與科研結(jié)合的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的幾點(diǎn)思考

鄭麗玲　馬玉婷

摘要：將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科學(xué)研究相結(jié)合是目前教學(xué)改革的一個(gè)重要方向，主要形式是教授的實(shí)驗(yàn)室向本科生全面開放，學(xué)生自選導(dǎo)師，與教授確定實(shí)驗(yàn)題目，進(jìn)行探究性的實(shí)驗(yàn)。本文通對(duì)探究性實(shí)驗(yàn)改革的分析，對(duì)科研與探究性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的模式進(jìn)行思考，以達(dá)到激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性，提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果和教育質(zhì)量，盡量滿足學(xué)生個(gè)性發(fā)展的需要。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革；科學(xué)研究

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）33-0060-02

一、概述

物理學(xué)是研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)最一般規(guī)律和物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的學(xué)科，它是其他各自然科學(xué)學(xué)科的研究基礎(chǔ)。它的理論結(jié)構(gòu)充分地運(yùn)用數(shù)學(xué)作為自己的工作語言，以實(shí)驗(yàn)作為檢驗(yàn)理論正確性的唯一標(biāo)準(zhǔn)，它是當(dāng)今最精密的一門自然科學(xué)學(xué)科。物理學(xué)是實(shí)驗(yàn)科學(xué)，物理學(xué)科的研究都是以客觀實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理課程和物理教學(xué)的一個(gè)重要組成部分，它既是物理教學(xué)的重要基礎(chǔ)，又是物理教學(xué)的重要內(nèi)容、方法和手段。以物理實(shí)驗(yàn)充實(shí)教學(xué)，是物理學(xué)科中充分體現(xiàn)現(xiàn)代素質(zhì)教育思想的重要方面，有利于幫助學(xué)生形成科學(xué)素養(yǎng)。諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者丁肇中教授曾經(jīng)說過：“物理學(xué)是從物理實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的”。有統(tǒng)計(jì)，在1901—2014年的200多位諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者中大約有75%是與物理實(shí)驗(yàn)有關(guān)而獲獎(jiǎng)，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性不言而喻。近年來，高校越來越重視大學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，而實(shí)踐是創(chuàng)新的基礎(chǔ)。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，除了完成對(duì)某一物理量的測(cè)量外，更重要的是要培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)觀察、分析、理解物理實(shí)驗(yàn)的基本物理思想和實(shí)驗(yàn)裝置的巧妙設(shè)計(jì)理念。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革勢(shì)在必行。浙江大學(xué)將物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與物理科學(xué)研究結(jié)合，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置上及時(shí)將科研前沿引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生在起步階段就提前接觸前沿的科學(xué)研究，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練以及促使學(xué)生將實(shí)驗(yàn)課程與理論課程相融合，以便加深學(xué)生對(duì)所學(xué)的理論知識(shí)理解，以盡量滿足學(xué)生個(gè)性發(fā)展的需要。

二、關(guān)于探究性實(shí)驗(yàn)的幾點(diǎn)思考

1.調(diào)整教學(xué)目標(biāo)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要是根據(jù)教學(xué)大綱和計(jì)劃設(shè)置課程實(shí)驗(yàn)，是以教師為中心的著重強(qiáng)調(diào)教師的“教”，以訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、驗(yàn)證基本理論原理為主要目標(biāo)，在實(shí)際的教學(xué)中，強(qiáng)調(diào)操作技能的程序化和規(guī)范化。學(xué)生們所能做的就是按照已經(jīng)設(shè)計(jì)好了的實(shí)驗(yàn)方案，去檢驗(yàn)一個(gè)已知的結(jié)果是否正確。教學(xué)模式單一、內(nèi)容陳舊、操作步驟按部就班、主要以命題性演示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為主、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)占比過高，既限制了學(xué)生的創(chuàng)造力，又降低了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新性。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須為學(xué)生構(gòu)筑一個(gè)合理的實(shí)踐能力體系，應(yīng)盡可能為學(xué)生提供綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)造性比較強(qiáng)的實(shí)踐環(huán)境，讓每一位學(xué)生在四年大學(xué)的學(xué)習(xí)過程中能經(jīng)過多個(gè)這種實(shí)踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)和訓(xùn)練。這不僅能培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的基本技能與實(shí)踐能力，而且也有益于提高學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)新思維，開拓學(xué)生的科學(xué)視野，為將來從事科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.搭建實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。教學(xué)平臺(tái)的搭建對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣非常重要。課程內(nèi)容與學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣必須緊密相連，以達(dá)到激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性，提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果和教育質(zhì)量。為將實(shí)驗(yàn)與前沿科學(xué)相結(jié)合，浙江大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心緊密結(jié)合現(xiàn)代化建設(shè)的實(shí)際，充分依托物理系現(xiàn)有的凝聚態(tài)物理、光學(xué)、等離子體物理、理論物理、粒子物理與核物理、原子分子物理和無線電物理等學(xué)科，構(gòu)建適合于本科生探究性實(shí)驗(yàn)需要的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練平臺(tái)，包括科研基礎(chǔ)訓(xùn)練平臺(tái)；科研能力訓(xùn)練平臺(tái)以及特色專業(yè)訓(xùn)練平臺(tái)。注重基本實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的培養(yǎng)，突出和加強(qiáng)大學(xué)生創(chuàng)新知識(shí)的傳授、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)，特別是以提高拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)水平為目標(biāo)。

