培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力深化大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

李青

（山西財(cái)經(jīng)大學(xué)環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)院，山西 太原 030006）

學(xué)科建設(shè)與教學(xué)研究

培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力深化大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

李青

（山西財(cái)經(jīng)大學(xué)環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)院，山西 太原 030006）

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有很強(qiáng)的直觀性、實(shí)踐性和創(chuàng)造性，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以引導(dǎo)學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，探索最佳實(shí)驗(yàn)方案，參與實(shí)驗(yàn)研究和科研活動(dòng)。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)適應(yīng)時(shí)代和科學(xué)發(fā)展的要求，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)態(tài)度、堅(jiān)實(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)、扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作技能、勇于開拓的創(chuàng)新思維和堅(jiān)忍不拔的創(chuàng)造精神，使他們成為具有創(chuàng)新意識(shí)和科研能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革；科研活動(dòng)；創(chuàng)新能力

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是理工科大學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的一門基礎(chǔ)課程，是各專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的重要基礎(chǔ)之一。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的研究范圍廣泛，包括力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、近代物理學(xué)及現(xiàn)代物理技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域。物理實(shí)驗(yàn)手段、實(shí)驗(yàn)方法及物理思想已經(jīng)滲透到自然科學(xué)的其他領(lǐng)域，物理實(shí)驗(yàn)與其他自然科學(xué)相互融合，出現(xiàn)越來越多的交叉點(diǎn)，極大地推動(dòng)了自然科學(xué)和社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅能使學(xué)生獲得比較扎實(shí)的物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)，加深對(duì)物理學(xué)原理的理解，而且通過系統(tǒng)、專業(yè)的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，培養(yǎng)和提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力和科學(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，使其具有解決實(shí)際問題的能力、實(shí)事求是的科學(xué)作風(fēng)、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)思維能力、嚴(yán)肅認(rèn)真的實(shí)驗(yàn)態(tài)度、積極向上的探索精神和勇于開拓的創(chuàng)新精神。

傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)形式單一、內(nèi)容陳舊，教學(xué)手段落后，忽視了學(xué)科之間的兼容互補(bǔ)性，學(xué)生去實(shí)驗(yàn)室的目的只是在有限的時(shí)間內(nèi)按照規(guī)定好的步驟與方法進(jìn)行美國(guó)人稱之為“cook”的實(shí)驗(yàn)，即像按照菜單做飯一樣被動(dòng)、機(jī)械性地模仿操作，實(shí)驗(yàn)報(bào)告千篇一律，沒有自己發(fā)揮的空間，缺少主動(dòng)性、科學(xué)性和創(chuàng)造性，限制了學(xué)生的思維和創(chuàng)新。因此，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要不斷改革與探索。本文從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、實(shí)施多樣化教學(xué)、更新教學(xué)手段、構(gòu)建開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式、完善實(shí)驗(yàn)考核制度等方面，探索大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革路徑，以期培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，激發(fā)其勇于探索的開拓創(chuàng)新意識(shí)。

