基礎(chǔ)物理實驗教學(xué)與學(xué)生創(chuàng)新 能力培養(yǎng)的探索

[摘 要] 物理實驗課程對于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力起著非常重要的作用。結(jié)合學(xué)校自身特色，針對目前的教學(xué)現(xiàn)狀，提出改革措施，探討基礎(chǔ)物理實驗在加強學(xué)生創(chuàng)新思維訓(xùn)練與創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面的實踐。

[關(guān)鍵詞] 物理實驗;創(chuàng)新;教學(xué)模式

[中圖分類號]G642? ?[文獻標志碼] A [文章編號] 1008-2549（2020） 07-0106-02

一 引言

大學(xué)物理實驗課程是大學(xué)生接受系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓(xùn)練的開端，旨在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實驗?zāi)芰退仞B(yǎng)、提高學(xué)生觀察與思考的能力、加強學(xué)生間的合作交流與團隊意識。“創(chuàng)新是一個民族進步的靈魂，是一個國家興旺發(fā)達的不竭動力?！盵1]隨社會的發(fā)展，當(dāng)今人才市場對具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才的需求越來越大，如何提高大學(xué)生的創(chuàng)新意識并培養(yǎng)其創(chuàng)新能力是當(dāng)代高等教育的重要使命。教育部教高[2001]4號文件早就明確指出：“實踐教學(xué)對于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實踐能力具有特殊作用?！盵2]物理實驗課程作為發(fā)揮學(xué)生實踐能力的主要場所，在樹立學(xué)生實事求是與理論聯(lián)系實際的科學(xué)態(tài)度，培育學(xué)生創(chuàng)新思維與創(chuàng)新意識等方面具有不可替代的作用。如何充分發(fā)揮物理實驗課程的育人優(yōu)勢，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，這應(yīng)是大學(xué)物理實驗教學(xué)工作者亟須思考與解決的問題。

二 大學(xué)物理實驗的教學(xué)現(xiàn)狀

隨科技的進步與高校教改的進行，物理實驗課程的教學(xué)也由原來較為單一的授課模式向豐富多元的方式發(fā)展;由以往相對陳舊的實驗設(shè)備更新為新型智能化設(shè)備;由以往以驗證性項目為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐跃C合性及創(chuàng)新性項目為主。無論是硬件方面的實驗設(shè)備及實驗條件，還是軟件方面的教學(xué)體系、教學(xué)思維等，都已取得長足的進步。但不可否認，當(dāng)前的物理實驗教學(xué)在某些方面仍然存在一定的弊端，無法真正實現(xiàn)課程應(yīng)有的價值，具體體現(xiàn)在以下幾個方面。

第一，實驗體系形式化。雖已劃分為基礎(chǔ)性、綜合性、設(shè)計研究性實驗等多層次的實驗體系，但在實際運行過程中，限于各種條件的限制，并未充分發(fā)揮設(shè)計研究性實驗的優(yōu)勢。

第二，實驗預(yù)習(xí)形同虛設(shè)。沒有合理的約束措施，很多學(xué)生對于實驗預(yù)習(xí)不重視，為應(yīng)付教師檢查，照抄其他同學(xué)的預(yù)習(xí)報告，使得實驗預(yù)習(xí)流于形式，起不到應(yīng)有的作用。

第三，教學(xué)模式不合理，多以教師的“教”為中心。課堂上教師講解過多、過細，留給學(xué)生獨立思考的空間不足，實驗課淪為簡單的模仿學(xué)習(xí)，自然也就難以啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

第四，學(xué)生來源不同，基礎(chǔ)能力也參差不齊。由于學(xué)生水平不一，用統(tǒng)一的標準進行衡量，容易導(dǎo)致“好生吃不飽，差生吃不了”的情況出現(xiàn)，長此以往，導(dǎo)致好生、差生的學(xué)習(xí)積極性都會受到影響。

第五，考評制度不合理?？荚u時重結(jié)果而輕過程，多以實驗報告進行評價。雖然實驗報告也是實驗的重要組成部分，但實驗報告無疑難以跟學(xué)生的課堂表現(xiàn)充分結(jié)合起來，成績自然有失公允，也容易打擊部分學(xué)習(xí)認真學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。反過來，可能少數(shù)學(xué)習(xí)不認真，只是抄抄別人實驗報告卻獲得了高分。

