近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革新舉措

楊國(guó)春

(東北師范大學(xué)物理學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130024)

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近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革新舉措

楊國(guó)春

(東北師范大學(xué)物理學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130024)

近代物理實(shí)驗(yàn)是一門綜合性很強(qiáng)的課程，在物理學(xué)專業(yè)教學(xué)中具有非常重要的作用。為了探索和發(fā)現(xiàn)有利于發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性的教學(xué)方式和方法，培養(yǎng)學(xué)生的科研熱情、創(chuàng)造性思維和實(shí)踐能力，本文提出近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的新舉措。

近代物理實(shí)驗(yàn)；教學(xué)方法；創(chuàng)新能力

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提高學(xué)生綜合實(shí)踐能力和培養(yǎng)探究精神、創(chuàng)新思維與能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)之一。近代物理實(shí)驗(yàn)是一門面向物理學(xué)類專業(yè)開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，它以物理學(xué)發(fā)展歷史上最有代表性并對(duì)物理學(xué)發(fā)展起著重要作用的著名實(shí)驗(yàn)，以及在實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法上具有顯著時(shí)代性的實(shí)驗(yàn)為教學(xué)內(nèi)容[1]。該課程涉及的物理知識(shí)面較廣，具有很強(qiáng)的綜合性和技術(shù)性[2]。教師應(yīng)該指導(dǎo)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)在物理概念的形成過程中起到的重要作用，通過豐富而有趣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情，進(jìn)而活躍他們的物理思想，培養(yǎng)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、概括和總結(jié)物理概念和物理規(guī)律的能力。與此同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過程中要盡可能為學(xué)生創(chuàng)造綜合利用所學(xué)的物理知識(shí)和實(shí)踐探索的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題及解決問題的能力。因此，物理學(xué)專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)很大程度上依賴近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

探索如何在近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中開展全方位的改革，如何在實(shí)驗(yàn)過程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力已成為我們迫切需要解決的問題。本文結(jié)合我校近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革，采取開設(shè)先導(dǎo)性專題講座、課前有效預(yù)習(xí)、淡化實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的作用和按論文的格式書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等措施，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效地提高學(xué)生全面地分析問題和創(chuàng)造性地解決問題的能力，使近代物理實(shí)驗(yàn)真正成為創(chuàng)新能力培養(yǎng)基地。

1 開設(shè)先導(dǎo)性專題講座

與普通物理實(shí)驗(yàn)相比，大部分學(xué)生感覺近代物理實(shí)驗(yàn)很難學(xué)，不僅實(shí)驗(yàn)原理不容易理解，實(shí)驗(yàn)操作步驟也較為復(fù)雜，學(xué)生在心理上容易產(chǎn)生畏懼，進(jìn)而逐漸失去興趣。因此，有必要在近代物理實(shí)驗(yàn)開課之前，進(jìn)行一些先導(dǎo)專題講座，為學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前提供知識(shí)儲(chǔ)備，向?qū)W生介紹近代物理實(shí)驗(yàn)中的物理思想、研究手段以及實(shí)驗(yàn)技術(shù)，讓學(xué)生了解近代物理重要思想和概念產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)和理論背景以及它們對(duì)近代物理學(xué)、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的影響。實(shí)踐證明，這樣的講座可以很好地激起學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣和創(chuàng)新動(dòng)力。

同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上有相當(dāng)一部分是近代物理學(xué)發(fā)展的前沿領(lǐng)域，其中有些選題是近代物理發(fā)展中具有重大影響的著名實(shí)驗(yàn)，信息量較大，僅在一次實(shí)驗(yàn)課上無法形成完整的知識(shí)體系。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師可以通過專題講座向?qū)W生介紹相關(guān)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，讓學(xué)生了解近代物理學(xué)的前沿知識(shí)，掌握最新的研究動(dòng)態(tài)，拓寬學(xué)生的視野，以便在實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生靈感。

2 課前有效預(yù)習(xí)

只有課前預(yù)先明確了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、儀器，才能在課堂上更加準(zhǔn)確地把握實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容[3]。實(shí)際教學(xué)過程中，我們發(fā)現(xiàn)盡管有些學(xué)生的預(yù)習(xí)報(bào)告的各項(xiàng)內(nèi)容寫得很詳細(xì)，但是他們?cè)趯?shí)際動(dòng)手操作時(shí)卻一臉茫然、無從下手，預(yù)習(xí)沒有真正起到作用。為了讓學(xué)生主動(dòng)、有目的地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，教師可以在實(shí)驗(yàn)開始前適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行提問，增加互動(dòng)環(huán)節(jié)。教師在每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束布置下次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)，要指出下次實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)一下難點(diǎn)或者指出下次實(shí)驗(yàn)課將要提出的問題，為學(xué)生的預(yù)習(xí)指明方向，提高實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的效果。

此外，近代物理實(shí)驗(yàn)中蘊(yùn)含著豐富的物理思想和創(chuàng)新思想，為激發(fā)學(xué)生的探索和創(chuàng)新意識(shí)，使他們有效地進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，教師可以提前搜集與近代物理實(shí)驗(yàn)相關(guān)的經(jīng)典物理學(xué)史資料，分發(fā)給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生通過閱讀資料來了解下次實(shí)驗(yàn)。提供給學(xué)生的資料要盡可能的全面并且有代表性，包括實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想、實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用、相關(guān)的趣味故事等。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，這種方式可以使學(xué)生理解著名物理學(xué)家的物理思想和創(chuàng)新精神，從而對(duì)近代物理實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生興趣，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。