一、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

很多高校的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系多年來保持不變，教學(xué)內(nèi)容陳舊，難以適應(yīng)飛速發(fā)展的科技創(chuàng)新和前沿科學(xué)的要求。教學(xué)內(nèi)容一般是按照傳統(tǒng)的力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)編排，基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)占了多數(shù)，相互關(guān)聯(lián)的綜合性實(shí)驗(yàn)以及設(shè)計(jì)性、應(yīng)用性、利用現(xiàn)代化技術(shù)的實(shí)驗(yàn)較少，尤其是與非物理專業(yè)相關(guān)的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)更少。因此，應(yīng)改革物理實(shí)驗(yàn)課程結(jié)構(gòu)，對(duì)原有物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重組，改變舊的分類方法，從簡(jiǎn)單、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)遞進(jìn)到綜合設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，將物理實(shí)驗(yàn)按照基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、選做實(shí)驗(yàn)和研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)類別進(jìn)行編排。應(yīng)刪除部分內(nèi)容陳舊、實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)落后的純物理理論驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，保留實(shí)驗(yàn)原理應(yīng)用性強(qiáng)、意義重要的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目并進(jìn)行更新改造，使其在保留原有特色的基礎(chǔ)上具有一定的新穎性和應(yīng)用性，能夠反映現(xiàn)代科技發(fā)展成果。應(yīng)增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)等與科技發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步相適應(yīng)的前沿物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并將教師的科研成果運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，轉(zhuǎn)化為與專業(yè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，擴(kuò)大學(xué)生的視野，拓寬其知識(shí)面，提高其科學(xué)研究的興趣。這樣編排可以體現(xiàn)科學(xué)研究中繼承與創(chuàng)新的關(guān)系?；A(chǔ)性實(shí)驗(yàn)屬于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，也就是說，學(xué)生是在重復(fù)著前人已經(jīng)進(jìn)行過的實(shí)驗(yàn)工作。盡管如此，學(xué)生仍可以在接受這種實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的同時(shí)，體會(huì)到物理實(shí)驗(yàn)的全過程。因此，應(yīng)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容設(shè)計(jì)和安排方面不斷調(diào)整，做到實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)性與創(chuàng)新性的真正融合。教師應(yīng)認(rèn)真研究教學(xué)大綱，把教學(xué)計(jì)劃和大綱中規(guī)定的知識(shí)點(diǎn)作為教學(xué)的重中之重，擺在突出位置。教學(xué)內(nèi)容應(yīng)緊跟科技發(fā)展形勢(shì)，教師可以結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容開展科學(xué)研究活動(dòng)，并把科研成果運(yùn)用到課堂教學(xué)中，有效提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，不斷更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，為傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系注入新的活力。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)介于基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)與實(shí)際科學(xué)實(shí)驗(yàn)之間，是在學(xué)生完成一定數(shù)量的基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性及綜合性實(shí)驗(yàn)之后，對(duì)實(shí)驗(yàn)的全過程進(jìn)行科學(xué)訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)課題。實(shí)驗(yàn)課題一般由實(shí)驗(yàn)中心綜合考慮教師的意見后提出，由實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)條件。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)課題研究的內(nèi)容，自行搜集并閱讀相關(guān)的參考資料，綜合比較各種實(shí)驗(yàn)方法實(shí)施的可能性、適用條件、實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確程度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的實(shí)驗(yàn)條件，推證理論，選擇相對(duì)完善的實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)方案確定之后，應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案的原理和實(shí)驗(yàn)精度要求，選擇測(cè)量誤差較小的測(cè)量方法。應(yīng)綜合考慮分辨率、準(zhǔn)確度、量程和價(jià)格四因素，根據(jù)誤差的等作用原理選擇合理、配套的測(cè)量?jī)x器。在測(cè)量中，要確定最有利的條件，選擇合理的數(shù)據(jù)處理方法，分析各種誤差產(chǎn)生的原因，從數(shù)據(jù)中判斷系統(tǒng)誤差是否存在，尋求減小或消除實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的方法，以提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，如進(jìn)行“簡(jiǎn)諧振動(dòng)的研究”、“設(shè)計(jì)和組裝熱敏電阻溫度計(jì)”、“測(cè)定平行電流間的磁場(chǎng)力”、“球坑法測(cè)定薄層厚度”、“導(dǎo)熱系數(shù)的智能測(cè)量”等設(shè)計(jì)要求較高的實(shí)驗(yàn)。這樣，按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分成不同的階段，構(gòu)建從易到難、從基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)到綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、從實(shí)驗(yàn)知識(shí)和技能的學(xué)習(xí)到科學(xué)思維訓(xùn)練和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程新體系，以滿足不同專業(yè)、不同知識(shí)基礎(chǔ)學(xué)生的需要，使優(yōu)秀人才得到更大的發(fā)展空間。

在當(dāng)今新技術(shù)迅速發(fā)展的時(shí)代，物理實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)該是被新技術(shù)、新手段不斷改造、不斷填充的開放系統(tǒng)，是不斷改革、不斷發(fā)展的動(dòng)態(tài)教學(xué)體系。要使物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展相適應(yīng)，做到與時(shí)俱進(jìn)，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)把握課程前沿，有意識(shí)地增加一些應(yīng)用性或涉及現(xiàn)代高新技術(shù)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如太陽能電池技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)智能檢測(cè)、光纖技術(shù)、共振技術(shù)、光學(xué)信息處理技術(shù)、微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)、光譜技術(shù)、混沌、納米材料和薄膜制備技術(shù)等與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相融合的知識(shí)和內(nèi)容，增加與“諾貝爾物理獎(jiǎng)”相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究成果滲透到傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容中，及時(shí)反映學(xué)科最新進(jìn)展，激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的興趣和科研熱情，培養(yǎng)他們的科學(xué)思維能力和創(chuàng)新能力。