3.擴(kuò)大參與教學(xué)面。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，參與教學(xué)的主要是實(shí)驗(yàn)崗、教學(xué)崗的教師。主要的教學(xué)過程就是指導(dǎo)學(xué)生按照已有的實(shí)驗(yàn)步驟驗(yàn)證某一物理現(xiàn)象。學(xué)生的接觸面僅限于教授實(shí)驗(yàn)的教師，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也僅限于實(shí)驗(yàn)室已有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備所能完成的。而當(dāng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科學(xué)研究結(jié)合后，為學(xué)生指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)就由原來的實(shí)驗(yàn)教師變?yōu)榱怂薪處?。教授的?shí)驗(yàn)室向本科生全面開放。學(xué)生的選擇面也變廣，由原來沒得選，變成了可以根據(jù)自己的科研愛好選擇相關(guān)研究方向的老師指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生自選導(dǎo)師，與教授確定實(shí)驗(yàn)題目，進(jìn)行探究性的實(shí)驗(yàn)。浙江大學(xué)物理系目前參加探究性實(shí)驗(yàn)核心課程《物理學(xué)實(shí)驗(yàn)Ⅲ》實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教授和副教授有30余名，研究?jī)?nèi)容包括新型超導(dǎo)體合成和物性探索、鐵基鐵磁超導(dǎo)體的物性研究、多重極端條件下的物性測(cè)量：方法與技術(shù)、超導(dǎo)量子器件、基于超導(dǎo)器件的量子計(jì)算和量子模擬的實(shí)驗(yàn)研究以及液體表面薄膜的制備等50多個(gè)研究課題。目的是注重對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練以及促使學(xué)生將實(shí)驗(yàn)課程與理論課程相融合，以便加深學(xué)生對(duì)所學(xué)的理論知識(shí)理解。

4.管理規(guī)范。由于實(shí)驗(yàn)不再是傳統(tǒng)的，在固定的實(shí)驗(yàn)教室內(nèi)完成，而是學(xué)生前往指導(dǎo)老師的科研實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)時(shí)間也不僅僅局限在某個(gè)規(guī)定的上課時(shí)間段，而是隨時(shí)都可以進(jìn)行。這就對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的管理提出了要求。課程的負(fù)責(zé)老師以及指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的老師共同對(duì)學(xué)生進(jìn)行監(jiān)督和管理，對(duì)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的結(jié)果進(jìn)行考核。首先，指導(dǎo)老師要對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的態(tài)度進(jìn)行考核，以免出現(xiàn)學(xué)生選完課題和指導(dǎo)老師以后就消失，等最后需要對(duì)成果進(jìn)行考核時(shí)才出現(xiàn)的情況；其次，指導(dǎo)老師需要對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行考核，目的是考查這個(gè)時(shí)間段內(nèi)的完成情況，也對(duì)學(xué)生的科研能力進(jìn)行一個(gè)評(píng)估，以確定該生是否適合在這個(gè)方向上繼續(xù)進(jìn)行科學(xué)研究；最后，通過答辯的形式進(jìn)行考查，除了考查這段時(shí)間的學(xué)習(xí)情況，更是一個(gè)鍛煉學(xué)生做科研報(bào)告能力的好機(jī)會(huì)。

三、總結(jié)

與科研結(jié)合的探究性實(shí)驗(yàn)特色可歸納為以下幾個(gè)方面。

1.教學(xué)與科研結(jié)合、變被動(dòng)型教學(xué)為自動(dòng)性求學(xué)；使學(xué)生處于主動(dòng)探究并解決實(shí)際問題的狀態(tài)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及求知欲望。

2.活躍在一線的科學(xué)研究人員主動(dòng)投入到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中，使得物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容變得豐富多樣，涵蓋了凝聚態(tài)物理、理論物理、光學(xué)、等離子體物理等多個(gè)領(lǐng)域。

3.學(xué)生在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的過程中受到嚴(yán)格的、系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本方法和技巧嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維能力，分析和解決實(shí)際問題的能力得到了很好的鍛煉?？蒲兴接行岣摺Ｓ性S多學(xué)生甚至在本科階段就在Nature Communications、Physical Review Letters等國際高水平期刊上發(fā)表了科研論文。

4.更多的學(xué)生進(jìn)入科研實(shí)驗(yàn)室，教授的科研隊(duì)伍更加強(qiáng)大。參與課題研究的人數(shù)增加，一定程度也加速了科研進(jìn)度，提高了科研效率，豐富了科研成果。

5.有效化解了學(xué)生研究能力培養(yǎng)與實(shí)驗(yàn)師資不足的矛盾，解決了因?yàn)檎嫉?、資金以及設(shè)備等各種因素的影響，使得設(shè)計(jì)性、研究型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)容量有限，不能滿足大多數(shù)學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)研究的興趣和探索需求。探究性的實(shí)驗(yàn)，是沒有標(biāo)準(zhǔn)答案的實(shí)驗(yàn)，或者蘊(yùn)含著很多答案的實(shí)驗(yàn)，除了鞏固知識(shí)，更能夠激發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

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