3 淡化實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的作用

學(xué)生是教學(xué)活動(dòng)的主體，這一思想同樣適用于近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式主要以教師為中心，往往忽視了學(xué)生自主學(xué)習(xí)探索的能力。通常教師用更多的時(shí)間講解與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的基本原理，介紹實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)過程，反復(fù)強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，有些實(shí)驗(yàn)還要先演示一遍。學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)變成了按照教師的講解重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、測(cè)量數(shù)據(jù)及處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這在很大程度上是用教師的“講”代替了學(xué)生的“做”，抑制了學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的主動(dòng)性和積極性。因此，近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中要適當(dāng)?shù)處煹淖饔谩?/p>

實(shí)驗(yàn)課的最終目的是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性地分析問題和解決問題的能力，在實(shí)驗(yàn)過程中師生之間的雙向互動(dòng)是非常必要的。實(shí)驗(yàn)前教師可以講解有難度的實(shí)驗(yàn)原理，強(qiáng)調(diào)一些注意事項(xiàng)。關(guān)于實(shí)驗(yàn)步驟，必要時(shí)可以讓學(xué)生相互討論。實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題要讓學(xué)生先思考或者小組內(nèi)討論，然后教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探索，代替教師直接告訴學(xué)生答案。教師要鼓勵(lì)學(xué)生大膽地挑戰(zhàn)權(quán)威性問題、創(chuàng)造性地解決問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師還要營(yíng)造環(huán)境讓學(xué)生討論自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于誤差較大的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要分析誤差產(chǎn)生的來源，找到減小誤差的辦法，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，應(yīng)淡化教師的作用，采取教學(xué)互動(dòng)模式，讓學(xué)生從以往被動(dòng)地接受知識(shí)變成主動(dòng)地思考問題，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，促進(jìn)發(fā)散性思維的形成。

4 按論文格式書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)報(bào)告主要包括實(shí)驗(yàn)題目、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理和結(jié)果與討論等七項(xiàng)內(nèi)容[4]。除了最后兩項(xiàng)，前面所有項(xiàng)，很大一部分學(xué)生只是機(jī)械地照書抄一遍，達(dá)不到提高學(xué)生組織材料的能力。但如果以論文格式要求書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，需要學(xué)生搜集與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的資料，需要對(duì)書上的內(nèi)容進(jìn)行整理，這種方式使學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，同時(shí)訓(xùn)練了學(xué)生的邏輯思維能力，為以后撰寫科學(xué)研究論文奠定基礎(chǔ)。

按照論文的格式撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容如下：(1)實(shí)驗(yàn)題目；(2)摘要和關(guān)鍵詞；(3)綜述，包括實(shí)驗(yàn)背景、理論來源以及該實(shí)驗(yàn)的實(shí)際應(yīng)用；(4)實(shí)驗(yàn)方法，包括實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)過程中使用的儀器以及操作步驟；(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論，要求將實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制成圖或列出表格并進(jìn)行文字說明，討論實(shí)驗(yàn)的誤差及減小誤差的方法；(6)結(jié)論，說明本次實(shí)驗(yàn)得到哪些結(jié)果；(7)參考文獻(xiàn)。在實(shí)踐過程中我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，尤其是相對(duì)簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，可以指導(dǎo)學(xué)生按傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式書寫。對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告要按論文格式書寫，不僅使學(xué)生能夠使更深入地理解實(shí)驗(yàn)原理和物理思想，而且使學(xué)生初步了解如何進(jìn)行科學(xué)研究，激發(fā)了學(xué)生探索近代物理實(shí)驗(yàn)的興趣。

5 結(jié)語

通過上述近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革嘗試，我們發(fā)現(xiàn)效果是比較理想的。學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的預(yù)習(xí)由被動(dòng)的敷衍變成了主動(dòng)的想要了解，把枯燥的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容變成了有趣的學(xué)習(xí)和交流，尤其在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生能夠經(jīng)常創(chuàng)造性地解決問題。就目前而言，我們的教學(xué)改革充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，重點(diǎn)培養(yǎng)了學(xué)生閱讀參考資料、選擇測(cè)量方法和儀器、觀察現(xiàn)象、獨(dú)立操作、準(zhǔn)確測(cè)量、科學(xué)地處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及分析總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果等方面的能力，有效促進(jìn)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的提高。

[1]麻煥鋒,董若穎.拓展近代物理實(shí)驗(yàn)提到本科生創(chuàng)新意思[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2013,26(1):120-122.

[2]李愛俠,葉柳,張子云,等.近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2010,29(4):77-102.

[3]趙瑞娟,安盼龍,何森,等.有效提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的幾點(diǎn)建議[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2013,26(2):118-120.

[4]何永凡,周紅,周曉兵.基于STS理念的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2011,9(5):78-81.

2016-05-11

楊國(guó)春(1975- )，男，副教授，博士，從事凝聚態(tài)理論計(jì)算研究。

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2095-7602(2016)08-0105-02