大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“課題研究”型模式探索

梁 堅(jiān)，方 誠(chéng)

(東華理工大學(xué)理學(xué)院，江西撫州344000)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“課題研究”型模式探索

梁 堅(jiān)，方 誠(chéng)

(東華理工大學(xué)理學(xué)院，江西撫州344000)

傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式僵化，無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，也無(wú)法滿足培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)技能的要求。文章結(jié)合當(dāng)前大力開展創(chuàng)新型教育的新形勢(shì)，探索在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中實(shí)行能夠培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力的“課題研究”型物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，提出了“課題研究”型物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的實(shí)施方法，并分析了實(shí)施過(guò)程中遇到的問(wèn)題。

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué);課題研究;創(chuàng)新意識(shí);動(dòng)手能力

物理學(xué)是一門建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的科學(xué)，縱觀物理學(xué)的發(fā)展，絕大多數(shù)物理規(guī)律都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)不斷驗(yàn)證得出的［1］。諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者、著名科學(xué)家丁肇中教授根據(jù)近四分之一世紀(jì)以來(lái)物理學(xué)的歷史和他親身的經(jīng)驗(yàn)指出，許多重要實(shí)驗(yàn)，例如K介子衰變中電荷共軛宇稱與宇稱復(fù)合對(duì)稱性(CP)不守恒的發(fā)現(xiàn)，J粒子的發(fā)現(xiàn)，以及高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)，開辟了物理學(xué)中新的研究領(lǐng)域，但這些實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)都是預(yù)先在理論上并沒(méi)有建立的情況下作出的。物理實(shí)驗(yàn)可以說(shuō)是科學(xué)的發(fā)源，它展現(xiàn)出物理世界的神秘與魅力，啟迪著研究者探索無(wú)窮無(wú)盡的物理奧秘，不斷地創(chuàng)新物理知識(shí)。作為一門實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)課，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和動(dòng)手能力等方面有著舉足輕重的作用［2］。因此，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)該是更注重學(xué)生對(duì)未知領(lǐng)域的探索，提高學(xué)生科學(xué)研究能力，強(qiáng)化大學(xué)生理論結(jié)合實(shí)際的研究方法的一門課，而不是停留在感性的認(rèn)識(shí)物理規(guī)律、機(jī)械的驗(yàn)證物理規(guī)律的層面上［1］。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式也應(yīng)該從傳統(tǒng)的驗(yàn)證經(jīng)典性試驗(yàn)過(guò)渡為對(duì)當(dāng)前物理基礎(chǔ)領(lǐng)域的“課題研究”型實(shí)驗(yàn)，通過(guò)學(xué)生對(duì)感興趣的領(lǐng)域的研究并加以指導(dǎo)，學(xué)生在這種“課題研究”型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中能最大化地培養(yǎng)創(chuàng)新精神，同時(shí)親身感受到科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)，科學(xué)發(fā)展的艱辛。

1 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的現(xiàn)狀

目前，受國(guó)內(nèi)高等學(xué)校擴(kuò)招、應(yīng)試型教育模式和就業(yè)形勢(shì)的影響［3］，大學(xué)教育在培養(yǎng)大學(xué)生上過(guò)于注重學(xué)生的技能訓(xùn)練，而不重視對(duì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)只停留在傳統(tǒng)的驗(yàn)證物理規(guī)律經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的層面上，每次實(shí)驗(yàn)都只是學(xué)生參照詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書按部就班地做完就可以［4－6］，如此一來(lái)，造成學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)越來(lái)越感到枯燥無(wú)味，越來(lái)越敷衍了事，完全違背物理實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究興趣的初衷。相比之下，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)少之又少，陳舊落后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備、傳統(tǒng)教學(xué)模式遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于當(dāng)前科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的步伐，學(xué)生始終接觸不到與當(dāng)前科學(xué)技術(shù)相關(guān)的領(lǐng)域和與自己興趣相關(guān)的領(lǐng)域［1］。沒(méi)有新知識(shí)的注入，學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新意識(shí)很難從中得到提高。