物理實(shí)驗(yàn)與其他自然科學(xué)相互滲透，有了越來越多的交叉點(diǎn)。物理實(shí)驗(yàn)課程不僅是理工科學(xué)生進(jìn)行后續(xù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的重要基礎(chǔ)，也是許多非物理類專業(yè)學(xué)生的必修課程之一，而這部分學(xué)生群體應(yīng)該引起我們的關(guān)注。為了體現(xiàn)因材施教的原則，對(duì)于跨專業(yè)的學(xué)生應(yīng)開設(shè)一些與其所學(xué)專業(yè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這些體現(xiàn)物理理論在其他專業(yè)應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，能使學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)中充分感受到物理科學(xué)在實(shí)際工作和生活中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的思想，調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)其求知欲望。例如，偏光顯微鏡部分的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是地質(zhì)專業(yè)的特有實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，但地質(zhì)專業(yè)課上側(cè)重的是與鏡頭材料性能相關(guān)的光的偏振知識(shí)，很少涉及顯微鏡的工作原理及組裝等教學(xué)內(nèi)容。所以，在對(duì)地質(zhì)專業(yè)學(xué)生進(jìn)行偏光顯微鏡組裝的教學(xué)實(shí)踐中，可以把專業(yè)課和實(shí)驗(yàn)課強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)加以整合，在傳統(tǒng)顯微鏡組裝實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合光線的偏振原理，對(duì)內(nèi)容進(jìn)行加深和擴(kuò)展，增加組裝偏光顯微鏡的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。對(duì)于環(huán)境科學(xué)專業(yè)而言，應(yīng)根據(jù)其專業(yè)特點(diǎn)，增加環(huán)境噪聲的測(cè)量實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在進(jìn)行基本實(shí)驗(yàn)操作技能訓(xùn)練的同時(shí)，加深對(duì)環(huán)境專業(yè)相關(guān)理論的理解，為后續(xù)的環(huán)境專業(yè)課程學(xué)習(xí)奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。再如，滲流場(chǎng)與電場(chǎng)具有相似性，在油田開發(fā)專業(yè)的學(xué)生做振蕩電路實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以啟發(fā)學(xué)生利用該電路模擬油田的產(chǎn)液變化。

二、實(shí)施多樣化教學(xué)，提高學(xué)生的科研素養(yǎng)

（一）設(shè)立廢舊儀器實(shí)驗(yàn)室

廢舊儀器實(shí)驗(yàn)室能夠?qū)崿F(xiàn)廢物再利用，是一種變廢為寶的措施。應(yīng)充分利用實(shí)驗(yàn)室提供的物質(zhì)和空間資源，集中已老化報(bào)廢但部分部件仍能正常使用的已淘汰廢舊設(shè)備，配以儀器的使用說明或者搜集到的相關(guān)圖片、文字資料，收集各類廢舊家電、工具、儀器設(shè)備、配件等，再配備計(jì)算機(jī)，設(shè)立廢舊儀器實(shí)驗(yàn)室。廢舊儀器實(shí)驗(yàn)室是物理實(shí)驗(yàn)愛好者的樂園，學(xué)生通過仔細(xì)研讀儀器使用說明書、圖片或者利用網(wǎng)絡(luò)資源查閱文字資料，面對(duì)實(shí)物了解儀器的構(gòu)造、基本原理和使用方法，這不僅有利于學(xué)生對(duì)教材內(nèi)容的真正理解，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、動(dòng)手能力。教師可以向?qū)W生展示以往破壞性操作的后果或進(jìn)行實(shí)地演示，讓學(xué)生明白規(guī)范化操作的必要性，為學(xué)生在以后的實(shí)驗(yàn)操作中養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣打下基礎(chǔ)。學(xué)生還可以自行設(shè)計(jì)小制作，動(dòng)手拆卸出廢舊家電、儀器設(shè)備中的有用部分，對(duì)各部分進(jìn)行組裝。雖然小制作的功能還不夠完善，制作也很粗糙，但學(xué)生在親自動(dòng)手、動(dòng)腦的活動(dòng)中體驗(yàn)到學(xué)習(xí)的興趣、成功的快樂，這樣的體驗(yàn)?zāi)苁箤W(xué)生終身受益。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生還可以對(duì)儀器進(jìn)行維修，成為實(shí)驗(yàn)室工作的小助手，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其感覺學(xué)有所用。在廢舊儀器實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生通過對(duì)儀器改進(jìn)的方案進(jìn)行驗(yàn)證，以檢驗(yàn)改進(jìn)方案實(shí)施的可行性，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。廢舊儀器實(shí)驗(yàn)室還可以為實(shí)驗(yàn)課程中未能順利完成操作的學(xué)生提供再一次學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，使他們學(xué)會(huì)排除實(shí)驗(yàn)中的故障，對(duì)實(shí)驗(yàn)有更深刻的認(rèn)識(shí)。

