改革大學(xué)物理實(shí)驗的教學(xué)模式，提升大學(xué)生的創(chuàng)新能力

李樹發(fā) 陳春雷

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?物理實(shí)驗是大學(xué)一門重要的課程，可以驗證物理理論，促進(jìn)物理理論的發(fā)展。通過大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)，不僅可使學(xué)生獲得知識，還能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新、創(chuàng)造能力。但在大學(xué)物理實(shí)驗的實(shí)際教學(xué)中，還有很多需要改進(jìn)的地方。分析大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)中存在的問題，提出改革大學(xué)物理實(shí)驗的教學(xué)模式，提升大學(xué)生創(chuàng)新能力的探索措施。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?大學(xué)物理實(shí)驗;教學(xué)模式;創(chuàng)新能力

[中圖分類號] ?G642 ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）13-0138-02

物理學(xué)是一門以實(shí)驗為基礎(chǔ)，研究宇宙萬物間能量轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)移過程中相互作用規(guī)律的自然學(xué)科。本質(zhì)上講，物理學(xué)是一門應(yīng)用性極強(qiáng)的實(shí)驗學(xué)科，其規(guī)律的發(fā)現(xiàn)及理論的建立都必須以實(shí)驗為基礎(chǔ)或者通過實(shí)驗驗證[1]。因此，在加強(qiáng)理論知識學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)之上，也必須尊重物理學(xué)的發(fā)展規(guī)律，重視物理實(shí)驗的學(xué)習(xí)及操作，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力、增強(qiáng)學(xué)生的理論與實(shí)踐相結(jié)合的應(yīng)用能力、提升學(xué)生的創(chuàng)新意識及創(chuàng)新能力[2]。大學(xué)物理實(shí)驗課程是高等學(xué)校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的基礎(chǔ)課程，受到廣大高等學(xué)校的重視。大學(xué)物理實(shí)驗課程是大學(xué)物理的重要組成部分，在驗證歸納物理規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生分析、處理問題的創(chuàng)新能力方面具有不可缺少的作用。因此，各個高校工科類、農(nóng)林類專業(yè)紛紛開設(shè)大學(xué)物理實(shí)驗課程，作為必修基礎(chǔ)課。該課程的開設(shè)也為后續(xù)專業(yè)技能的培養(yǎng)及鍛煉打好基礎(chǔ)，還能鍛煉學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)、思維方式和應(yīng)用能力[2]。大學(xué)物理實(shí)驗的實(shí)驗教學(xué)是大學(xué)物理實(shí)驗課程的重要陣地，應(yīng)得到足夠的重視，但是在現(xiàn)實(shí)教學(xué)中卻有讓人不滿意的地方。無論是學(xué)校層面、教師教學(xué)層面還是學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，都沒有達(dá)到相應(yīng)的要求。因此，筆者以自身教學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗課程的經(jīng)驗及角度，談?wù)剬Υ髮W(xué)物理實(shí)驗課程存在的一些問題，以及應(yīng)采取的改革措施。

