近代物理課創(chuàng)新教育教學(xué)方法研究

吳旌賀

(河南教育學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院，河南 鄭州 450046)

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近代物理課創(chuàng)新教育教學(xué)方法研究

吳旌賀

(河南教育學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院，河南 鄭州 450046)

摘要：近代物理學(xué)是眾多杰出科學(xué)工作者的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的薈萃,其中的諸多案例是引導(dǎo)與培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力不可多得的典范.就近代物理學(xué)的實(shí)際教學(xué)過(guò)程中, 如何更好地將典型人物和典型事例融入近代物理知識(shí)的傳授,從而有目的有意識(shí)地對(duì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)做出一些嘗試性的理論與實(shí)踐探索.

關(guān)鍵詞：近代物理；創(chuàng)新教育；物理研究方法

0引言

去年“兩會(huì)”后，“大眾創(chuàng)業(yè)，萬(wàn)眾創(chuàng)新”成了最時(shí)髦的詞語(yǔ).“大眾創(chuàng)業(yè)，萬(wàn)眾創(chuàng)新”首先是人的問(wèn)題.沒(méi)有創(chuàng)新的人才，不可能有創(chuàng)業(yè)的成功，沒(méi)有創(chuàng)新的教育，不可能有創(chuàng)新的人才[1].創(chuàng)新是一個(gè)民族興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力，在以科技創(chuàng)新為主導(dǎo)的當(dāng)今世界, 能否在創(chuàng)新機(jī)制的引導(dǎo)下，不斷培養(yǎng)出一批批創(chuàng)新型人才, 已成為檢驗(yàn)高等教育成功與否的重要標(biāo)志[2].本文就近代物理學(xué)的實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，如何更好地將典型人物和典型事例融入近代物理知識(shí)的傳授，從而有目的有意識(shí)地對(duì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)做出一些嘗試性的理論與實(shí)踐探索.

1束縛大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的因素

1.1只重視結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，忽視內(nèi)容更新

就教材而言，其內(nèi)部的知識(shí)結(jié)構(gòu)多為普通物理的范疇, 對(duì)近代物理知識(shí)點(diǎn)的介紹甚少，離近代物理學(xué)的教學(xué)目標(biāo)甚遠(yuǎn).所使用的物理教材普遍存在著部分內(nèi)容陳舊、繁瑣的問(wèn)題, 比如：在物理系開設(shè)的專業(yè)必修課中有關(guān)力、熱、光、電、聲等內(nèi)容的介紹，多為學(xué)生中學(xué)階段曾經(jīng)接觸學(xué)習(xí)過(guò)的問(wèn)題, 大學(xué)階段無(wú)非采用了多媒體課件的形式，變換了一下教學(xué)手段而已,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了求知欲旺盛的大學(xué)生的需求[3-4].

1.2只重視知識(shí)傳授，忽略能力培養(yǎng)

在具體的備課、授課過(guò)程中，一些教師的課程設(shè)計(jì)思路較狹窄，課程內(nèi)容設(shè)置較傳統(tǒng)，教學(xué)方法較保守，不少教師仍以傳統(tǒng)知識(shí)的教授為主，忽略書本之外多方面知識(shí)的融入，缺乏以提升學(xué)生綜合能力為目標(biāo)的多元化教學(xué)手段的運(yùn)用.在這種創(chuàng)造性不強(qiáng)的教學(xué)過(guò)程中，僵化的教學(xué)模式勢(shì)必會(huì)束縛學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，被動(dòng)的學(xué)習(xí)很大程度上影響了學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展.從而帶來(lái)了學(xué)業(yè)成績(jī)好，動(dòng)手能力弱、實(shí)踐活動(dòng)能力欠缺的不良后果[4].

