基于興趣驅動和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的 實驗教學改革

王清亮 任恒峰　

[摘 要] 對于近代物理實驗教學中學生學習興趣缺失、難以培養(yǎng)學生創(chuàng)新性思維能力的現(xiàn)實局面，深入研究借助研討式教學法激發(fā)學生學習主動性、培養(yǎng)學生創(chuàng)新性的具體措施。在近代物理實驗教學中，研討式教學模式的具體操作為“查閱資料—小組討論—設計實驗—專題研討”四級研討模式，通過“查閱資料—小組討論”著力激發(fā)學生的學習興趣，通過“設計實驗—專題研討”在學生自主學習的基礎上，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性思維。

[關鍵詞] 創(chuàng)新能力培養(yǎng);研討式教學法;教學改革

[中圖分類號]G642? ?[文獻標志碼] A [文章編號] 1008-2549（2020） 07-0087-03

作為物理學本科專業(yè)難度較大、綜合性較強的實驗課程，近代物理實驗在整個物理學本科專業(yè)課程體系中占據了至關重要的地位，一方面該課程的大部分實驗可以充分反映學生本科階段對物理專業(yè)實驗掌握的綜合水平，另一方面該課程對于物理學實驗的研究體系起到了承上啟下的作用，因而近代物理實驗的教學成效不僅對于是否能夠成功培養(yǎng)合格本科物理人才具有非常重要的作用，而且直接或間接地決定了有志于從事物理研究的同學能否培養(yǎng)出強烈的創(chuàng)新理念和創(chuàng)新意識。近代物理實驗的原理大都晦澀難懂，如若采用傳統(tǒng)的教學手段往往會使得學生感到望而生畏，繼而學習該門課程的積極性逐漸消退;又由于現(xiàn)代化的集成技術使得近代物理實驗儀器集成化程度很高，這就導致學生即便是理解了物理原理的基礎上操作實驗，也往往是耗費了大量時間而難以使得理論與具體的實驗結果進行吻合性理解，也就更談不上創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)了。鑒于此種背景，研究近代物理實驗課程的新型教學方式，從而在整個教與學的過程中培養(yǎng)本科學生的學習積極性和創(chuàng)新性思維，是近代物理實驗教學改革的一個重要研究方向。

一 近代物理實驗傳統(tǒng)教學模式的局限性

（一）近代物理實驗傳統(tǒng)教學模式已經僵化

很長的時期內，忻州師范學院、山西省乃至全國多數(shù)地方師范院校物理系近代物理實驗大都是采用的傳統(tǒng)填鴨式教學模式，這種方式可以稱為是“五個固定”的模式，即：在固定的時間內上實驗課，老師講授固定的實驗內容，采用固定的實驗儀器，學生進行固定的實驗操作，老師采用固定的考核方法。這種傳統(tǒng)的教學模式下，雖然老師可以保質保量地完成教學大綱所固定的基本教學任務、學生們可以質高量優(yōu)地完成基本學習內容;但與此同時其缺陷也是非常明顯：多年來所形成的這種教學模式無法滿足現(xiàn)代高校教學改革的整體要求，僵死的教學時間、陳舊的教學方法、落后的教學手段、難以與當前前沿熱點相結合的教學內容，難以科學反映學生真實水平的考核方式等都已僵化，難以迎合當代大學生的學習需求，已經成為有效提高近代物理實驗課程教學成效的阻礙，亟須進行必要的改革。

（二）學生學習近代物理實驗課程的興趣逐漸喪失

作為物理系物理學專業(yè)開設于高年級段的專業(yè)必修實驗類課程，近代物理實驗以本科階段難度較大的原子物理學和量子力學為理論基礎，具體的實驗往往綜合性、設計性強，同時實驗儀器集成程度較高，從而導致學生難以從實驗中直接體會相關理論如何得以實現(xiàn)。近代物理實驗課程自身的這些性質本身就決定了學生們在學習和動手操作的過程中難以調動起強烈的主動積極性和濃厚的學習興趣，而傳統(tǒng)的已經僵化的教學模式則又落后時代、沉悶乏味，學生只是被動地接受知識、按照教師的要求在固定的時間使用固定的儀器進行固定的實驗，而在教和學的過程中主動參與的比重較小，進而無法在近代物理實驗整個教學過程中最大化地發(fā)揮學生的主體地位作用，使其逐漸地喪失學習近代物理實驗的興趣，久而久之使得當前的教學成效難以令人滿意。