二、大學(xué)物理實(shí)驗課程教學(xué)中存在的問題

（一）大學(xué)物理實(shí)驗課程的教學(xué)模式創(chuàng)新不足

當(dāng)前，各高校雖然基本都開設(shè)了大學(xué)物理實(shí)驗課程，但并沒有作為主干課程，學(xué)分少、課時少、儀器陳舊等問題仍舊存在。這在實(shí)際教學(xué)中會導(dǎo)致一系列的其他問題。首先，學(xué)校投入的經(jīng)費(fèi)不足，很多實(shí)驗儀器陳舊，年代久遠(yuǎn)，沒有得到及時維修更換;實(shí)驗儀器數(shù)量偏少，需要2～3人共用一臺儀器設(shè)備;沒有添置一些前沿的實(shí)驗儀器。用這些實(shí)驗儀器設(shè)備開展實(shí)驗教學(xué)，使大學(xué)物理實(shí)驗課程的教學(xué)效果大打折扣。其次，師資配備投入不足。一位教師通常需要帶幾個實(shí)驗教學(xué)班，人手不夠?qū)е聣嚎s大學(xué)物理實(shí)驗課時、學(xué)分的現(xiàn)象。比如，大學(xué)物理實(shí)驗課程的學(xué)分通常只有1～2學(xué)分，只有30課時，甚至有些專業(yè)只開設(shè)16課時。這些問題會導(dǎo)致教師在大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)中主要以灌輸式的教學(xué)模式為主，缺少對教學(xué)模式的創(chuàng)新。在大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)中，通常存在教師在實(shí)驗原理、理論推導(dǎo)和實(shí)驗過程步驟上已做好充分的準(zhǔn)備，學(xué)生只是聽從教師的指令和要求完成所學(xué)的實(shí)驗。例如，上課之前已調(diào)試好實(shí)驗儀器設(shè)備，上課講解演示實(shí)驗步驟，并演示實(shí)驗過程需要注意的事項等。講試完成后，在余下的時間里學(xué)生只是照著教師講解演示的步驟完成實(shí)驗操作并記錄實(shí)驗數(shù)據(jù)。學(xué)生既沒有花費(fèi)時間調(diào)試儀器設(shè)備，也缺少在遇到問題時進(jìn)行獨(dú)立思考、探索的鍛煉。這樣的教學(xué)模式既沒有達(dá)到應(yīng)有的教學(xué)效果，也沒能讓學(xué)生體會到實(shí)驗中的大智慧。在大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)中，部分學(xué)生存在應(yīng)付的學(xué)習(xí)態(tài)度。由于學(xué)分少、課時少，很多學(xué)生并沒有足夠重視大學(xué)物理實(shí)驗課程的學(xué)習(xí)，也沒有認(rèn)識到大學(xué)物理實(shí)驗課程對創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要性。在教師要求做實(shí)驗課前預(yù)習(xí)時，只是簡單地抄完實(shí)驗預(yù)習(xí)報告，上課時常常出現(xiàn)大部分學(xué)生并不知道所做實(shí)驗的意義是什么、目的是什么、關(guān)鍵點(diǎn)在哪兒、原理是什么?？赐杲處熝菔竞?，只是簡單重復(fù)實(shí)驗步驟。在實(shí)驗過程中調(diào)試不出實(shí)驗結(jié)果時，直接讓教師幫忙調(diào)試，不愿意獨(dú)立探索問題出在哪兒，思考為什么出現(xiàn)這樣的問題，后續(xù)實(shí)驗中需要注意什么問題，并進(jìn)行改進(jìn)、解決問題。即使獲取了實(shí)驗數(shù)據(jù)，只是當(dāng)作完成了一項任務(wù)，學(xué)生并沒有或者不會先確認(rèn)實(shí)驗數(shù)據(jù)是否合理，是否正確，以反過來檢查實(shí)驗操作過程中哪些步驟出了問題。最后，只是簡單按照公式處理實(shí)驗結(jié)果，往往缺少實(shí)驗結(jié)論，也不愿意做誤差分析，對實(shí)驗過程中誤差的大小、實(shí)驗獲取結(jié)果的正確性有多大、分析問題出在哪里、往后要注意什么、怎么改進(jìn)等都不關(guān)心。

（二）大學(xué)物理實(shí)驗課程培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力不足

在大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)中，不僅可以驗證物理規(guī)律，還能培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗操作技能，進(jìn)而提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。但是在具體的實(shí)驗項目中并沒有達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。實(shí)驗項目并不能引起學(xué)生興趣，不能吸引學(xué)生，不能激發(fā)學(xué)生的好奇心，使學(xué)生思索、探究、創(chuàng)新;現(xiàn)行大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)中，尚缺少設(shè)計性實(shí)驗。設(shè)計性實(shí)驗可以使學(xué)生靈活、創(chuàng)造性地運(yùn)用物理知識及實(shí)驗技能，從不同角度、不同層次采取不同方案設(shè)計實(shí)驗并完成實(shí)驗，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，提高學(xué)生的思索能力，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力?，F(xiàn)行大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)也缺少探索性實(shí)驗的安排。學(xué)生只是簡單重復(fù)教師演示后的實(shí)驗步驟，并沒有發(fā)揮實(shí)驗教學(xué)的主角作用，不利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。如果大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)中適當(dāng)引入探索性實(shí)驗，讓教師在實(shí)驗過程中只作為指導(dǎo)者、旁觀者，可以充分提高學(xué)生的實(shí)驗熱情及興趣，充分發(fā)揮學(xué)生的主角作用，充分激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

二、大學(xué)物理實(shí)驗課程教學(xué)中的改革及探索

大學(xué)物理實(shí)驗課程教學(xué)中存在的學(xué)分少、課時少、投入不足等問題導(dǎo)致教學(xué)模式創(chuàng)新不足以及學(xué)生創(chuàng)新能力不足，筆者根據(jù)自己的教學(xué)經(jīng)驗進(jìn)行了改革與探索。