2近代物理教育融入學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的方法

2.1改革教學(xué)內(nèi)容，補(bǔ)充最新科研成果

近代物理學(xué)的發(fā)展日新月異，各領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)出了大量的高新技術(shù)和激動(dòng)人心的新發(fā)現(xiàn)，這使得近代物理學(xué)這門課的教學(xué)內(nèi)容需要與時(shí)俱進(jìn)，進(jìn)行授課內(nèi)容的調(diào)整、更新、拓展和補(bǔ)充.為了更好地探索新的研究領(lǐng)域，這就需要從事近代物理一線教學(xué)的老師，懷著“站在巨人的肩膀上，而這個(gè)巨人不斷在行走”的教學(xué)理念，在前人已有成果的基礎(chǔ)上，及時(shí)地將傳統(tǒng)知識(shí)與前沿科學(xué)相對(duì)接, 以啟迪思維, 加深理解.在具體方法上, 對(duì)于學(xué)生普遍感興趣的內(nèi)容，通過(guò)專題講座的方式,展現(xiàn)物理學(xué)的魅力，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)的熱愛[5-6].

例如， 在講到納米材料的內(nèi)容時(shí)，專門邀請(qǐng)我院研究納米材料的博士給大家作了一場(chǎng)(納米材料在前沿領(lǐng)域的應(yīng)用研究)報(bào)告，這不僅打開了學(xué)生們的科技之窗，豐富的圖片和視頻也給大家展示了許多課本上沒(méi)有的科技成果，進(jìn)一步加深了大家深度學(xué)習(xí)納米科技的興趣.另外, 介紹近代物理學(xué)中與現(xiàn)代科技發(fā)展密切相關(guān)的新興學(xué)科或新技術(shù).例如：當(dāng)講到粒子物理的部分，正好2015年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給日本和加拿大的物理學(xué)家，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了中微子振蕩的現(xiàn)象，從而證實(shí)了中微子具有質(zhì)量這一事實(shí).筆者以此為出發(fā)點(diǎn)，介紹了從幾十年前最初提出想法，經(jīng)過(guò)大氣中微子實(shí)驗(yàn)、太陽(yáng)中微子實(shí)驗(yàn)、反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)等曲折而艱難的研究過(guò)程，使得學(xué)生接納更多的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)知識(shí).

2.2改革教學(xué)方法

2.2.1采用現(xiàn)代教育技術(shù)手段, 提高課堂教學(xué)效果

近代物理學(xué)課程涉及的領(lǐng)域超出一般人所能接觸到的范圍，傳統(tǒng)的教學(xué)方法已不能滿足現(xiàn)代教學(xué)的需要.要想改變這種單一的教學(xué)模式, 就要從學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)、能力水平出發(fā),采用講授、講座、討論、寫小論文等多種教學(xué)形式和方法.充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展所帶來(lái)的諸多便利條件，采用多媒體輔助教學(xué), 把從各種媒體收集到的圖片、視頻等相關(guān)內(nèi)容較為直觀地展示給學(xué)生;充分利用網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的教學(xué)信息傳遞條件,鼓勵(lì)學(xué)生上網(wǎng)查詢資料，接納新信息[6].比如：在講到暗物質(zhì)相關(guān)內(nèi)容時(shí)，筆者把暗物質(zhì)探測(cè)作為一個(gè)小課題布置給學(xué)生，讓他們查詢目前的研究方法和進(jìn)展.學(xué)生們通過(guò)查詢得知：2015年12月16日，中國(guó)首顆空間科學(xué)衛(wèi)星“悟空”進(jìn)入太空探尋暗物質(zhì)粒子.除此之外，中國(guó)首個(gè)也是目前世界巖石覆蓋最深的實(shí)驗(yàn)室 “中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室”也已于2010年12月12日投入使用.國(guó)際上,大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)也為暗物質(zhì)的產(chǎn)生和研究提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和驗(yàn)證場(chǎng)所.學(xué)生們通過(guò)自己調(diào)研不僅了解了相關(guān)科技的最新發(fā)展，獲取課堂上得不到的知識(shí)，而且認(rèn)識(shí)到今后幾年將是加速器實(shí)驗(yàn)和宇宙學(xué)暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步加速發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)刻，激發(fā)了物理學(xué)習(xí)的興趣.