（三）近代物理實驗教學難以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性思維

2014年9月李克強總理首次提出“雙創(chuàng)”理念，自此“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”掀起了中國發(fā)展的新浪潮。作為一門綜合設計性較強的實驗課程，近代物理實驗的教學課堂本該是培養(yǎng)學生創(chuàng)新性思維的絕佳陣地，學生在學習好物理基礎知識、提高動手能力的同時，應該充分利用發(fā)散思維、融合學科前沿熱點培養(yǎng)出自身較好的二次再創(chuàng)造的創(chuàng)新性思維，但在傳統(tǒng)“五個固定”的教學模式中，由于學生學習興趣的缺乏，學習該門課程僅僅是為了學而學，甚至部分同學僅僅是為了獲取學分而學，這種教學模式所導致的學生的被動學習使得學生無法在常規(guī)的課堂教學過程中充分發(fā)揮自身的創(chuàng)造力，主動性地提出有較高質量的學術問題，最終導致在這種綜合程度較高的實驗教學中難以培養(yǎng)出學生獨具創(chuàng)造性的創(chuàng)新性思維。

綜上所述，要打破近代物理實驗課程業(yè)已僵化的教學模式，激發(fā)學生學習綜合性強的近代物理實驗的興趣和主動性，并在此基礎上進一步培養(yǎng)較好的創(chuàng)新性思維，提高教學成效，必須采取先進的教學理念，改革陳舊的傳統(tǒng)教學模式。結合前期教學研究成果，我們將在近代物理實驗教學中采用研討式教學模式，并在具體實踐的基礎上進行理論升華，逐步提高近代物理實驗的教學成效。

二 培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維的新型教學模式

（一）近代物理實驗的研討式教學模式

根據近代物理實驗自身的原理難度大、操作綜合性強以及儀器集成程度高等特點，結合傳統(tǒng)的教學過程中難以培養(yǎng)學生創(chuàng)新理念的具體事實，這里我們主要研究在近代物理實驗課上如何徹底打破常規(guī)的“五個固定”的傳統(tǒng)教學模式，運用如框架圖1所示的研討式教學法，在調動起學生學習主動積極性和提高學生實驗操作動手能力的同時，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性思維，進而增強學生學習近代物理實驗的整體學習效果，使實驗課的教學有一個質的提高。

具體來講，主要有以下幾個方面：第一，采取全開放式的教學方式打破固定教學的時間，使學生隨時根據需要進行實驗。第二，以帶著問題進行分組討論的方式變革老師講授固定實驗內容的授課方式，讓學生在掌握基本實驗原理的基礎上，接觸并熟悉近代物理實驗相關前沿熱點動態(tài)，以靈活的討論方式激發(fā)學生主動參與學習的學習興趣。第三，培養(yǎng)學生儀器是進行物理實驗的載體、儀器可以根據需要進行正確拼裝的大膽科學理念，從而取代一個實驗一套固定儀器的陳舊思想，鼓勵并要求學生根據小組討論所掌握的實驗原理及相關的前沿理論，依托現(xiàn)有實驗條件設計實驗具體方案。要求學生在設計實驗方案的過程中保持基本科學原則的前提下進行大膽的想象，養(yǎng)成獨立思考和設計的基本科學素養(yǎng)，以發(fā)散性的思維模式進行實驗具體處理，理論聯(lián)系實際，進而培養(yǎng)出較好的科學創(chuàng)新能力。第四，要求學生以小組為單位、以專題研討的形式根據自己的理想設計進行必要的實驗操作。在研討的過程中，學生根據近代物理實驗室現(xiàn)有儀器的特點，分析討論哪些設計可行，做出具體實驗;哪些設計不可行，給出具體分析原因，能否進行改進，如果改進的話是對設計方案進行改進還是對儀器進行改良，如何改進和改良。在此過程中培養(yǎng)學生的初步分析研判能力，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題的能力，從而逐步提高學生對所培養(yǎng)的創(chuàng)新性思維有一個正確認識的理念。

