大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

楊江萍

（北京郵電大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心，北京 100876）

1 引言

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是以大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課為載體，從教和學(xué)的規(guī)律出發(fā)，發(fā)生在教師、學(xué)生和教學(xué)媒體之間的認(rèn)知活動(dòng)。其目的是讓學(xué)生受到嚴(yán)格的、系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，掌握進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)、方法和技巧而且培養(yǎng)學(xué)生敏銳的觀察力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S能力，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生與動(dòng)手相適應(yīng)的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神。高校作為人才培養(yǎng)的中心，然而高校從事創(chuàng)新教育要以一定的課程為載體。對(duì)于高等工科院校，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)幾乎覆蓋了所有專業(yè)，常常是工科大學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后首先接觸到的實(shí)踐課，也是他們進(jìn)行科學(xué)探究活動(dòng)的第一陣地，因此，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)具有良好的創(chuàng)新教育功能，對(duì)于培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力有著特殊的作用。

2 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容開發(fā)的原則

開放性原則，是指大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)該適合其教學(xué)模式的開放性的環(huán)境。因此，在研究方向上，要留給學(xué)生從多角度發(fā)揮的空間在儀器的制作上，要涉及較廣的知識(shí)面或提供較多的選擇在研究結(jié)果上，要有利于產(chǎn)生兩個(gè)以上的不同結(jié)論在教學(xué)上有利于多種教學(xué)方法和教學(xué)手段的實(shí)施，有利于學(xué)生交流、合作、探討。

可研究性原則，是指大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容隱含的物理規(guī)律需要經(jīng)過一系列探究才能發(fā)現(xiàn)。這里說的一系列探究主要包括問題的產(chǎn)生、創(chuàng)新思維的醞釀與激發(fā)、創(chuàng)新實(shí)踐的艱苦摸索以及不斷的反思與評(píng)價(jià)，最終形成對(duì)物理規(guī)律的創(chuàng)造性認(rèn)識(shí)。

創(chuàng)新性原則，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在開發(fā)和研制上，要留給學(xué)生自由發(fā)揮創(chuàng)新能力的余地，使得學(xué)生有所新發(fā)現(xiàn)、有所新運(yùn)用。

教師主導(dǎo)原則，是指以教師為主體開發(fā)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。高校中，教師不僅是教學(xué)人員，而且還是科研人員。教師積極地把相關(guān)科研成果轉(zhuǎn)化為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容或?qū)ｉT從事于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的開發(fā)，并應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

3 培養(yǎng)大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力具體方法

尋找大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的途徑，必須以建構(gòu)主義教學(xué)理論、非線性自組織理論和后現(xiàn)代主義教育教學(xué)觀為指導(dǎo)，這些途徑之所能夠培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力是由大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)在的創(chuàng)新教育功能決定的。

3.1 加強(qiáng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的趣味性建設(shè)

加強(qiáng)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生的好奇心。演示實(shí)驗(yàn)要突出趣味性，必須注意光、聲、色彩的合理融合，從視覺和聽覺方面刺激學(xué)生的感官注意新穎性與研究型相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的求知欲。例如，在做音叉振動(dòng)實(shí)驗(yàn)前，先觀察演示實(shí)驗(yàn)一一噴水魚洗現(xiàn)象，必將大大激發(fā)他們的求知欲和好奇心。當(dāng)學(xué)生看到魚洗的水波、水花的濺起，聽到銅盆的嗡嗡聲，就會(huì)對(duì)受迫振動(dòng)和共振原理有直觀的感受，從而思考其中的道理。如果每次大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)前，都用相關(guān)的演示實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的興趣的話，必將大大減少物理實(shí)驗(yàn)的枯燥感，增強(qiáng)學(xué)生探索研究的熱情。

演示過程中要提高學(xué)生的參與意識(shí)和主觀能動(dòng)性。讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，提高學(xué)生的參與意識(shí)和主觀能動(dòng)性，最大程度地調(diào)動(dòng)他們的積極性，增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

組織學(xué)生參觀高科技設(shè)施，使學(xué)生了解高科技發(fā)展的前沿。高科技設(shè)施要么龐大，要么精巧，本身就有很大的吸引力，更重要的是高科技與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)有關(guān)內(nèi)容有聯(lián)系。例如，參觀激光技術(shù)研究所設(shè)施，會(huì)使學(xué)生聯(lián)想到聲光效應(yīng)，利用聲光效應(yīng)制成的調(diào)制器和偏轉(zhuǎn)器可以快速而有效地控制激光束的頻率、強(qiáng)度和方向，從而擴(kuò)展激光的應(yīng)用范圍。

引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中所學(xué)知識(shí)解決一些生活中所見的實(shí)際問題。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的基本原理、方法、儀器應(yīng)用于實(shí)際，使學(xué)生在解決問題的成就感中體味到學(xué)習(xí)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的興趣。例如，學(xué)習(xí)了聲速的測定、超聲探傷等試驗(yàn)后，教師可以提出這樣的問題在我們生活中所見倒車時(shí)是通過什么來測量車距的？有的學(xué)生經(jīng)過精心研究利用所學(xué)的超聲波及LabVIEW軟件的知識(shí)，設(shè)計(jì)了利用超聲波進(jìn)行非接觸測量距離的方法，系統(tǒng)框圖如下圖所示，獲得了大家的好評(píng)。