2.2.2引進(jìn)探究性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)自主分析能力

區(qū)別于“填鴨式”教學(xué)，“探究式”學(xué)習(xí),注重學(xué)生獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng).作為一種精心設(shè)計(jì)的教學(xué)活動(dòng), 探究性教學(xué)要求學(xué)生在學(xué)習(xí)基本知識(shí)的同時(shí),通過(guò)自主探究來(lái)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題,以獲得更多的知識(shí).探究性學(xué)習(xí)注重探究的過(guò)程, 又注重探究的結(jié)果,同時(shí)還提倡學(xué)生之間的合作交流.在近代物理教學(xué)中引進(jìn)探究性學(xué)習(xí)的目的在于： 一方面是讓學(xué)生通過(guò)探究性學(xué)習(xí)有效地掌握科學(xué)知識(shí)和科學(xué)方法,獲得自己感興趣的知識(shí), 看到了客觀物質(zhì)世界的豐富多彩, 領(lǐng)略到了物理學(xué)的博大精深.另一方面是讓學(xué)生成為真正的學(xué)習(xí)主體，在提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題中,發(fā)現(xiàn)自己的學(xué)習(xí)潛能, 體驗(yàn)到自主探究、合作探究的樂(lè)趣, 感受到探究性學(xué)習(xí)的魅力[6].

2.3加強(qiáng)近代物理實(shí)驗(yàn)，提高動(dòng)手能力

實(shí)驗(yàn)教學(xué)有益于培養(yǎng)學(xué)生的洞察能力、動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力.循規(guī)蹈矩難以有新的發(fā)現(xiàn)，無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)促成了科學(xué)發(fā)展史中的諸多偉大創(chuàng)新，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié).但是，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍是我國(guó)高校物理教學(xué)過(guò)程較為薄弱的環(huán)節(jié).究其原因，主要因?yàn)椋?.實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和設(shè)備緊張，近代物理實(shí)驗(yàn)課時(shí)開設(shè)不足或者只開一些設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)易的實(shí)驗(yàn)課；2.實(shí)驗(yàn)思想較為保守，尤其是怕?lián)p壞儀器，這嚴(yán)重束縛了學(xué)生的創(chuàng)新思維，影響了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng).為此我們應(yīng)學(xué)習(xí)科技發(fā)達(dá)國(guó)家一流大學(xué)的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，建立開放性實(shí)驗(yàn)室.從實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)空間、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等多個(gè)方面，全方位、多層次、寬口徑地保障物理實(shí)驗(yàn)課的順利開展，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)思想的創(chuàng)新，多進(jìn)行一些小發(fā)明和小創(chuàng)造，從而改變學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的被動(dòng)地位，真正提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量[7].

2.4加強(qiáng)教師進(jìn)修，科研教學(xué)互相促進(jìn)

現(xiàn)代教學(xué)對(duì)物理教師提出了更高的要求，專業(yè)知識(shí)的掌握、教學(xué)理念的選擇、教學(xué)方法的運(yùn)用等，這些都是教師是否能夠勝任近代物理教學(xué)的重要因素.為此，教師必須從提高自身的多方面綜合素質(zhì)著手，通過(guò)進(jìn)修學(xué)習(xí),不斷更新自己的知識(shí)儲(chǔ)備,優(yōu)化自身的知識(shí)結(jié)構(gòu).關(guān)注學(xué)科發(fā)展中的一些熱點(diǎn)、難點(diǎn)、前沿問(wèn)題,只有這樣, 才能使自己的教學(xué)真正做到與時(shí)俱進(jìn).另外，對(duì)于教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員還應(yīng)努力提高自己的科研水平，增進(jìn)科研與教學(xué)的結(jié)合，使物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)既出成果,又出人才，這一點(diǎn)在高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的表現(xiàn)尤為突出.科研中教師對(duì)學(xué)生的鼓勵(lì)，不僅有利于學(xué)生更好地理解物理概念和規(guī)律,開闊視野, 拓寬知識(shí)面,了解學(xué)科前沿；同時(shí)也有助于培養(yǎng)學(xué)生的科研能力，激發(fā)教師的科研活力[7-8].

