大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維探究

王伶俐+馮世全+楊陽+趙承周

摘 要 在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)過程中，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維至關(guān)重要，通過改革課程內(nèi)容設(shè)置、應(yīng)用現(xiàn)代教育手段、開放實(shí)驗(yàn)室等方法，讓學(xué)生成為主動(dòng)的學(xué)習(xí)者，成為科學(xué)問題的探究者，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的綜合能力。

關(guān)鍵詞 物理實(shí)驗(yàn) 學(xué)生 創(chuàng)新思維

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是大學(xué)物理課程教學(xué)的重要組成，也是很多工科學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后所開設(shè)的一門系統(tǒng)的必修實(shí)驗(yàn)課，主要是讓學(xué)生將理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和實(shí)際實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生直觀的科學(xué)認(rèn)知和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)素養(yǎng)。物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，很多物理理論和規(guī)律都是通過實(shí)驗(yàn)的方法得到的，所以物理實(shí)驗(yàn)課程對(duì)學(xué)生理解大學(xué)物理課程的理論知識(shí)也至關(guān)重要。當(dāng)今社會(huì)，科學(xué)技術(shù)日新月異，創(chuàng)新是國家民族進(jìn)步的靈魂，創(chuàng)新思維的培養(yǎng)是大學(xué)教育的重要方面。大學(xué)物理的教學(xué)更應(yīng)該適應(yīng)時(shí)代的需要，不斷改革探索新的教學(xué)方法，切實(shí)做到把創(chuàng)新思想教育貫穿到每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。

在知識(shí)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的今天，各學(xué)科廣泛的深入的交叉融合，因而大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)也已經(jīng)成為了和物理、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、材料等學(xué)科密不可分的綜合性學(xué)科。當(dāng)前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中過于注重相關(guān)理論知識(shí)的講解，老師講的多而學(xué)生思考少，忽視了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)靈活運(yùn)用能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)，不夠重視學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)操作能力的培養(yǎng)。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)該是讓學(xué)生成為主體，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去探究式地解決問題，在解決問題的過程中培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和開放式思維。新形勢(shì)下如何突破傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式，充分利用現(xiàn)代教育手段，充分發(fā)揮青年教師科研素養(yǎng)的優(yōu)勢(shì)，以更好地培養(yǎng)現(xiàn)代社會(huì)具有創(chuàng)新思維的高素質(zhì)人才，是大學(xué)物理教學(xué)改革的重要方面。

1優(yōu)化課程內(nèi)容

現(xiàn)代社會(huì)科技飛速發(fā)展，新知識(shí)新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，把大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)和現(xiàn)代科技發(fā)展結(jié)合起來，不斷更新課程內(nèi)容，才能適應(yīng)新時(shí)代教學(xué)的需要，更好地打開同學(xué)們科學(xué)視野，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課程的內(nèi)容既要有大學(xué)物理的基本理論又要新增新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，做到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程真正地與時(shí)俱進(jìn)，切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和綜合能力。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教材是教學(xué)的重要工具，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要參考書，教材內(nèi)容和編排方式直接關(guān)系到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)質(zhì)量。傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教材過于重視理論的講解，大量的公式推導(dǎo)，讓學(xué)生預(yù)習(xí)起來比較吃力。而實(shí)驗(yàn)設(shè)備的介紹部分，有時(shí)和實(shí)驗(yàn)室的儀器型號(hào)不符，到實(shí)驗(yàn)室后難以很快地熟悉儀器，影響了課堂上的學(xué)習(xí)效率。對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟的講解比較抽象，學(xué)生通過自學(xué)很難獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，還需教師課堂上的演示操作，這樣很難發(fā)揮學(xué)生的探究能力。因而，編排和大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教材，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)潔的介紹，注重對(duì)實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)中問題的講解，讓學(xué)生更快地進(jìn)入到實(shí)驗(yàn)中尤其重要。另外，把與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的最新科技進(jìn)展放到實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)，讓學(xué)生去思考和了解。比如說反?；魻栃?yīng)是我國科學(xué)家的重大發(fā)現(xiàn)，在霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中就可以新增該研究成果，并附上相關(guān)的科技文獻(xiàn)。通過霍爾效應(yīng)和反常霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)歷程，來讓同學(xué)們了解科學(xué)是不斷發(fā)展的，科技的海洋是很遼闊的，也是很神秘的，鼓勵(lì)同學(xué)們?nèi)ヌ剿餍碌闹R(shí)。通過類似這樣的教學(xué)方式，鼓勵(lì)同學(xué)們要有創(chuàng)新思維，勇于創(chuàng)新，具有創(chuàng)新能力是現(xiàn)代大學(xué)生的重要能力素養(yǎng)。