（一）以學(xué)生為主體的教學(xué)模式改革

考慮到現(xiàn)行大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)中存在學(xué)分少、課時少、投入不足的實(shí)際問題未必能短時間內(nèi)得到明顯改變。因此，在學(xué)分沒有增加、課時沒有增加、資金和師資投入不夠的情況下，可采取減少實(shí)驗項目總量的方法。當(dāng)前大學(xué)物理實(shí)驗的項目總數(shù)通常是二十個左右，可減小到十個項目。這樣相當(dāng)于適當(dāng)延長單個實(shí)驗項目的時間。在單個實(shí)驗項目時間足夠的情況下，必須要改革大學(xué)物理實(shí)驗的教學(xué)模式，徹底解決大學(xué)物理實(shí)驗課程教學(xué)主體顛倒的問題。在項目數(shù)不多、實(shí)驗時間不緊迫時，學(xué)生有足夠的時間認(rèn)真完成物理實(shí)驗，細(xì)細(xì)體味物理實(shí)驗，進(jìn)而理解物理實(shí)驗。這種通過以質(zhì)量換取數(shù)量的方法，可以切實(shí)激發(fā)學(xué)生的主體性，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。此外，教師要相應(yīng)改進(jìn)教學(xué)方法，調(diào)整教學(xué)目標(biāo)。學(xué)生是大學(xué)物理實(shí)驗學(xué)習(xí)的主體，教師是大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)的引導(dǎo)者。學(xué)生是知識的主動汲取者，教師是學(xué)生學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者。以學(xué)生為主、教師為輔的教學(xué)目標(biāo)引入有趣的教學(xué)情景，引導(dǎo)學(xué)生主動思索問題并主動完成實(shí)驗。經(jīng)常思考實(shí)驗過程中存在的問題并加以分析解決，對學(xué)生分析問題能力、解決問題能力的提升大有益處。因為經(jīng)常動手做實(shí)驗，調(diào)試實(shí)驗設(shè)備，可增強(qiáng)動手能力，提升解決實(shí)際生活中問題的能力，進(jìn)而可以主動做一些有新意的實(shí)驗，改善現(xiàn)有實(shí)驗不足的地方。經(jīng)過鍛煉，可培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性及興趣，提升獨(dú)立操作、分析能力以及研究創(chuàng)新能力。

（二）以自主探索為目的的創(chuàng)新能力培養(yǎng)

在資金投入不足、儀器設(shè)備更新慢的情況下，教師更要創(chuàng)新大學(xué)物理實(shí)驗的教學(xué)模式，更要積極探索如何加入設(shè)計性、探索性實(shí)驗項目。要改革以前課堂演示以教師為主體的教學(xué)模式，利用探索性、設(shè)計性實(shí)驗，讓學(xué)生直接參與，發(fā)揮學(xué)生充分用腦、用手的主體作用，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。例如，可加入“單擺測量地球重力加速度”的設(shè)計性及探索性實(shí)驗。單擺實(shí)驗原理簡單，使用儀器隨處可見、可用。單擺實(shí)驗測量重力加速度的表達(dá)式中的L是單擺線長，T是擺動周期，只要一把尺子和手機(jī)中的計時功能即可測量。但是這個簡單、方便的實(shí)驗足夠?qū)W生在創(chuàng)新、創(chuàng)造方面用來進(jìn)行設(shè)計性、探索性實(shí)驗。在實(shí)驗教學(xué)過程中，教師可提示學(xué)生重力加速度的表達(dá)式是怎么來的，讓學(xué)生自己推導(dǎo)，進(jìn)而讓學(xué)生自己體會這個實(shí)驗原理的適用條件。對于實(shí)驗原理中的角度很小的情況，可引導(dǎo)學(xué)生思考怎樣的角度才算是角度很小的情況。讓學(xué)生通過實(shí)驗確定，多大角度下單擺測量得到的重力加速度是合理正確的。在學(xué)生探索過程中，指導(dǎo)他們不斷改變擺角度，如從小角度到大角度擺，然后測量不同角度的實(shí)驗數(shù)據(jù)，進(jìn)而根據(jù)公式處理得到重力加速度。比較不同角度下測量的重力加速度有什么變化，分析其中的原理，探索單擺實(shí)驗的原理的適用性。此外，通過這些探索后，還可以讓學(xué)生自己重新設(shè)計單擺實(shí)驗，自己選擇實(shí)驗使用的器材，自己改善實(shí)驗條件，提高實(shí)驗的測量精度，以及確保實(shí)驗結(jié)果的可靠性。通過這樣簡單方便的實(shí)驗，使學(xué)生主動做實(shí)驗，體會實(shí)驗中的奧妙，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新、創(chuàng)造能力。

本文根據(jù)筆者對大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)中存在的問題及經(jīng)驗，對大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)進(jìn)行了改革探索，以期提升大學(xué)生的創(chuàng)新、創(chuàng)造能力。當(dāng)然，筆者也僅作了部分探索，高校在大學(xué)物理實(shí)驗的重視上、投入上還應(yīng)加大力度，以便促使大學(xué)物理實(shí)驗?zāi)芨蠒r代發(fā)展的步伐，使大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)的改革符合科學(xué)發(fā)展的需要，培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的實(shí)驗功底和開拓創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳曙光.大學(xué)物理學(xué)[M].長沙：湖南大學(xué)出版社，2006.

[2]唐貴平.大學(xué)物理實(shí)驗[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2007.

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