自主創(chuàng)新背景下的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革*

吉莉　丁俊玲

【摘 要】物理學(xué)是自然學(xué)科的帶頭學(xué)科，是各個(gè)自然科學(xué)學(xué)科的研究基礎(chǔ)。在理論結(jié)構(gòu)上它的工作語(yǔ)言是以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，以實(shí)驗(yàn)作為檢驗(yàn)理論正確性的唯一標(biāo)準(zhǔn)。在20世紀(jì)，物理實(shí)驗(yàn)課程為優(yōu)秀人才的培養(yǎng)做出了突出貢獻(xiàn)。實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基礎(chǔ)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人類社會(huì)又經(jīng)歷了一次重大的變革。在新時(shí)代背景下，如何促進(jìn)大學(xué)理工科的發(fā)展，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室教學(xué)改革是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新精神，提高學(xué)生創(chuàng)新能力的關(guān)鍵。

【關(guān)鍵詞】自主創(chuàng)新;大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室;教學(xué)改革

【中圖分類號(hào)】G642? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A? 【文章編號(hào)】1671-8437（2019）22-0001-02

1? ?當(dāng)前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室存在的問(wèn)題

長(zhǎng)期以來(lái)，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)設(shè)施較為落后，大學(xué)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)也相對(duì)封閉。多年來(lái)，中國(guó)的教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新不足，與尖端科學(xué)和技術(shù)的快速發(fā)展出現(xiàn)脫節(jié)。古老而落后的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，已經(jīng)使用多年的傳統(tǒng)教學(xué)模式，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于科技進(jìn)步的步伐。

就中國(guó)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)而言，大學(xué)的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)分為兩個(gè)部分，即一般物理和現(xiàn)代物理兩個(gè)獨(dú)立的課程?；疚锢韺?shí)驗(yàn)實(shí)際上只是課堂教學(xué)的從屬部分。它的內(nèi)容只是簡(jiǎn)單地重復(fù)了物理學(xué)的基本定律和物理教科書(shū)上的方法。20世紀(jì)末科學(xué)技術(shù)的發(fā)展很少出現(xiàn)在教科書(shū)中。因此，學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)越來(lái)越厭煩，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生現(xiàn)代科學(xué)思維的形成與發(fā)展。

物理學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，它的概念和規(guī)律來(lái)自一般的實(shí)驗(yàn)。在我國(guó)本科大學(xué)中，本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)比較少，對(duì)于一些較為復(fù)雜的物理實(shí)驗(yàn)，在一個(gè)如此短的時(shí)間內(nèi)，學(xué)生不可能理解實(shí)驗(yàn)原理，不可能做到熟悉實(shí)驗(yàn)儀器的使用并順利的完成實(shí)驗(yàn)。導(dǎo)致許多教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中只能盡力解釋實(shí)驗(yàn)的步驟和方法，但學(xué)生卻失去了自己的思維和操作。另一個(gè)原因是許多學(xué)生只是在實(shí)驗(yàn)室里走個(gè)過(guò)場(chǎng)，這是一種刻板的模仿式教學(xué)。

實(shí)驗(yàn)室是世界現(xiàn)代科技創(chuàng)新的地方，實(shí)驗(yàn)室在深化物理概念、發(fā)現(xiàn)和總結(jié)物理規(guī)律以及解釋物理規(guī)律性質(zhì)方面做出了重要的貢獻(xiàn)。

但在當(dāng)前的物理實(shí)驗(yàn)教育中，并沒(méi)有對(duì)實(shí)驗(yàn)室的重要性做太多的講解，學(xué)生對(duì)這種具有突破性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不清不楚，不明白為什么會(huì)設(shè)計(jì)這樣的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，科學(xué)概念和規(guī)律是怎么產(chǎn)生的。在教學(xué)中，并沒(méi)有關(guān)于這方面的介紹和說(shuō)明，而這些方面是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新意識(shí)的重要素材。