（二）開設(shè)公選課

高校應(yīng)以素質(zhì)教育為目的，以物理廢舊實(shí)驗(yàn)室和物理演示實(shí)驗(yàn)室為基地，對(duì)全體在校學(xué)生包括文科學(xué)生開設(shè)《大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)》、《物理實(shí)驗(yàn)發(fā)展史》、《物理現(xiàn)象探索》等公選課程，供學(xué)生選修?？梢灾攸c(diǎn)關(guān)注物理實(shí)驗(yàn)發(fā)展史中對(duì)物理學(xué)的發(fā)展、人類的進(jìn)步起到關(guān)鍵作用的重要實(shí)驗(yàn)，如赫茲的電磁波實(shí)驗(yàn)、楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)、盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)、密里根的油滴實(shí)驗(yàn)等，討論這些實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)發(fā)展進(jìn)程中的歷史重要性、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)思想以及別具匠心的設(shè)計(jì)理念。教師在講課過程中可以引入名人案例，利用榜樣的力量感染學(xué)生，用科學(xué)的世界觀武裝學(xué)生，使學(xué)生明確物理實(shí)驗(yàn)的意義，并在回溯物理發(fā)展歷史過程中的著名實(shí)驗(yàn)時(shí)得到人生的啟示。應(yīng)開放物理廢舊實(shí)驗(yàn)室和物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)基地，讓學(xué)生親自動(dòng)手操作儀器，仔細(xì)觀察物理現(xiàn)象并進(jìn)行思考，使其加深對(duì)物理世界的感性認(rèn)識(shí)，強(qiáng)化對(duì)物理概念、物理規(guī)律的理解，體會(huì)到實(shí)驗(yàn)思想的嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的巧妙，培養(yǎng)其理性思維方式，提高其創(chuàng)新能力和科學(xué)觀察能力。

（三）開展多媒體課件制作競(jìng)賽

大學(xué)生的電腦操作能力普遍較強(qiáng)，想象力豐富，思維活躍，具有很大的智力潛能和實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，這有助于教師轉(zhuǎn)換思想，接受新的理念、方法，從而提高教學(xué)質(zhì)量?？梢試L試由學(xué)院牽頭、物理實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)、學(xué)生會(huì)組織，選聘相關(guān)專家和學(xué)生代表為評(píng)委，在實(shí)驗(yàn)課的中期或后期，開展物理實(shí)驗(yàn)多媒體課件制作競(jìng)賽。物理實(shí)驗(yàn)室應(yīng)在學(xué)期前期安排好競(jìng)賽時(shí)間、與物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)的實(shí)驗(yàn)選題、評(píng)選規(guī)則等實(shí)施方案，方便學(xué)生早做準(zhǔn)備，學(xué)生則以自愿報(bào)名的形式參與。為了鼓勵(lì)學(xué)生積極參賽，除適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)外，還可以在期末實(shí)驗(yàn)考核和綜合測(cè)評(píng)中對(duì)獲獎(jiǎng)學(xué)生給予不同程度的加分獎(jiǎng)勵(lì)。參賽學(xué)生必須在實(shí)驗(yàn)課前、課中和課后做大量充分、細(xì)致的工作：課前要認(rèn)真預(yù)習(xí)，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)思想和重要儀器的使用方法，必要時(shí)查閱資料，做到思路清晰；課中要認(rèn)真操作，熟練掌握基本操作規(guī)則，準(zhǔn)確記錄原始數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中可能遇到的故障，并分析原因、找出排除故障的方法；課后要認(rèn)真進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)處理，并就如何減小實(shí)驗(yàn)誤差進(jìn)行討論，對(duì)實(shí)驗(yàn)疑點(diǎn)、相關(guān)知識(shí)進(jìn)行拓展學(xué)習(xí)。開展多媒體課件制作競(jìng)賽，能夠充分發(fā)揮學(xué)生的想象力及創(chuàng)新能力，為學(xué)生搭建一個(gè)展示自我、勇于創(chuàng)新的平臺(tái)。