三 以創(chuàng)新為導(dǎo)向的實驗教學(xué)改革

以我校為例，受學(xué)校性質(zhì)的影響，無法像工科院校那樣，有完備的多層次實驗體系，加之實驗學(xué)時有限，日常的實驗教學(xué)中鮮少涉及創(chuàng)新性實驗項目。但創(chuàng)新并非必創(chuàng)新性實驗不可，即便是經(jīng)典的基礎(chǔ)性實驗，通過適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，也能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與能力。小米創(chuàng)始人雷軍曾說，創(chuàng)新就是做別人沒做過的事情！在實驗課程中引導(dǎo)學(xué)生獲取未曾掌握的新知識或新技能，也都可以理解為創(chuàng)新。

1 改革傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)模式

“填鴨式”的教學(xué)過于突出教師的中心地位，教師的講解詳盡而又全面，并附以完整的實驗示范。顯然，這樣的教學(xué)完全忽略了實驗課程的精髓，過于詳盡的講解與示范，使得學(xué)生完全不需獨立思考，只需簡單模仿即可。這不僅不利于學(xué)生創(chuàng)新思維的訓(xùn)練，還易促使學(xué)生惰性的養(yǎng)成，遇問題不愿獨立思考而只愿求助別人。物理學(xué)家錢臨照先生曾經(jīng)說，實驗既鍛煉人的動手能力，更重要的是訓(xùn)練人如何去思考解決問題的方法。[3]為此，必須摒棄這種落后的教學(xué)模式，針對我校的學(xué)生基礎(chǔ)及現(xiàn)有實驗條件，教師只是作為引導(dǎo)，講解與示范都只是點到即止，盡可能地多讓學(xué)生自由探索思考。

在日常教學(xué)過程中，并不直接將所有細節(jié)及注意事項全盤告訴學(xué)生，而是有意通過提問等方式注重引導(dǎo)學(xué)生邊觀察邊分析思考，避免學(xué)生模仿式的學(xué)習(xí)。比如，在基礎(chǔ)實驗“落球法測定液體粘滯系數(shù)”的實驗過程中，講解時提出疑問：為什么釋放落球前需將小球在待測液體中浸潤？有一次實驗過程中，有一位學(xué)生觀察得很仔細，該學(xué)生通過對比實驗發(fā)現(xiàn)同等條件下，未浸潤的小球下落時間比浸潤后的小球下落時間有較為明顯的差異，進而提出疑問為何會有這么大的差別。實驗課過程中，并沒有簡單要求學(xué)生按教材上的操作規(guī)范重做實驗，而是從力學(xué)原理上引導(dǎo)學(xué)生分析為何未浸潤的小球比浸潤后的小球下落時間要長：在重力與浮力不變的條件下，要使小球下落變慢，則其阻力必然變大。是什么因素引起阻力變大？未浸潤小球與浸潤后的小球區(qū)別在哪？通過一系列引導(dǎo)，學(xué)生結(jié)合理論課堂所學(xué)，分析得出下落時間的差異出應(yīng)是由于未浸潤與浸潤后小球表面狀況的不同而造成，進而思考未浸潤表面與浸潤后表面的區(qū)別。由于任何物體的表面不可能完全光滑，用甘油潤濕后，使得球的表面盡可能圓潤。未浸潤小球的表面凹凸不平，一方面，在表面有毛刺的地方，易存留少量空氣（引導(dǎo)學(xué)生思考倒啤酒時易在杯壁形成氣泡），引起阻力變化;另一方面，表面的不平也會在下落過程中引起局部區(qū)域小的湍流區(qū)（引導(dǎo)學(xué)生對比高爾夫球的麻子臉），使流體更好地吸附在球表面不易脫離。只是實驗過程中，小球整體的下落速度較小，后一種影響并不明顯而已。受此影響，小球在甘油中下落時，阻力必然相比于理想條件下斯托克斯公式所描述的球狀物體的阻力更大，因而下落時間相應(yīng)會變長。顯然，可能是學(xué)生一次偶然的實驗觀察發(fā)現(xiàn)，如果教師像往常一樣，直接告訴學(xué)生誤差產(chǎn)生的原因，也就不會有學(xué)生后續(xù)的探索挖掘，逐漸深化到最終恍然大悟。雖然教師直接告知更為快捷，但對學(xué)生來說顯然難以理解透徹，似懂非懂。在實驗教學(xué)過程中，及時主動地發(fā)現(xiàn)學(xué)生所面臨的問題，充分抓住學(xué)生的探疑興趣，通過適當(dāng)引導(dǎo)，促進學(xué)生獨立思考分析，啟發(fā)學(xué)生在已有知識的基礎(chǔ)上，充分結(jié)合各知識點間的關(guān)聯(lián)，逐步構(gòu)建起新的未知知識，這不就是學(xué)生創(chuàng)新思維的體現(xiàn)嗎？

