系和实验安排，逐步调整和增加一些开放型和创新型物理实验的教学，通过这一课程的学习，学生能够获得基本的物理实验知识和综合物理知识，更重要的是自己还必须设计和开发物理实验以及提出一些物理实验操作和结果分析，这些能力和知识必然促进整体综合能力的提高，达到国家培养创新人才的战略目标。国家的发展和竞争，实际是人才的竞争。所以大学物理实验的教学作为大学生进入大学课堂后的一门重要的基础课程，它的教学目标将对随后的专业知识的传授产生深远的影响。它的教学改革应该从这个高层次的角度来实施。通过这一改革，高等学校学生能够达到以下几个方面的提高：思维的创新性、能力的创新性、科学知识的创新性以及科学素养的创新性。只有经过这些创新能力的提高，高校人才的培养才可以说是真正达到了高等教育的目的和要求。通过物理实验教学的改革和教育训练，学生能够真正获得以上创新能力，为以后的工作和学习提供有力的支持。在目前激烈竞争的国内外经济和科技环境中，从自身来讲，创新型人才可以增加自己的竞争力，从而使自己能够扩展相应的生存空间。从国家角度来看，创新型人才有利于提升我国在国际上的竞争力，从而使我国在经济和科技上立于不败之地。

当前无论在科技研究领域，还是在工程应用领域，越来越多的任务已经不是靠个人的力量能够完成的，通常是以研究小组的形式来完成的。这是社会发展到一定程度，分工与合作成为社会工作的一种模式而存在，这就需要具备团队意识和团队精神。当然，团队意识并不否认个人的创新能力和个性的发展，通过团队合作，使得各学科间的工作者能够协同工作，互为补充，取长补短等。对于大学物理实验教学的改革和实践，通常也是以实验小组的形式实现的。在这个小组中，每个学生既有分工又有合作，每个学生可以发挥自己的特长，共同设计实验步骤，分析实验结果。通过小组讨论，使得学生能够真正意识到如何从同学或教师那里学到新的知识，这样有利于增强团队合作意识。例如，对于开放型实验或创新型实验从设计到具体操作，首先集中小组成员各自的实验思想，这一阶段个体的创新思维得到了充分发展，然而这种实验方案是个体发散思维的结果并不成熟。然后经过成员综合所有的创新型实验设计的讨论，做出最合理的实验设计方案。团队合作精神通常必须兼顾到个人设计的合理部分，或者相互补充的部分，只有这样才能够完善整个的实验过程。大学物理实验课程教学是培养学生团队意识的一门重要教学任务。通过最初的物理实验教学，学生的合作精神可以得到一定的提高，这样也对他们今后的课程学习和工作提供很好的整体素质培养。大学物理实验教学的最终目标就是从思想上和能力上进行人才的培养。只有这样物理实验的教学改革才算是成功的。