2? ?大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的改革

2.1? 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的優(yōu)化

進(jìn)入21世紀(jì)，新科技革命的快速發(fā)展將帶來(lái)重大的新突破，從根本上改變了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展面貌。在我國(guó)頒布的“國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）”中，明確指出以“自主創(chuàng)新，重點(diǎn)跨越，支撐發(fā)展和引領(lǐng)未來(lái)”作為未來(lái)科技發(fā)展的指導(dǎo)原則，這一原則適用在中國(guó)未來(lái)的技術(shù)發(fā)展中[1]。科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，是先進(jìn)生產(chǎn)力的集中體現(xiàn)和主要標(biāo)志。隨著自主創(chuàng)新的實(shí)施，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)進(jìn)入了飛速發(fā)展時(shí)期。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)物理實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的投入也在進(jìn)步一增加，如位移傳感器、交流電氣、幾何光學(xué)等項(xiàng)目。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的改良和優(yōu)化，開(kāi)發(fā)了一些新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。如線性電阻的伏安特性的測(cè)試、對(duì)于腐蝕性液體密度的測(cè)量、金屬桿的線脹系數(shù)測(cè)量、聲音和語(yǔ)音頻道譜測(cè)量等項(xiàng)目。

2.2? 發(fā)展教育技術(shù)、革新教學(xué)模式

教育資源短缺一直是困擾我國(guó)教學(xué)質(zhì)量、制約我國(guó)教學(xué)改革發(fā)展的難題。自主創(chuàng)新戰(zhàn)略對(duì)教育提出了新的要求，過(guò)去一般性的教育資源已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代創(chuàng)新思維和人才實(shí)踐能力的培養(yǎng)[2]。只有通過(guò)教育技術(shù)和創(chuàng)新教育的發(fā)展，才能進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，在這些方面，教師可以利用科技技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的力量，研制和開(kāi)發(fā)一些新的教學(xué)軟件。

如開(kāi)發(fā)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程網(wǎng)上選課系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和時(shí)間的開(kāi)放，優(yōu)化教學(xué)項(xiàng)目和教學(xué)內(nèi)容。利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，開(kāi)設(shè)網(wǎng)上虛擬物理實(shí)驗(yàn)選修課，開(kāi)創(chuàng)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，讓各個(gè)專業(yè)的學(xué)生都可以根據(jù)自己的時(shí)間、興趣愛(ài)好、專業(yè)特長(zhǎng)等，選擇不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在不同的時(shí)間地點(diǎn)學(xué)習(xí)，為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供全面的教學(xué)服務(wù)，營(yíng)造創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的多元化環(huán)境。培養(yǎng)學(xué)生的特長(zhǎng)項(xiàng)目和自學(xué)能力，激起學(xué)生的創(chuàng)新能力，充分體現(xiàn)“以學(xué)生為主體”的教學(xué)理念。

2.3? 完善教學(xué)方法與教學(xué)手段

當(dāng)前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課中，教學(xué)內(nèi)容相對(duì)陳舊，缺乏創(chuàng)新性。在教學(xué)條件允許的情況下，教師應(yīng)利用現(xiàn)代信息技術(shù)，滿足學(xué)生的需求，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，充分利用多媒體技術(shù)，演示實(shí)驗(yàn)視頻，提供好國(guó)家級(jí)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的視頻鏈接，讓學(xué)生對(duì)一些難度高、復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，有充分的思考和分析時(shí)間，真正的消化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在課外也可以進(jìn)行自我學(xué)習(xí)。這種教學(xué)方法集成了實(shí)驗(yàn)設(shè)備、教學(xué)內(nèi)容、教師指導(dǎo)，以及學(xué)習(xí)者思維和功能的有機(jī)結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化和標(biāo)準(zhǔn)化的學(xué)習(xí)。

如果教學(xué)條件不允許，教師也可以通過(guò)改進(jìn)教學(xué)方法提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣。如調(diào)整基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。以往教師都會(huì)詳細(xì)地強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的每一個(gè)步驟，或者強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng)等內(nèi)容，學(xué)生只需要按照老師的方法來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這樣不利于學(xué)生獨(dú)立思考，在一定程度上扼殺了學(xué)生的創(chuàng)新能力。教師應(yīng)該在教學(xué)內(nèi)容上做出調(diào)整，在教學(xué)過(guò)程中多講原理和實(shí)驗(yàn)理念，讓學(xué)生自己思考進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中邊思考邊動(dòng)手，這樣可以提高學(xué)生的動(dòng)手