（二）研討式教學法的具體實施

如前所述，近代物理實驗課程研討式教學法實施的前提是在時間上打破以往在固定時間進行教學的授課方式，采用全開放式的、以學生需求為主的靈活教學模式，同學根據自己的學習進度隨時聯(lián)系老師適時進行實驗。這樣，同學們完全可以根據自己的進度、根據自己的需要來采取合適的時間來進行具體的實驗操作，而由于實驗時間的靈活性，同學們的實驗操作的跨度也更加具有靈活性。在授課方式上，則徹底改變傳統(tǒng)的填鴨式教學模式，無論是實驗原理的教學還是實驗操作的講授上，都采取全新的研討式教學法，在整個過程中強調學生的自主參與，在激發(fā)學生興趣的同時培養(yǎng)學生的科學創(chuàng)新性思維。

研討式教學法在近代物理實驗教學過程中的具體實施方案包含以下幾個部分：

第一，在實驗原理的授課中，教師不對實驗原理進行系統(tǒng)講授，而是在進行每一個實驗之前大概兩周左右的時間內，通過班級學習委員向學生下發(fā)幾個問題。在這些問題中不僅要包含體現(xiàn)學生對基本內容掌握程度的基礎性原理問題，而且還要包含培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維的創(chuàng)造性問題。

第二，讓同學們帶著這些問題，利用一周的時間閱讀教材，但閱讀的范圍不止于教材，要求同學們利用圖書館、網絡等各種資源進行調研。在自學閱讀一周的時間之后，教師組織同學們利用課余時間分組討論，將班級同學分成三組自行進行討論。實驗本身就是一個講究團體合作和協(xié)作的過程，所以同學們之間的這種對理論和實驗設想進行的深刻討論具有非常重要的意義。通過一周左右的討論探究，不僅解決上述基礎性原理問題，而且根據創(chuàng)造性問題引導并要求每組同學解放思想、發(fā)散思維，設計出不低于3種有價值的理想實驗方案，這些方案也許在最后的真正操作中限于實驗室的具體條件未必真正能夠實現(xiàn)，但理論上必須是講的通的。對于較難的無法通過討論解決的問題，力求在老師最后組織的全班性大討論中得以解決。在這種鼓勵學生自行討論原理和設計實驗方案的教學模式中，教師由“講授”的角色轉變?yōu)椤爸笇А?，學生由被動“學習”的角色轉變?yōu)橹鲃拥摹皡⑴c”，從而使得學生在整個教學過程中參與度高，逐步可以激發(fā)學生的學習興趣。

第三，小組自行討論結束后，組織每班進行班級的專題討論，一方面解決小組內未能解決的問題，另一方面，幫助同學們梳理整個理論和設計思路，尤為重要的是研究討論小組討論中所提出的實驗設想的可行性，并且利用討論結束后的時間，帶領同學們簡單熟悉實驗儀器及其各部件，給同學們講解實驗儀器各部件的物理特點，讓同學們了解到實驗儀器與自己所設想方案的異同在哪里、實驗儀器的局限性在哪里。

第四，通過“個人自學—小組討論—設計實驗—班級討論”模式熟悉實驗理論后，根據學生個人學習、設計進度和老師及實驗室時間，分批次讓學生進入實驗室熟悉實驗儀器，在熟悉的過程中要求學生進行試行實驗和專題研討。此過程中，一方面要求學生根據自己所學理論和設計，參考儀器具體情況進行試行實驗，一方面要求同學們在具體操作驗證自己設計的同時，充分與組內乃至組外同學進行實驗可行性的專題研討，并與大綱規(guī)定的方案對照，找出異同，研究難以實現(xiàn)方案的具體改進措施。學生在自行設計實驗方案并進行驗證改進的過程中，逐步出了培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的創(chuàng)新性思維，并進一步培養(yǎng)了學生分析討論自己創(chuàng)新思維科學合理性的研判能力，這也是興趣驅動下培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的關鍵步驟。