3.2 組織學(xué)生進(jìn)行課外創(chuàng)新活動(dòng)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是其實(shí)踐性，這就決定了物理實(shí)驗(yàn)所學(xué)課堂知識(shí)可以延伸至課外，在課外活動(dòng)中，教師有計(jì)劃有目的地引導(dǎo)學(xué)生組織一些創(chuàng)新活動(dòng)，既充實(shí)了學(xué)生的課余生活，又豐富了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐，使學(xué)生所學(xué)有所用，創(chuàng)新思維和動(dòng)手應(yīng)用能力能夠得到較好的發(fā)展。

組織科技活動(dòng)小組。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是一門綜合性學(xué)科，覆蓋面廣，對(duì)幾乎各個(gè)專業(yè)都具有吸引力。各個(gè)專業(yè)特點(diǎn)不同，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的側(cè)重點(diǎn)也不同，把大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)與各個(gè)專業(yè)特點(diǎn)相結(jié)合，組織學(xué)生進(jìn)行一些科技活動(dòng)，將會(huì)更好地培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。

開展課外科技交流活動(dòng)。由于不同的學(xué)生存在差異性，學(xué)生們通過實(shí)驗(yàn)研究往往會(huì)得出不同的結(jié)論，探索研究的過程不同往往所得體會(huì)也不同。因此組織學(xué)生開展科技交流，各自發(fā)表自己的不同看法，有利于拓展學(xué)生的思路，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力和批判思維能力。例如，通過對(duì)光的調(diào)制的研究，有聲光調(diào)制、電光調(diào)制、磁光調(diào)制，不同的研究方向會(huì)得出不同的結(jié)論，讓大家一起說出來講評(píng)會(huì)很有裨益。

組織學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)競賽。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的目的是培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新思維能力，因此我們只給出幾個(gè)實(shí)驗(yàn)題目和要求，學(xué)生可以自己組織競賽小組，選擇感興趣的題目，然后自行確定實(shí)驗(yàn)方法，寫出可行性報(bào)告，經(jīng)教師審核后，選擇儀器，并在實(shí)驗(yàn)過程中不斷克服困難，探索和解決實(shí)際問題。

3.3 加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)

現(xiàn)在很多的高校實(shí)驗(yàn)室都開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，大致主要有以下幾個(gè)模塊功能組成。

①學(xué)生模塊，由“預(yù)習(xí)”、“答疑”、“選課”、“預(yù)約”、“實(shí)驗(yàn)報(bào)告下載”、“成績查詢”等子模塊組成。主要功能是使學(xué)生通過多種網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)手段進(jìn)行預(yù)習(xí)，并自主選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和上課時(shí)間。

②教師模塊，由“成績登記”、“查詢”、“答疑”、“批改”等子模塊組成。教師對(duì)學(xué)生的成績和考勤進(jìn)行登記，完成基本的教學(xué)管理。查詢功能可以保證教師及時(shí)掌握當(dāng)前的教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，為下一步的教學(xué)提供參考信息。教師通過答疑子模塊對(duì)學(xué)生提出的問題進(jìn)行回答，通過批改子模塊對(duì)學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行批改。

③面向系統(tǒng)管理員的系統(tǒng)管理模塊。該模塊實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)、題庫內(nèi)容的更新、學(xué)生成績的管理、教師的管理、儀器設(shè)備管理以及日常教學(xué)活動(dòng)的管理等功能，是系統(tǒng)的重要組成部分。以上這些模塊構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的基本功能，除此之外，筆者認(rèn)為還應(yīng)該突出以下幾點(diǎn)。

(1)重視物理實(shí)驗(yàn)史的介紹。物理實(shí)驗(yàn)史中蘊(yùn)含著深刻的科學(xué)思維方法和創(chuàng)新方法。例如介紹邁克爾遜一莫雷實(shí)驗(yàn)測定光速的方法能夠使學(xué)生領(lǐng)會(huì)到邏輯思維的嚴(yán)密性;介紹伽利略通過想象研究物體不受外力作用物體的運(yùn)動(dòng)，從中領(lǐng)略想象思維的妙用。

(2)設(shè)計(jì)有趣的動(dòng)畫吸引學(xué)生的注意力。Flash MX內(nèi)置了一種全新的面向?qū)ο竽_本語言ActionScript，它的許多功能和語法規(guī)范有些類似于JavaScript，它不僅具有完整的數(shù)據(jù)類型和豐富的函數(shù)，而且可以自己定義函數(shù)和變量，這使Flash不再只是一種簡單的繪圖和動(dòng)畫制作工具，而幾乎可以隨心所欲地實(shí)現(xiàn)諸如VB和Delphi等面向?qū)ο蟮目梢暬幊?，從而用它制作的SWF動(dòng)畫將是功能強(qiáng)大的交互式矢量圖。

(3)為學(xué)生提供創(chuàng)新平臺(tái)。利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的優(yōu)勢，在網(wǎng)頁上提供一個(gè)模塊推出諸如奇思妙想、推薦好辦法、實(shí)驗(yàn)論壇等內(nèi)容，有利于學(xué)生交流創(chuàng)新見解。奇思妙想包括在實(shí)驗(yàn)過程中的精巧設(shè)計(jì)、想出來的但是沒有被驗(yàn)證的想法等等。推薦好辦法可以是某個(gè)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的難題發(fā)布到網(wǎng)上，希望有經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生提供解決辦法。論壇可以讓學(xué)生發(fā)布一些希望改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意見，談?wù)剬?shí)驗(yàn)體會(huì)，教師也可以在論壇上發(fā)表意見。

[1]楊洋.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)與大學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)，黑龍江高等教育，2003.

[2]蔡鐵權(quán).物理教學(xué)叢論，北京科學(xué)出版社，2005.

[3]史貴全.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)變革歷史及其啟示，大學(xué)物理，2001.