能力。

2.4? 拓展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

針對(duì)目前對(duì)實(shí)用性人才的培養(yǎng)目標(biāo)，基于現(xiàn)有大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)條件和師資水平，對(duì)大學(xué)生的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化和拓展是有必要的[3]。教師應(yīng)該構(gòu)建基礎(chǔ)性必做實(shí)驗(yàn)和拓展性實(shí)驗(yàn)等多層次的教學(xué)內(nèi)容，鼓勵(lì)成績(jī)優(yōu)秀的學(xué)生進(jìn)行拓展性實(shí)驗(yàn)。如在扭擺法測(cè)定物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的實(shí)驗(yàn)中，除了了解扭擺的構(gòu)造、原理、使用方法以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試儀的使用方法外，還應(yīng)該用扭擺測(cè)定幾種不同形狀物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和彈簧的扭轉(zhuǎn)常數(shù)，并與理論值進(jìn)行比較?？梢杂盟芰蠄A柱測(cè)定扭擺的儀器常數(shù)（彈簧的扭轉(zhuǎn)常數(shù)）K;并且測(cè)定塑料圓柱、金屬圓筒、木球與金屬細(xì)長(zhǎng)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量并與理論值比較的實(shí)驗(yàn)中。實(shí)踐表明，擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有利于提高學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和熱情，同時(shí)還可以提高學(xué)生的動(dòng)手能力和獨(dú)立創(chuàng)新的能力。

2.5? 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

物理學(xué)是一門(mén)符合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的科學(xué)。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有必要使之與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)接軌，注重它的時(shí)代性與先進(jìn)性，只有這樣才能激發(fā)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。也只有這樣，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的研究成果才能滲透到傳統(tǒng)的課程內(nèi)容中，開(kāi)闊學(xué)生的視野，拓展他們的認(rèn)知。求知的欲望將刺激學(xué)生尋求知識(shí)、探索和創(chuàng)新的能力，將被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)。

2.6? 注重物理基礎(chǔ)概念的理解

物理概念是物理知識(shí)的重要組成部分，是構(gòu)建物理規(guī)律、建立公式和完善理論的前提和基礎(chǔ)，對(duì)概念的正確理解是學(xué)好物理的前提條件，因此對(duì)概念的理解和掌握是物理學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。建立物理概念的過(guò)程不是對(duì)概念的簡(jiǎn)單理解，它應(yīng)該建立在物理量化的基礎(chǔ)上。所謂定量結(jié)論，就是要用具體的數(shù)據(jù)或者數(shù)量關(guān)系來(lái)表達(dá)、描述。如阿基米德原理： 浸沒(méi)在液體中的物體被液體垂直浮起，這等于被物體移動(dòng)的液體的重力。這就是定量描述的物理結(jié)論。

物理是抽象的，所以說(shuō)物理量的觀察和測(cè)量對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是很重要的，它能夠幫助學(xué)生更好的認(rèn)識(shí)物理規(guī)律。物理實(shí)驗(yàn)注重真實(shí)性和科學(xué)性，教師在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成記錄的習(xí)慣，真實(shí)的記錄數(shù)據(jù)。在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該給學(xué)生獨(dú)立動(dòng)手的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生進(jìn)行觀察現(xiàn)象和記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，獨(dú)立自主解決問(wèn)題的能力，這樣做有助于學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)的過(guò)程，增加學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)儀器的熟悉程度，并且形成良好的習(xí)慣。教師在實(shí)驗(yàn)中要鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象背后隱藏的規(guī)律總結(jié)出自己的結(jié)論，在實(shí)驗(yàn)中有自己的思路，勇敢的提出針對(duì)性的問(wèn)題，獨(dú)立的思考問(wèn)題，并提出自己對(duì)問(wèn)題的看法，并在交流中形成正確的見(jiàn)解。要在實(shí)驗(yàn)中養(yǎng)成批判的精神，并且要主動(dòng)與他人交流探討，形成良好的氛圍。

為了實(shí)現(xiàn)“致力于培養(yǎng)高素質(zhì)的、具備創(chuàng)新能力的復(fù)合型人才”的目標(biāo)，要不斷的進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)課程的改革，大學(xué)院校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的道路是長(zhǎng)遠(yuǎn)的。在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)該優(yōu)化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，完善教學(xué)方法和教學(xué)手段，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行拓展，還要改革教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，注重物理基礎(chǔ)概念的理解，積極開(kāi)展創(chuàng)新競(jìng)賽活動(dòng)，為國(guó)家培養(yǎng)出創(chuàng)新能力較高的

人才。

【參考文獻(xiàn)】

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【作者簡(jiǎn)介】

吉莉（1982～）女，漢族，遼寧省大連市人，碩士，大連科技學(xué)院副教授，主要從事大學(xué)物理和大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)相關(guān)教學(xué)工作。

丁俊玲（1987～）女，漢族，吉林省吉林市人，碩士，大連科技學(xué)院講師，主要從事大學(xué)物理和大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)相關(guān)教學(xué)工作。