2 “課題研究”型物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式實(shí)施方法探究

“課題研究”型物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是對(duì)科學(xué)家研究未知領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)作法的一個(gè)很好的借鑒，學(xué)生選擇自己感興趣的實(shí)驗(yàn)課題并通過(guò)大量查閱資料制定課題研究方案、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，培養(yǎng)提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和動(dòng)手能力。

(1)學(xué)生選擇實(shí)驗(yàn)研究課題并制定課題研究方案，培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題的能力。實(shí)驗(yàn)室老師根據(jù)本校物理實(shí)驗(yàn)設(shè)施的實(shí)際情況，結(jié)合當(dāng)前物理基礎(chǔ)領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)的發(fā)展和國(guó)家高等教育司關(guān)于物理實(shí)驗(yàn)的基本要求，并借鑒國(guó)內(nèi)外各高校的經(jīng)驗(yàn)，確定一定量受到學(xué)生歡迎的物理實(shí)驗(yàn)課題供學(xué)生選擇［5］。學(xué)生根據(jù)自身閱歷和視野面選擇自己感興趣的課題獨(dú)立進(jìn)行研究，并結(jié)合目前科學(xué)界同課題的研究水平，分解課題研究目標(biāo)，抓準(zhǔn)研究切入點(diǎn)，充分發(fā)揮學(xué)生個(gè)人的特長(zhǎng)和個(gè)性，明確課題研究思路，從不同角度、按照不同的標(biāo)準(zhǔn)選擇課題的研究方法，通過(guò)查閱大量該領(lǐng)域的資料開拓自己的理論思維，提出課題研究假設(shè)，制定該課題的研究方案。通過(guò)這種研究方式可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理的理論深度，并掌握理論創(chuàng)新的方法。在此環(huán)節(jié)中要保證研究課題創(chuàng)設(shè)的先進(jìn)性和適宜性，突出教師的導(dǎo)向作用。例如，微觀粒子的波粒二象性是量子物理部分的一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)，物理學(xué)家對(duì)其研究直到目前尚未停止，制定這一題目，讓學(xué)生在大學(xué)物理的知識(shí)范圍內(nèi)對(duì)此作出設(shè)計(jì)，圍繞這一問(wèn)題，學(xué)生會(huì)提出很多問(wèn)題，對(duì)是否符合此課題進(jìn)行分析取舍，從而得到相應(yīng)的鍛煉。

(2)實(shí)驗(yàn)室老師列出參考書目，學(xué)生查閱資料準(zhǔn)備課題研究，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題的能力。實(shí)驗(yàn)室老師在提供可選實(shí)驗(yàn)課題的同時(shí)列出參考書目，供學(xué)生查閱該課題的相關(guān)資料并了解當(dāng)前國(guó)內(nèi)外同類課題的研究水平，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)課題的研究。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，可以讓學(xué)生體驗(yàn)再次“發(fā)現(xiàn)、發(fā)明”物理規(guī)律的樂(lè)趣。例如微觀粒子的波粒二象性這一課題，教師給出包含黑體輻射、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、電子單縫衍射以及現(xiàn)代物理學(xué)家為此所做的實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容的參考書目，讓學(xué)生了解、分析，進(jìn)行總結(jié)歸納，對(duì)大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)表現(xiàn)出的規(guī)律做出判斷猜想，并為此判斷在可行的范圍內(nèi)制定實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證理論“發(fā)現(xiàn)”。在這個(gè)環(huán)節(jié)中為保證學(xué)生的分析歸納能力得到鍛煉，應(yīng)加強(qiáng)師生間的交流討論，教師引導(dǎo)學(xué)生的思路，并規(guī)范使之不入歧途。