（四）引導(dǎo)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)研究和科研活動(dòng)

俗語說：“授人以魚，不如授人以漁。”進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅要讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)應(yīng)該如何做，還要知道為什么這樣做，更要思考可以做什么。教師在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)過程中，要積極引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)課程項(xiàng)目，應(yīng)用先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)技術(shù)和手段，主動(dòng)參與物理實(shí)驗(yàn)研究和實(shí)驗(yàn)室科研項(xiàng)目，在學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)基本理論、獲得科學(xué)操作技能的同時(shí)，有效培養(yǎng)其創(chuàng)造性思維和科學(xué)實(shí)踐能力。實(shí)驗(yàn)研究包括物理實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)與設(shè)計(jì)方法討論、異常實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的產(chǎn)生因素及改進(jìn)措施分析、實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)和維修方法的探討、實(shí)驗(yàn)故障的產(chǎn)生原因及排除故障的方法研究、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法及實(shí)驗(yàn)誤差分析、實(shí)驗(yàn)失敗的原因及解決辦法研究等。例如，在“靜電場(chǎng)模擬”實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)的靜電場(chǎng)描繪儀是以導(dǎo)電紙或水作為兩電極間的電介質(zhì)，大多使用雙層結(jié)構(gòu)的描繪儀，采用等臂記錄法來描繪，用數(shù)字電壓表觀測(cè)等電位點(diǎn)，這種設(shè)計(jì)存在缺陷，不能很好地描繪靜電場(chǎng)，學(xué)生反映實(shí)驗(yàn)誤差太大。教師可以引導(dǎo)學(xué)生查閱資料，綜合利用物理、化學(xué)知識(shí)多方位地進(jìn)行設(shè)計(jì)、改進(jìn)，提出可行的改進(jìn)意見，并用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。在“分光儀的調(diào)整和使用及三棱鏡折射率的測(cè)定”、“用光柵測(cè)光波波長(zhǎng)”、“用分光計(jì)進(jìn)行光譜定性分析”等實(shí)驗(yàn)中，分光計(jì)作為這些實(shí)驗(yàn)的重要儀器，經(jīng)過不斷演變和改進(jìn)，設(shè)計(jì)更加科學(xué)，結(jié)構(gòu)也更加精密、復(fù)雜，其使用和調(diào)整都有嚴(yán)格的規(guī)范要求，這對(duì)于初次接觸分光計(jì)的學(xué)生來說是嚴(yán)格的考驗(yàn)。部分學(xué)生在調(diào)整分光計(jì)時(shí)，對(duì)載物臺(tái)調(diào)平的操作雖花費(fèi)了大量時(shí)間，仍不能達(dá)到很好的調(diào)平效果。教師可以適時(shí)組織“分光儀載物臺(tái)快速調(diào)平法”的討論，引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生積極思考和解決這個(gè)問題。這樣的討論能夠激發(fā)學(xué)生探究問題的興趣，并鼓勵(lì)優(yōu)秀學(xué)生脫穎而出。另外，教師可以積極組織并有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所學(xué)專業(yè)和個(gè)人興趣，積極參與教師和實(shí)驗(yàn)室的科研項(xiàng)目，以增加師生間的交流，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，為其自我能力的提升提供平臺(tái)。例如，機(jī)械和電子專業(yè)是集機(jī)械、電子技術(shù)、信息處理、計(jì)算機(jī)等技術(shù)為一體，以計(jì)算機(jī)應(yīng)用為特色的綜合性學(xué)科，這種機(jī)電一體化應(yīng)用的專業(yè)特色可以應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)儀器的設(shè)計(jì)和制作中，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)儀器的更新改造。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)、較強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)能力，可以參與實(shí)驗(yàn)軟件、實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件的開發(fā)和應(yīng)用等研究，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，滿足學(xué)生學(xué)以致用的成就感。