2.5加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)探索精神

實(shí)踐環(huán)節(jié)是學(xué)生將夢(mèng)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，是書本理論知識(shí)的輸入轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)成果輸出的一個(gè)必備環(huán)節(jié).為此，在近代物理教學(xué)中，應(yīng)通過(guò)近代物理實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、課題參與等措施,使學(xué)生明白完整的學(xué)習(xí)過(guò)程.對(duì)研究課題的選擇、實(shí)驗(yàn)構(gòu)思的設(shè)計(jì)、理論創(chuàng)想的提出、科學(xué)技術(shù)的發(fā)明等一系列問(wèn)題有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí).鼓勵(lì)學(xué)生全員參與，并給予必要的實(shí)驗(yàn)條件和物質(zhì)保障, 使學(xué)生親身感受發(fā)明創(chuàng)造中的曲折與樂(lè)趣, 從而達(dá)到提高學(xué)生創(chuàng)新能力的目的.此外，在實(shí)踐過(guò)程中加強(qiáng)科研論文的寫作訓(xùn)練, 是培養(yǎng)學(xué)生探索精神的一種有效途徑.為了訓(xùn)練學(xué)生理論結(jié)合實(shí)踐的能力，教師可在專題性的實(shí)踐操作結(jié)束后，指導(dǎo)學(xué)生分階段地將一些實(shí)驗(yàn)報(bào)告用小論文的形式來(lái)完成,等到學(xué)期課程結(jié)束時(shí)，學(xué)生可在若干小論文的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析整理，待編輯好科技論文后, 鼓勵(lì)學(xué)生向外投稿[7].

3近代物理學(xué)實(shí)施創(chuàng)新教育培養(yǎng)的收獲和成果

3.1開闊了學(xué)生的眼界、激發(fā)了物理學(xué)習(xí)的興趣

通過(guò)諸多近代物理、近代技術(shù)的深入講解，學(xué)生不僅開闊了眼界，認(rèn)識(shí)到了物理學(xué)發(fā)展的日新月異，了解到近代物理學(xué)是一門充滿生機(jī)的科學(xué)；同時(shí)還激發(fā)了學(xué)習(xí)物理的興趣, 提高了他們的求知欲望，使他們認(rèn)識(shí)到了物理學(xué)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的基礎(chǔ)地位、領(lǐng)先地位，了解到物理課的學(xué)習(xí)，絕不能僅停留在書面知識(shí)的機(jī)械化掌握，而應(yīng)緊密地聯(lián)系與應(yīng)用到我們?nèi)粘Ｉ钪械姆椒矫婷鎇3,6].

3.2培養(yǎng)創(chuàng)新的自信心、服務(wù)于社會(huì)對(duì)創(chuàng)新人才的需求

鼓勵(lì)學(xué)生加入到老師的物理課題團(tuán)隊(duì)，以培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、探索精神、創(chuàng)造精神和科學(xué)素質(zhì)為立足點(diǎn),在實(shí)踐中啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和物理興趣,同時(shí)由于學(xué)生參加的課題，都是學(xué)生自由自愿選擇的方向，這對(duì)于真正找到自己的物理興趣所在，考上理想的研究生，甚至今后的就業(yè)方向都至關(guān)重要.近年來(lái)，我校物理專業(yè)的畢業(yè)生正是由于有創(chuàng)新能力而受到用人單位的信賴.

由此可見，近代物理課在培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力、推進(jìn)素質(zhì)教育方面具有不可替代的作用.因此我們要積極投身到創(chuàng)新教育的大潮中，不僅要把近代物理課上好，更要為我國(guó)創(chuàng)新教育的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量.

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Study on Methodologies of Innovation Education in Modern Physics

WU Jinghe

(Colledge of Physics and Electronics Engineering, Henan Institute of Education, Zhengzhou 450046, China)

Abstract:Modern physics is an excellent discipline holds accumulative essences of ideas and abilities of innovation and contributed by numerous extraordinary scientists for generations, in which lots of cases are the perfect examples that give proper guidance and cultivation of students’ creative thinking and abilities. Focus on how to appropriately associate typical figures and cases with corresponding knowledge impartation during the process of practical teaching, and therefore purposely develop students’ innovative thoughts and capabilities, making some tentative explorations both theoretically and practically.

Key words:modern physics; creative education; physical research methods

收稿日期：2016-01-08

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(11502071)；河南省科技廳重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(152102210307)

作者簡(jiǎn)介：吳旌賀(1977—)，男，河南商丘人，河南教育學(xué)院物理系副教授，理學(xué)博士，主要研究方向:理論物理.

doi：10.3969/j.issn.1007-0834.2016.02.017

中圖分類號(hào)：G642.0

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007-0834(2016)02-0070-03