(3)學(xué)生根據(jù)研究方案和參考資料制定實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維與創(chuàng)新精神。學(xué)生在確定好自己的課題研究方案之后，對(duì)課題的研究在大的方向上有了很好的把握，接下來(lái)要做的就是把它落實(shí)到實(shí)驗(yàn)的每個(gè)細(xì)節(jié)。學(xué)生從大的方向出發(fā)，根據(jù)物理實(shí)驗(yàn)的基本步驟和自己查閱到的資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的儀器和設(shè)施的實(shí)際情況申請(qǐng)自己需要的實(shí)驗(yàn)儀器，考慮試驗(yàn)中各種可能出現(xiàn)的狀況并確定解決辦法，繪制實(shí)驗(yàn)表格并確定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法［4］。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生不是以往那樣照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的詳細(xì)步驟進(jìn)行，而需要步步為營(yíng)，根據(jù)自己的想法完成實(shí)驗(yàn)研究，從而培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維和創(chuàng)新精神。例如，要驗(yàn)證波粒二象性，可以做的是光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)中學(xué)生應(yīng)該明確的問(wèn)題包括:1)哪些材料可以作為陰極;2)光電流在什么數(shù)量級(jí)上，如何進(jìn)行檢測(cè);3)哪些因素對(duì)光電流的大小有影響，尤其是入射光的性質(zhì)對(duì)光電流有無(wú)影響;4)光電子的動(dòng)能跟哪些因素有關(guān)，如何測(cè)量;5)實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論跟經(jīng)典電子理論有哪些矛盾。往往學(xué)生想不到這么全面，教師一定要耐心引導(dǎo)啟發(fā)，讓學(xué)生從大量書籍文獻(xiàn)資料中汲取知識(shí)營(yíng)養(yǎng)，讓檢索環(huán)節(jié)更充實(shí)更富知識(shí)性和創(chuàng)造性。

(4)學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)方案實(shí)施課題研究，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)解決問(wèn)題的能力。學(xué)生根據(jù)自己完成的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程，原則上在一定時(shí)間以內(nèi)老師在實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)等方面不能給予指導(dǎo)，只從避免實(shí)驗(yàn)事故、保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀器、節(jié)約實(shí)驗(yàn)資源等大方面要求學(xué)生，何時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行具體指導(dǎo)靠老師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的考察自行把握［4］。學(xué)生通過(guò)這種實(shí)戰(zhàn)，才能全身心的投入到實(shí)驗(yàn)的每一個(gè)過(guò)程中，從每一次成功和失敗中體會(huì)到實(shí)驗(yàn)的快樂(lè)，體會(huì)到科學(xué)家每一次重大發(fā)現(xiàn)的艱辛，有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S和解決問(wèn)題的能力。

(5)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后書寫課題論文及答辯，老師進(jìn)行總結(jié)、評(píng)價(jià)并提出意見(jiàn)。實(shí)驗(yàn)課題實(shí)踐環(huán)節(jié)結(jié)束后，由學(xué)生自己書寫研究課題論文，按照確定的實(shí)驗(yàn)方法完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，總結(jié)得出結(jié)論并與老師討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果。老師根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)對(duì)學(xué)生的研究方案、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，提出學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，與學(xué)生一起討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果并最后得出結(jié)論，拓展學(xué)生的知識(shí)面。

3 “課題研究”型物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式面臨的問(wèn)題與對(duì)策

(1)高校實(shí)驗(yàn)設(shè)施的限制，造成實(shí)驗(yàn)研究課題簡(jiǎn)單而且面窄，可選課題少。在確定研究課題時(shí)，往往會(huì)受到學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)施的限制，可能很多實(shí)驗(yàn)在別的學(xué)校有條件完成，但在自己學(xué)校就無(wú)法進(jìn)行，無(wú)法滿足課程教學(xué)要求。補(bǔ)救的方案是初期編組進(jìn)行。

(2)學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間安排與實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排沖突，或者學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)間很少，造成實(shí)驗(yàn)時(shí)間跨度大，學(xué)生難以在較穩(wěn)定的一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)性完成實(shí)驗(yàn)研究，甚至沒(méi)有足夠的時(shí)間來(lái)安排物理實(shí)驗(yàn)研究，導(dǎo)致學(xué)生熱情降低，積極性降低。

(3)老師研究的領(lǐng)域與學(xué)生所研究的課題不相同，或是老師的知識(shí)面無(wú)法滿足學(xué)生進(jìn)行課題研究的要求，學(xué)生選擇課題時(shí)還需要針對(duì)老師的研究領(lǐng)域或知識(shí)面進(jìn)行選擇，也會(huì)造成學(xué)生研究熱情下降，積極性降低。