三、利用現(xiàn)代教學(xué)手段，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量

應(yīng)改變傳統(tǒng)的黑板加粉筆的教學(xué)模式，以適當(dāng)?shù)暮诎灏鍟鵀檩o助，利用現(xiàn)代教學(xué)手段，制作穿插圖片、動(dòng)畫、音視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)等材料的高質(zhì)量多媒體課件，建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源庫，引進(jìn)網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的信息化和網(wǎng)絡(luò)化，豐富教學(xué)內(nèi)容，增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的趣味性，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)參與、主動(dòng)探索、主動(dòng)思考的能力。尤其是對(duì)于利用常規(guī)方法進(jìn)行圖形和數(shù)據(jù)處理比較困難的部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理就比較容易完成。利用CAI教學(xué)課件作為輔助教學(xué)工具，可以將復(fù)雜的圖表、實(shí)物圖、電路圖等通過圖像、聲音、動(dòng)畫、影像等形式形象地展示出來。仿真實(shí)驗(yàn)可以利用計(jì)算機(jī)技術(shù)把實(shí)驗(yàn)原理的理解、實(shí)驗(yàn)儀器的結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫、教師的指導(dǎo)和學(xué)生的操作活動(dòng)有機(jī)地結(jié)合起來，將一些因?qū)嶒?yàn)室客觀條件限制還未開出的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過模擬物理實(shí)驗(yàn)在計(jì)算機(jī)上完成，其效果甚至好于實(shí)際實(shí)驗(yàn)的效果，能方便學(xué)生自己安排時(shí)間進(jìn)行預(yù)習(xí)、操作及復(fù)習(xí)?，F(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)還能促使學(xué)生在校園網(wǎng)上反復(fù)查閱教師課件等教學(xué)資料，以提高實(shí)驗(yàn)效果，并對(duì)一些疑難問題及實(shí)驗(yàn)方法、技術(shù)和儀器改進(jìn)方面的想法在網(wǎng)上隨時(shí)與教師進(jìn)行交流和討論，教師要鼓勵(lì)學(xué)生提出改進(jìn)性建議，設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的方案，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力。教師還可以利用校園網(wǎng)絡(luò)及時(shí)公布學(xué)生每次實(shí)驗(yàn)的評(píng)定情況，使學(xué)生及時(shí)了解自己的實(shí)驗(yàn)成績(jī)和存在的問題，如果需要，可以隨時(shí)預(yù)約重做實(shí)驗(yàn)。

四、實(shí)行開放式教學(xué)，強(qiáng)化因材施教

實(shí)行全方位、多層次的開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不只局限于時(shí)間和空間的開放，更重要的是教學(xué)內(nèi)容、方法和手段的開放，是觀念意識(shí)的開放。開放性實(shí)驗(yàn)室可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外聯(lián)網(wǎng)，給教師和學(xué)生帶來極大的方便。

（一）有助于體現(xiàn)以人為本的原則

學(xué)生登錄校園網(wǎng)的網(wǎng)上選課系統(tǒng)，根據(jù)教務(wù)處對(duì)實(shí)驗(yàn)的課程安排，結(jié)合自身的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)、興趣愛好和所修專業(yè)的特點(diǎn)，可以自主選擇實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)題目。這體現(xiàn)了以人為本、因材施教、因人而異的原則，滿足了不同需求、不同層次、不同專業(yè)學(xué)生的要求，有效推進(jìn)了數(shù)字化校園建設(shè)。在物理實(shí)驗(yàn)室開放教學(xué)的模式下，學(xué)生可以有目的地選擇與專業(yè)相適應(yīng)的物理實(shí)驗(yàn)，通過物理實(shí)驗(yàn)充分感受到物理科學(xué)在實(shí)際工作和生活中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)以致用的思想意識(shí)。開放的物理實(shí)驗(yàn)室使學(xué)生在時(shí)間和空間上有了更大的靈活性，為學(xué)生安排學(xué)習(xí)時(shí)間、制定學(xué)習(xí)計(jì)劃和發(fā)展方向帶來極大的便利，符合當(dāng)今社會(huì)所倡導(dǎo)的自主化、人性化管理理念，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理工作的信息化、網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)具有促進(jìn)作用。