課程增加設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)部分，讓同學(xué)們由被動(dòng)地接受知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)地實(shí)驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)者。在探究實(shí)驗(yàn)方法的過程中，學(xué)生會(huì)認(rèn)真思考，交流討論等解決具體的科學(xué)問題，對(duì)學(xué)生的獨(dú)立思考和團(tuán)隊(duì)合作能力都是很好的鍛煉。學(xué)生通過思考可以更好地理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，加深學(xué)習(xí)的印象，又可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。新增演示實(shí)驗(yàn)和選做實(shí)驗(yàn)，讓大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)與實(shí)際的科技和生產(chǎn)更近距離，讓學(xué)生在課堂上能夠?qū)W到前沿的知識(shí)。

2各院系分階段開設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

目前，全校的工科學(xué)生所開設(shè)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目幾乎都是一樣的，采用循環(huán)上課的模式。然而不同院系學(xué)生的專業(yè)背景不一樣，未來所側(cè)重的方向也不太一樣，針對(duì)不同的院系專業(yè)開設(shè)更匹配的大物實(shí)驗(yàn)很有必要。這樣才能更好地發(fā)揮大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)在專業(yè)人才培養(yǎng)中的作用，才能更好地為學(xué)生的全面發(fā)展做出貢獻(xiàn)。比如：對(duì)建筑工程學(xué)院的學(xué)生就多開設(shè)力學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)，以讓學(xué)生對(duì)力學(xué)具有更直觀的認(rèn)識(shí)；對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生可以增加智能化的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；對(duì)材料化學(xué)學(xué)院的學(xué)生可以適當(dāng)增加材料的電學(xué)、光學(xué)、傳感器等方面的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以讓學(xué)生能更好地理解材料的特性；對(duì)物理學(xué)院的同學(xué)則要側(cè)重重要的物理理論實(shí)驗(yàn)開設(shè)，如：光電效應(yīng)、霍爾效應(yīng)等，讓物理專業(yè)學(xué)生對(duì)光的波粒二象性、和霍爾效應(yīng)等物理規(guī)律有更深刻的理解和認(rèn)識(shí)。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)一般是大學(xué)一、二年級(jí)開設(shè)的課程是同學(xué)們進(jìn)入大學(xué)階段首先接觸到的實(shí)驗(yàn)課程，因而合理地分階段教學(xué)，讓學(xué)生能夠循序漸進(jìn)地提高動(dòng)手能力和探究問題的能力對(duì)學(xué)生的全面素質(zhì)的培養(yǎng)很重要。大一階段開設(shè)基礎(chǔ)的力、熱、光、電方面的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓同學(xué)們對(duì)基本的物理現(xiàn)象有基本的認(rèn)識(shí)，也培養(yǎng)他們進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的良好習(xí)慣和解決實(shí)驗(yàn)中問題的能力。在大二階段可以根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)開設(shè)相應(yīng)的綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，讓同學(xué)們開闊科學(xué)視野和學(xué)習(xí)思路，很好地培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。

3以學(xué)生為主體的探究式教學(xué)

眾所周知，學(xué)生是教學(xué)的中心，我們不僅要讓學(xué)生學(xué)會(huì)，而且還要讓同學(xué)們會(huì)學(xué)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)獲得解決問題的能力。當(dāng)前大學(xué)物理教學(xué)主要還是老師講解理論，學(xué)生單方面地接受所學(xué)內(nèi)容，學(xué)生沒有思考的空間。還有老師多數(shù)要演示實(shí)驗(yàn)操作過程，學(xué)生就按部就班地模仿老師的步驟測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄表格數(shù)據(jù)處理和誤差分析的方法都是按老師要求的步驟完成。這樣造成的結(jié)果是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)步驟方面都沒有自己的想法，為完成任務(wù)而做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告千篇一律，沒有學(xué)生自己的理解思考和創(chuàng)造，整個(gè)教學(xué)過程很難起到學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)的教育目的。所以大學(xué)物理的教學(xué)要從老師講解和演示，轉(zhuǎn)變?yōu)槔蠋熞龑?dǎo)，學(xué)生思考探究的教學(xué)模式，讓學(xué)生思考問題和解決問題貫穿到整個(gè)教學(xué)過程。