這些問(wèn)題的解決，一定要抓住培養(yǎng)學(xué)生能力這一主要矛盾，著眼于學(xué)生創(chuàng)新能力的提高和實(shí)踐動(dòng)手能力的鍛煉。如果受到實(shí)驗(yàn)設(shè)施少的限制可以稍微多采用一些理論研究題目;課題少可以多分組;沒(méi)有固定的時(shí)間，可以通過(guò)課外科技活動(dòng)的形式進(jìn)行;教師研究的領(lǐng)域與學(xué)生所學(xué)專業(yè)有所不同，可以通過(guò)多學(xué)科交叉，重點(diǎn)突出選題的基礎(chǔ)性、實(shí)踐性和創(chuàng)新性。這些瑣碎問(wèn)題的解決，既是教學(xué)模式的探索，又是正常課堂教學(xué)的必要補(bǔ)充，拓寬了培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的途徑。

4 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前中央一再?gòu)?qiáng)調(diào)我們教育的核心是素質(zhì)教育，大力提倡創(chuàng)新精神，重點(diǎn)有兩項(xiàng):一是動(dòng)手能力的培養(yǎng);二是創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。物理實(shí)驗(yàn)作為培養(yǎng)大學(xué)生綜合素質(zhì)的一個(gè)第一道“工藝”，更應(yīng)該改革創(chuàng)新教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)。傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，而“課題研究”型實(shí)驗(yàn)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的僵化和弊端，融合當(dāng)前的先進(jìn)科學(xué)思想和方法，讓學(xué)生親自走上科學(xué)探索的征程，十分有利于提高學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)技能、培養(yǎng)研究創(chuàng)新思維。當(dāng)然，這一研究模式仍然受到實(shí)驗(yàn)設(shè)施、時(shí)間、老師研究領(lǐng)域等問(wèn)題的制約，但是，筆者認(rèn)為，隨著國(guó)家對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的重視，學(xué)校對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視，老師對(duì)拓寬自身知識(shí)面的要求的不斷提高，“課題研究”型大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式定會(huì)成為國(guó)內(nèi)高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的首選。

［1］毋志民，江金，曾毅，等.創(chuàng)新研究型物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革初探［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2011，24(3):95-98.

［2］鄭冬梅，黃思俞，魏熾旭，等.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革探索與實(shí)踐［J］.福建教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2010(4):113-116.

［3］陸俊發(fā)，潘小青.大學(xué)物理課程教學(xué)規(guī)范探討［J］.東華理工大學(xué)學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版，2008，27(2):155-158.

［4］任勁，趙斌，陳艷山.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)“課題研究”教學(xué)模式的研究與實(shí)踐［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，1999，12(3):70-72.

［5］梁堅(jiān).大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的幾點(diǎn)思考［J］.技術(shù)物理教學(xué)，2011，19(2):14-15.

［6］梁堅(jiān).物理實(shí)驗(yàn)課結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)的教學(xué)模式淺析［J］.高校實(shí)驗(yàn)室工作研究，2011(4):40-41.

Exploration of the Subject-research Teaching Mode in College Physics Experiment

LIANG Jian，F(xiàn)ANG Cheng
(College of Science，East China Institute of Technology，F(xiàn)uzhou344000，China)

The traditional teaching mode of physics experiment has been fossilized，and it is unable to adapt to the current rapid development of science and technology and meet the requirements of students’experimental skills.In this paper，the subject-research teaching mode in college physical experiment is explored for fostering students’innovative consciousness and practical ability.Then，implementation method is proposed.At last，problems in implementation process are analyzed.

physics experiment teaching;subject research;innovative consciousness;practical ability

G642.0

A

1674-3512(2012)02-0181-03

2012-02-05責(zé)任編輯:王菊梅

江西省教改課題資助項(xiàng)目(JXJG-10-8-14)。

梁 堅(jiān)(1960—)，男，廣東陽(yáng)江人，實(shí)驗(yàn)師，主要從事大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理工作研究。

梁堅(jiān)，方誠(chéng).大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“課題研究”型模式探索［J］.東華理工大學(xué)學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版，2012，31(2):181-183.

Liang Jian，F(xiàn)ang Cheng.Exploration of the subject-research teaching mode in college physics experiment［J］.Journal of East China Institute of Technology(Social Science)，2012，31(2):181-183.