（二）有助于學(xué)生完成課前預(yù)習(xí)和數(shù)據(jù)處理

開放的實(shí)驗(yàn)可以將實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的預(yù)習(xí)和數(shù)據(jù)處理的環(huán)節(jié)安排到實(shí)驗(yàn)室課上完成。與理論課相比，實(shí)驗(yàn)課的一個(gè)重要特點(diǎn)是要求學(xué)生能夠多思考、多分析，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作，所以，明確實(shí)驗(yàn)任務(wù)、了解儀器的結(jié)構(gòu)功能及操作要領(lǐng)、掌握誤差來源及減小誤差的方法等實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)工作尤為重要。但是，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)只限于對(duì)實(shí)驗(yàn)教材的閱讀及撰寫預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，學(xué)生從教材上生澀的專業(yè)術(shù)語、模糊不清的儀器結(jié)構(gòu)圖中感覺實(shí)驗(yàn)內(nèi)容枯燥乏味或看不懂，只能盲目地抄襲實(shí)驗(yàn)講義，以應(yīng)對(duì)教師的課前檢查，這樣不僅浪費(fèi)了學(xué)生的時(shí)間和精力，不會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有所裨益，而且會(huì)影響學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣。讓學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室面對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器有針對(duì)性地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)，可以使難以理解的內(nèi)容變得生動(dòng)、易懂，學(xué)生的興趣大增，預(yù)習(xí)質(zhì)量明顯提高，避免了以往實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)的諸多弊病。學(xué)生可以在課堂上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，教師可以當(dāng)堂進(jìn)行批改點(diǎn)評(píng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中出現(xiàn)的問題及時(shí)加以糾正，不斷總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，調(diào)整和完善課堂教學(xué)內(nèi)容，探索適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方式。

（三）有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維

開放的實(shí)驗(yàn)室可以彌補(bǔ)課堂教學(xué)時(shí)間的不足，為實(shí)驗(yàn)課內(nèi)不能順利完成實(shí)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)失敗的學(xué)生提供完成實(shí)驗(yàn)或者重新實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。在開放實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間內(nèi)，學(xué)生還可以做一些難度較大或者感興趣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，充分發(fā)揮自身潛能，培養(yǎng)獨(dú)立思考、積極探索、不斷創(chuàng)新的精神和永不滿足、追求卓越的態(tài)度。例如，在“拉脫法測(cè)定液體的表面張力系數(shù)”的實(shí)驗(yàn)中，有些學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)測(cè)定后，希望探索溫度對(duì)液體表面張力系數(shù)的影響、液體表面張力系數(shù)與液體中所含雜質(zhì)濃度的關(guān)系。學(xué)生通過查閱大量文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在課余時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)設(shè)備的潛力，以最少的投資發(fā)揮最大的效益，使課內(nèi)實(shí)驗(yàn)與課外開放實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合起來，滿足學(xué)生求知和創(chuàng)新的欲望。

開放式教學(xué)模式可以為學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和個(gè)性發(fā)展創(chuàng)造良好的外部環(huán)境，滿足其求知、探索和創(chuàng)新的欲望，側(cè)重于創(chuàng)新精神與能力的培養(yǎng)，體現(xiàn)以人為本的教學(xué)理念，可以有效解決當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題。