在實(shí)驗(yàn)原理和測(cè)試方法的理解方面，引導(dǎo)著學(xué)生思考，會(huì)讓同學(xué)們對(duì)實(shí)驗(yàn)感興趣，又理解深刻。比如：講解分光計(jì)的調(diào)節(jié)和使用實(shí)驗(yàn)中的偏心誤差時(shí)？先讓學(xué)生理解不考慮偏心誤差的情況，之后發(fā)問讓同學(xué)們思考這樣的測(cè)試誤差來源會(huì)有哪些？有些同學(xué)會(huì)提到偏心誤差的存在。那么就緊接著讓學(xué)生自己想辦法減小偏心誤差的辦法？學(xué)生開動(dòng)腦筋加上預(yù)習(xí)的過程，就會(huì)真正深刻地理解實(shí)驗(yàn)雙刻度設(shè)計(jì)的重要作用，接著讓同學(xué)們?cè)囍x數(shù)。試著判斷所讀數(shù)據(jù)和實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的角度大致相符嗎？這樣慢慢地引導(dǎo)學(xué)生思考，層層遞進(jìn)就會(huì)讓同學(xué)們自己開動(dòng)腦筋理解偏心誤差和儀器的讀數(shù)方法。這樣的教學(xué)事半功倍，既能激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，還會(huì)讓同學(xué)們感觸到科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)，從而讓同學(xué)們養(yǎng)成從嚴(yán)治學(xué)的好習(xí)慣。再如邁克爾遜干涉儀的實(shí)驗(yàn)，可以開始就先讓同學(xué)們大致了解實(shí)驗(yàn)所用激光波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)是納米量級(jí)的，而我們所用的儀器是普通的機(jī)械儀器，那么怎么巧妙的設(shè)計(jì)來測(cè)波長(zhǎng)呢？讓同學(xué)們對(duì)邁克爾遜干涉儀的設(shè)計(jì)由心地感覺到好奇，為邁克爾遜科學(xué)家心生敬佩，在點(diǎn)滴的教學(xué)中就可以培養(yǎng)學(xué)生的對(duì)科學(xué)的熱愛和敬仰。之后再帶領(lǐng)同學(xué)們理解邁克爾遜干涉現(xiàn)象和儀器的設(shè)計(jì)巧妙，在測(cè)試的過程中同學(xué)們做到知其然必知其所以然。這樣讓同學(xué)們通過思考感悟到的知識(shí)理論，會(huì)讓他們感受到科學(xué)的奇妙和對(duì)未知世界探究的興趣。

在實(shí)驗(yàn)過程中要讓同學(xué)們自己去探索測(cè)試的方法，這樣同學(xué)們就會(huì)探究實(shí)驗(yàn)的原理和怎樣借用儀器得到所需測(cè)量的物理量。老師僅僅是解決實(shí)驗(yàn)中遇到的儀器的故障問題，老師們成為幫助者的身份，而不再是灌輸知識(shí)的角色。在經(jīng)過自己思考以及和同學(xué)們一起討論之后，同學(xué)們最后完成了實(shí)驗(yàn)的過程會(huì)讓同學(xué)們很有成就感，對(duì)實(shí)驗(yàn)會(huì)有自己的觀點(diǎn)和分析。另外，還很好地培養(yǎng)了同學(xué)們的獨(dú)立思考和團(tuán)隊(duì)合作的精神，而這些素養(yǎng)都是當(dāng)今社會(huì)的人才必備的品質(zhì)，對(duì)學(xué)生未來在社會(huì)上成為國家棟梁至關(guān)重要。