第五，特別需要指出的是，同學們所設計的實驗方案理論上可能是可行的，但由于實驗條件的限制，我們實驗室并不能真正實現(xiàn)。鑒于此，要求同學們在理論上對實驗儀器進行改造，并畫出改造的原理路線圖，通過討論論證儀器改造方案的可行性和自己所設計的實驗方案的可行性。進一步給同學們留下思考問題：本實驗如何與前沿研究相關領域結合，并進行可行性分析，此外思考實驗可能的現(xiàn)實應用，最終這些均以小論文的形式提交。

第六，實驗完畢后，要求學生對整個實驗進行反思思考，要求同學們回顧整個實驗歷程，從原理的學習和討論到設計方案的提出與實驗，從重復教材上的實驗到在此基礎上進行的拓展性研究。讓同學們在上面所寫的小論文的最后寫上自己對整個實驗改革的反饋信息，內容主要包括與傳統(tǒng)實驗教學相比，這種“研討式”教學方式的優(yōu)點與不足，這種教學方式有哪些仍需改進的地方，該如何進行改進，這種教學方式該如何向其他實驗進行推廣。

（三）研討式教學法的預期成效

在近代物理實驗課堂教學中采用旨在激發(fā)學生學習興趣、培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維能力的研討式教學法預期將會產生非常好的教學成效：

第一，學生學習近代物理實驗的興趣和主動積極性將會大大提高。與傳統(tǒng)的教師系統(tǒng)講授、學生被動聽講的教學模式不同，研討式教學法使得學生一方面深入挖掘教材、查閱資料，在與同學老師的討論中解決難點，另一方面使學生首先通過自學教材中所涉及的基本理論的應用部分，之后在具體實驗中領會并掌握這部分知識，從而使教學效果較之傳統(tǒng)上課模式顯著改善。把學生從整個教學過程中由被動接受知識的客體變成主動學習、主動參與的主體，進而可以充分調動起學生的學習積極性和學習興趣。

第二，學生的創(chuàng)新能力將會得到明顯的提高。在研討式教學法的實施過程中，學生掌握了實驗的基本原理之后，帶著興趣參與教學的同時，自行設計自認為可以實現(xiàn)的多種實驗方案，并將這些方案進行完善，之后去實驗室熟悉實驗儀器及其各個部件，并針對實驗條件對實驗方案進行對比，在教師的指導下，對實驗方案進行修訂，直至找出至少一套可以操作的方案來，對于無法在實驗室實現(xiàn)的方案，將其設計修訂成理想上可以操作的形式。這樣充分挖掘了學生的設計能力和創(chuàng)新性思維，并在具體實驗操作的過程中對自己的設計和創(chuàng)新進行較好的研判，進而逐步培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，學生在此基礎上可以進行較高質量的創(chuàng)新性實驗探究，撰寫較高質量的創(chuàng)新性實驗論文。通過這種自行設計實驗的方式，預期可以較好地在興趣的驅動下培養(yǎng)學生較強的自主創(chuàng)新能力。

在當前“雙創(chuàng)”大背景下，激發(fā)學生自主學習的興趣和培養(yǎng)大學生創(chuàng)新能力是當代大學教育的關鍵任務之一。本文首先研究了當前傳統(tǒng)的近代物理實驗的教學局限性，并針對性地引入了研討式教學模式，詳細研究了在近代物理實驗課程的教學過程中如何具體實施研討式教學法，討論了采用此種方法進行教學的積極成效。

參考文獻：

[1]鄔鴻彥，朱明剛.近代物理實驗[M].北京： 科學出版社， 1998.

[2]張?zhí)?，董有?近代物理實驗[M].北京： 科學出版社， 2004.

[3]劉海霞.近代物理實驗教學改革的研究與實踐[J].中國海洋大學學報，2010 （4）.

[4]張樹霞.大學物理實驗教學中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性思維的研究[D].山東師范大學，2011.

[5]李金星，張道華.近代物理實驗教學現(xiàn)狀的思考[J].湖北師范學院學報（自然科學版），2012（1）.

[6]王清亮，任恒峰，王麗敏.物理專業(yè)“理論物理課程”教學現(xiàn)狀的調查與研究[J].甘肅聯(lián)合大學學報，2013（2）.

（責任編輯： 王義祥）