五、完善實(shí)驗(yàn)考核制度，保證教學(xué)效果

實(shí)驗(yàn)考核是檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的重要手段，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的基本組成部分，也是實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作的重要環(huán)節(jié)。完善的考核制度能夠客觀反映學(xué)生的理論知識(shí)水平、操作技能，科學(xué)評(píng)定學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、實(shí)事求是的工作作風(fēng)和開拓創(chuàng)新、不斷探索的精神。針對(duì)學(xué)生不注重平時(shí)的實(shí)驗(yàn)操作過程，抄襲、修改或編造數(shù)據(jù)的不良作風(fēng)，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)可采用“課程總評(píng)成績(jī)100%＝平時(shí)成績(jī)60%＋期末實(shí)驗(yàn)操作測(cè)試成績(jī)40%”的折算方式來進(jìn)行評(píng)價(jià)。在總評(píng)成績(jī)中，平時(shí)成績(jī)比例要加大，目的是鼓勵(lì)學(xué)生重視平時(shí)的實(shí)驗(yàn)，以提高實(shí)驗(yàn)操作水平。平時(shí)成績(jī)涉及的評(píng)定因素較多，包括出勤、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)情況、實(shí)驗(yàn)操作完成情況、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量等，教師要善于觀察，做好平時(shí)的實(shí)驗(yàn)記錄，做到客觀公正、實(shí)事求是。另外，教師還要考察學(xué)生是否能獨(dú)立地排除實(shí)驗(yàn)故障，課堂提問、課堂討論、提交作業(yè)及工作態(tài)度等情況都可以用來綜合考察學(xué)生，評(píng)定學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。其中，實(shí)驗(yàn)操作及動(dòng)手能力是學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程的關(guān)鍵，教師要進(jìn)行巡視考察。對(duì)于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，要考察實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性、數(shù)據(jù)處理方法、誤差的計(jì)算、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差及分析、異常現(xiàn)象的解釋等。為了對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行更全面的考核，突出對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能的考核力度，教師不能只看實(shí)驗(yàn)報(bào)告，要杜絕抄襲報(bào)告的現(xiàn)象。具體的做法是，在學(xué)期期末，教師選取一些以實(shí)驗(yàn)基本操作技能為考核重點(diǎn)的題目，學(xué)生隨機(jī)抽取題目后，經(jīng)過30分鐘的準(zhǔn)備工作，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作，回答實(shí)驗(yàn)涉及的問題，并當(dāng)場(chǎng)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫。教師要在學(xué)生的操作過程中進(jìn)行巡視，觀察學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性和熟練程度以及數(shù)據(jù)記錄、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理、解決問題方法、臺(tái)面整潔與否等實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。對(duì)于綜合性、設(shè)計(jì)性、應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，尤其是涉及物理知識(shí)與學(xué)生所學(xué)專業(yè)相關(guān)的項(xiàng)目，要通過考察設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、撰寫實(shí)驗(yàn)論文等方式進(jìn)行綜合考核。對(duì)于在多媒體課件制作競(jìng)賽中獲獎(jiǎng)以及在實(shí)驗(yàn)研究和科研活動(dòng)中表現(xiàn)突出的學(xué)生，可以在期末實(shí)驗(yàn)操作測(cè)試和期末綜合測(cè)評(píng)中給予不同程度的加分獎(jiǎng)勵(lì)。總之，應(yīng)不斷完善實(shí)驗(yàn)考核制度，促使學(xué)生在研究中勤于觀察思考，善于發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，激發(fā)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的積極性、主動(dòng)性和自覺性，進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

六、結(jié)束語

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)相對(duì)于理論教學(xué)來說，更具有直觀性、實(shí)踐性和創(chuàng)造性。實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以引導(dǎo)學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性去思考問題，探討最佳實(shí)驗(yàn)方案，參與實(shí)驗(yàn)研究和各項(xiàng)科研活動(dòng)，而不是變成按照“操作指令”運(yùn)轉(zhuǎn)的“機(jī)器人”。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)適應(yīng)時(shí)代和科學(xué)發(fā)展的要求，不斷求思、求變，通過教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)態(tài)度、堅(jiān)實(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)、扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作技能、勇于開拓的創(chuàng)新思維和堅(jiān)忍不拔的創(chuàng)造精神，使他們成為具有創(chuàng)新意識(shí)和科研能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

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［責(zé)任編輯：高巍］

Cultivating Students'Innovative Ability and Deepening the Reform of College Physical Experiment Teaching

LI Qing

（School of Environmental Economics,Shanxi University of Finance and Economics,Taiyuan 030006,China）

The teaching reform of college physical experiment is a requirement of social progress.This paper expounds how to optimize content of courses,implement diversified teaching form,renovate teaching method,put experimental teaching pattern into practice and perfect the evaluation system to deepen the teaching reform of college physical experiment.College physical experiment teaching should train students to develop the spirit of innovation and encourage them to participate in various experiment research activities actively.

college physical experiment;teaching reform;scientific research activities;innovative ability

G642.0

A

2095-106X（2014）01-0045-05

2014-02-01

李青（1972-），女，山西平遙人，山西財(cái)經(jīng)大學(xué)環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)院教師，研究方向是凝聚態(tài)物理。