4運(yùn)用微課、翻轉(zhuǎn)課堂等現(xiàn)代教育方式促進(jìn)教學(xué)模式變革

在數(shù)字時(shí)代，隨著互聯(lián)網(wǎng)對(duì)當(dāng)今社會(huì)的全面沖擊，新的教育理念教育方法技術(shù)也都在不斷地涌現(xiàn)，微課、翻轉(zhuǎn)課堂、慕課、e-learning等現(xiàn)代教育技術(shù)改變著整個(gè)傳統(tǒng)教學(xué)模式。大學(xué)物理課程的教學(xué)也要跟上時(shí)代，結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)新理念來推進(jìn)更有效的教學(xué)方法。在預(yù)習(xí)階段，可以把實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)儀器的介紹作為若干個(gè)微課，借助于學(xué)校的e-learning平臺(tái)，讓學(xué)生預(yù)習(xí)了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)儀器，這樣要比單純的預(yù)習(xí)教材要直觀很多，當(dāng)然預(yù)習(xí)效果也會(huì)大大提高。另外，借助于e-learning平臺(tái)，讓同學(xué)們?cè)诰W(wǎng)上完成預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，可以完成課前測(cè)試又可以和老師及時(shí)溝通討論實(shí)驗(yàn)的相關(guān)問題。這樣就把傳統(tǒng)的課堂師生交流，擴(kuò)展到了隨時(shí)隨地，打破了傳統(tǒng)課堂的時(shí)間和空間的限值。完成有效的預(yù)習(xí)后，當(dāng)同學(xué)們來到實(shí)驗(yàn)室就可以更快地進(jìn)入實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，從而采用翻轉(zhuǎn)課堂的全新教學(xué)方法來更有效地完成大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告的上交也在網(wǎng)上完成，老師可以及時(shí)向?qū)W生反饋實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的一些問題，有利于學(xué)生在以后實(shí)驗(yàn)中更正，學(xué)生也可以根據(jù)自己實(shí)驗(yàn)過程中的思考感受向老師提意見，不斷實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)。這樣通過微課、翻轉(zhuǎn)課堂、慕課、e-learning等現(xiàn)代教育技術(shù)和大學(xué)物理教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)有效合理地結(jié)合起來，將會(huì)顯著提高大學(xué)物理的教學(xué)質(zhì)量。

5開放實(shí)驗(yàn)室鼓勵(lì)創(chuàng)新

為了向?qū)W生提供更好的創(chuàng)新平臺(tái)，也為了讓大學(xué)物理的實(shí)驗(yàn)室提高利用率，開放實(shí)驗(yàn)室已是很好的教學(xué)方式的創(chuàng)新推進(jìn)。實(shí)驗(yàn)室向同學(xué)們開放可以預(yù)約到同學(xué)們感興趣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，就要增加硬件設(shè)施，增加一批和現(xiàn)代科技相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。讓實(shí)驗(yàn)室成為同學(xué)們放飛創(chuàng)新思想的試驗(yàn)田，讓有想法、有興趣、有能力的優(yōu)秀學(xué)生，有機(jī)會(huì)有平臺(tái)實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)新設(shè)想。還可以開設(shè)課題小組，由指導(dǎo)老師輔導(dǎo)引領(lǐng)同學(xué)們自己設(shè)計(jì)一些創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和成果，同時(shí)參加當(dāng)代大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)大賽，開闊同學(xué)們的眼界，鼓勵(lì)同學(xué)們敢于創(chuàng)新。

6結(jié)語

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是理工科學(xué)生的重要實(shí)驗(yàn)課程，更是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新思想的重要環(huán)節(jié)。通過該課程養(yǎng)成認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)、勇于創(chuàng)新的好習(xí)慣，對(duì)學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。所以針對(duì)當(dāng)前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)還存在一些問題，改革教學(xué)方法，突出創(chuàng)新能力的培養(yǎng)勢(shì)在必行。以能力培養(yǎng)為向?qū)?，在教材的更新、教學(xué)方法與時(shí)俱進(jìn)、開放實(shí)驗(yàn)室等方面進(jìn)行改革，增強(qiáng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)課程的作用，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。通過教學(xué)改革，讓大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程真正成為學(xué)生放飛創(chuàng)新思想的藍(lán)天。

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