同樣在該實驗過程中，如將小球直接放入導(dǎo)管，雖然導(dǎo)管口略大于小球直徑，但實驗時小球難以從導(dǎo)管中順利落下。很多學(xué)生都是用直接輕敲導(dǎo)管的方法甩出小球，缺點顯而易見，小球受橫向作用力偏離中心軸線運動。少數(shù)學(xué)生利用鑷子的尖端輕碰小球使其下落，但這或多或少也會給小球施加一定的橫向作用力，無法保證小球剛好沿中心軸線下落，而光電記時儀的激光束又過細，小球下落時難以擋住激光束，導(dǎo)致實驗成功率不高。個別學(xué)生在認真學(xué)習(xí)實驗要求的基礎(chǔ)上，否定了前兩種方法，通過提問，在老師的引導(dǎo)下，不斷地探索思考，想到利用待測粘滯液體的粘滯性，將將小球黏附在導(dǎo)管口，而后用手指輕壓導(dǎo)管上端開口使空氣受壓而壓強變大，小球在壓力作用而下落。這樣可使小球受力始終在豎直方向，從而保證沿量筒軸線下落[4]，提高實驗的成功率。通過教師的引導(dǎo)，不僅加強了學(xué)生的創(chuàng)新意識，其實踐能力也得到了進一步的鍛煉。

2 強化實驗預(yù)習(xí)

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生沒有養(yǎng)成良好的實驗預(yù)習(xí)習(xí)慣，對老師布置的預(yù)習(xí)任務(wù)完全是為應(yīng)付檢查而敷衍了事。究其原因，還在于沒有對應(yīng)的獎懲措施，學(xué)生沒有壓力感，有時甚至教師自身也沒有重視。為此，在日常教學(xué)過程中，采用課前課堂隨機點名回答問題的方式進行檢查，回答正確與否跟實驗成績直接相關(guān)聯(lián)，給學(xué)生施加一定的壓力，從而重視課前預(yù)習(xí)。

3 改革成績考評制度

改變以往注重實驗數(shù)據(jù)的正確與否的做法，而更著重于實驗過程中學(xué)生的實際操作和創(chuàng)新思想，幫助學(xué)生分析誤差產(chǎn)生的來源，讓學(xué)生每次實驗后都有真正的收獲。弱化實驗報告的成績，突出實驗操作與課堂討論及提問的成績比重。根據(jù)課堂表現(xiàn)，當(dāng)場給出實驗成績，讓學(xué)生體會到成功的喜悅，快樂學(xué)習(xí)。

四 小結(jié)

能夠想到別人想不到的，并去加以實現(xiàn)，而不僅僅只是空想，這就可以理解為創(chuàng)新。雖然沒有高大上的創(chuàng)新實驗條件，但即便是經(jīng)典的基礎(chǔ)物理實驗，只要我們在上課過程中多多留意學(xué)生的實驗過程，及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生在操作過程中存在的問題，通過教師的適當(dāng)引導(dǎo)，一樣可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。重點在于我們在平時的實驗教學(xué)過程中，必須摒棄以往教師主導(dǎo)一切的落后教學(xué)方式，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，不僅要善于“傳道、授業(yè)、解惑”，更要善于“激勵、喚醒、鼓舞”[5]，努力為學(xué)生創(chuàng)設(shè)有利情境，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。當(dāng)然，這需要師生的良好互動才能實現(xiàn)，而且需要學(xué)生具有較好的基礎(chǔ)知識。從目前的實驗教學(xué)實情來看，這類學(xué)生還比較少，大多只滿足于順利完成實驗，獲得理想的實驗結(jié)果即可。但通過教師的適當(dāng)引導(dǎo)啟發(fā)，卻可以鍛煉部分學(xué)生的創(chuàng)新能力與創(chuàng)新思維，充分發(fā)揮物理實驗課程的育人優(yōu)勢。

參考文獻：

[1]江澤民.江澤民同志在接見出席中國科學(xué)院第九次院士大會和中國工程院第四次院士大會部分院士與外籍院士時的講話[N].光明日報，1998-08-10（1）.

[2]教育部.關(guān)于加強高等學(xué)校本科教學(xué)工作提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見[EB/OL]. http：//old.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/moe_309/200412/4682.html，2001-08-28.

[3]錢臨照.大學(xué)物理實驗雜談[J].物理實驗，1984，4（4）：147-150.

[4]龍臥云，譚玉，于梅花.落球法測定液體粘滯系數(shù)實驗設(shè)備的操作技巧[J].實驗室科學(xué)，2009（6）：142-143.

[5]朱紅專.自主探索式教學(xué)課堂模式研究[J]. 湖南人文科技學(xué)院學(xué)報，2005（3）：115-120.

（責(zé)任編輯： 姜海晶）