設計性、研究性實驗對學生科研能力的培養

[摘要]設計性、研究性實驗是讓學生獨立自主地對實驗方法及步驟進行設計并對實驗結果進行研究的實驗。與傳統的測量性、驗證性實驗相比 ，它更有利于培養學生的科研能力和創新能力。

[關鍵詞]設計性 研究性實驗 科研能力 創新能力

一、設計性、研究性實驗的重要性

幾十年來，物理實驗基本都是按照一種固定的模式進行，即給出實驗的目的、原理、所用實驗儀器，并列出詳細的實驗方法和步驟。學生通過預習，并結合老師的講解，然后即可按部就班地進行和完成實驗。實踐表明，這種模式對學生掌握實驗方法，驗證和加深對理論的理解，起到了不可或缺的作用。但是隨著學生對知識的積累掌握和對物理理論理解的逐漸加深，這種單純的學習驗證性實驗已不能滿足發展的要求。特別是隨著時代的飛速發展，對大學生創新能力的要求越來越高，人才的需求也逐漸由過去的知識型向創造型發展。因此對實驗教學提出了更高的要求，以夯實基礎，達到提高綜合素質、創新能力、科研能力和競爭力。設計性、研究性實驗提供的內容廣泛、類型齊全、綜合性和設計性較強，相對于基礎實驗來說有一定難度的設計性、研究性物理實驗，可由學生自由選擇課題，這類實驗就是通過實驗的全過程，使學生積極、主動地去進行思考、探索，培養和鍛煉學生把已經學到的知識綜合、全面、靈活地加以運用與發揮，實驗的每個環節都要學生自己想辦法動腦筋解決問題，從而培養學生的科學研究能力、綜合素質和創新能力。

二、設計性、研究性實驗的特點

設計性、研究性實驗的特點之一是內容的廣泛性。它的選題應該既有經典的實驗，近代著名的物理實驗，還應該有在生活、生產、科研實踐中比較典型，有一定代表性、綜合性、應用性較好的實驗。同時從教學的角度，也可考慮那些同一物理內容的多種實驗方法，或者一種實驗方法測量多個物理量的實驗課題。比如測定材料楊氏模量的靜態拉伸法、動態法；聲速測量的駐波法、位相法；密立根油滴實驗中的平衡法、非平衡法，還比如在光的干涉實驗中，其中有非定域干涉、定域干涉、多光束和雙光束干涉等，類似這些實驗無論是物理思想還是實驗技能，都包含了非常豐富的內容，能夠是學生在實驗中思考物理原理的不同、物理現象的不同、再現物理過程的方法不同等，能夠使學生在對比中發現問題、思考問題、解決問題，從中學習到物理實驗的思想、方法、技巧等，從而激發學生的創造思維，從實驗中探索知識的艱辛和歡樂。

設計性、研究性實驗的另外一個特點是內容的多樣性、靈活性。它的選題可以多種多樣，比較靈活，這樣不僅使學生可以學到新知識，同時也從整體上提高了實驗教學水平，給教學帶來很大的好處，即一方面可以隨時淘汰那些陳舊的、落后的實驗，添加一些具有新思想、新技術的實驗，可以對實驗的內容進行不斷的更新，使學生的學習能夠跟上時代前進的步伐，比較快、比較早地接觸一些新思想、新技術。而且在實驗經費有限的條件下，可以減少每個實驗裝置的套數，而盡可能多地添加不同實驗儀器，增加實驗項目的個數，這樣既豐富實驗內容，增加了學生的知識面，又做到了少花錢多辦事。另外一方面學生在做這類實驗的時候，往往是做類型、內容不同的實驗，所以必須開動腦筋，獨立思考，不能有依賴思想，因此對各類學生都能起到比較好的促進作用，可以充分調動每一個學生學習上的主觀能動性，培養了學生勇于探索的學習精神，提高學生的學習興趣、動手能力、科研創新能力。

三、開設設計性、研究性實驗的實踐

設計性、研究性實驗的課題可以是結合實際生活的問題，也可以是結合教學實際的問題，可以是其它相關學科的問題，但是內容必須具有科學性、探索性、創新性和可行性。選題是該實驗的關鍵，對后續工作有著重要的作用。選題可以由學生根據自己的專業興趣點、疑問點在教師知道下確定課題，也可以直接選擇老師給定的研究課題，或者對給出的課題進行拓展深化，從而確定自己要研究的課題。

課題選定以后，教師指導學生進行復習、鞏固、拓展已學的知識，查閱文獻資料，確定應該在哪一方面有所研究、突破，要解決什么關鍵問題，如何解決等，還要熟練掌握實驗的設備情況。學生將收集到的資料整理為書面的形式，形成實驗的設計方案。根據實驗設計方案，進行實際操作。操作過程要嚴密，觀察要仔細，要尊重事實，正確記錄數據，遇到特殊情況要善于發散思維，開拓思路，養成對數據誤差進行分析的習慣，實驗中遇到問題是可重新調整設計方案，必要時要進一步調查研究并完善設計方案。對實驗數據進行整理、分析、得出客觀的判斷和解釋，發現理論數據與實驗數據偏離比較大時，要通過重新進行實驗，培養嚴謹的、科學的工作作風，對于反復試驗結果與理論偏差大的問題時要引起重視，多跟老師進行溝通，注意發現新問題。

實驗完畢后，要寫結題報告，需要進一步討論資料是否具有科學性，實驗數據是否準確，討論是否邏輯清楚，結論是否恰當。同時老師要引導學生學會整理資料，加工處理實驗數據，學會繪制表格，學會以科研論文的方式實事求是總結。學生把實驗結果跟其他同學或老師進行討論、交流，發現實驗中出現的問題，培養解決問題的能力。

四、設計性、研究性實驗的效果

學生經過參與實驗，親身感悟和熟悉了科研的環節和方法、團隊協作的團隊精神、善于積極思考問題的意識，是學生初步具備了科研能力。研究性、設計性實驗培養了學生科研論文的寫作能力。在傳統的實驗教學中，學生完成的實驗報告大多是將實驗指導書重抄一遍，而在設計研究性實驗中，學生完成的結題報告，反映的是學生對收集資料整理的結果，對實驗課題設計的方案，對實驗中發現、解決問題的過程，對各種實際數據的記錄，以實驗結果的討論分析，自己在實驗中的一些體會等。

通過設計研究性實驗極大地激發了學生的科研興趣，活躍了學生的思維，開拓了學生的視野，促進了學生對所學知識的綜合應用，進行跨學科、跨領域的研究性實驗，達到了培養學生獨立研究能力，提升了實驗教學的整體質量和水平。在設計研究性實驗中，注重培養學生學風的培養，要求學生誠信做人，誠信科學。培養學生一種科學的實驗精神，一種科學的務實精神，一種科學的嚴謹與進取精神。

參考文獻：

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（作者單位：貴州大學）