大學物理教學中創新能力培養的三個途徑

董梅峰 宋新祥

(中國石油大學 山東 青島 266555)

大學物理中所有物理規律的得來可以總結為以下三種：第一種通過做實驗直接得到物理規律；第二種由已有的規律出發，通過嚴謹的數學推導得到新的物理規律；第三種通過“假設”得到新的理論.下面就物理規律得出的途徑不同分別進行相關的教學內容設計，通過不同的教學內容培養學生科研創新所需的各方面能力.

1 設計實驗分析實驗的能力培養

物理學從某種意義上講可以說是一門實驗科學，物理規律的由來大多是由實驗而來，而實驗能力的培養是科學研究所必須具備的.

1.1 實驗設計能力的培養

由此可見，通過設計實驗和實驗結果分析能不能得到物理規律，指導思想是非常重要的.再比如，在“電磁感應定律”章節中，實驗研究得到了法拉第電磁感應定律后可以穿插以下內容：

電磁感應定律是由科學家法拉第于1831年8月29日通過實驗得到的實驗規律.而在1831年之前有許多科學家從事該領域的研究，也做了相關的實驗，其中1823年,瑞士物理學家科拉頓(Colladon,1802～1892年)曾企圖用磁鐵在線圈中運動獲得電流,他用一個線圈與檢流計連成閉合回路,為了使磁鐵不至于影響檢流計中的小磁針,特意將檢流計放在隔壁的房間里,用磁棒在線圈中插入或拔出,然后一次又一次跑到另一房間里觀察檢流計是否偏轉,未能發現電磁感應現象.該實驗看來比較令人遺憾，如果當時科拉頓發現了電磁感應現象，那么電磁感應定律就早8年得出了.但仔細分析一下科拉頓實驗失敗的直接原因是其指導思想的錯誤，他認為感應電流有保持，在這個錯誤的指導思想下當然得不到科學的物理規律.

總之，實驗之前要有扎實的理論思想做指導，指導思想的正確與否可直接導致實驗結果的成敗.通過以上講解可培養學生分析問題、設計實驗、分析實驗結果的能力.

1.2 分析實驗結果在結果中發現問題的能力培養

即

公式說明感應電荷與磁通量的變化量成正比.以上就是設計沖擊電流表的原理，在1822年科學家安培用此原理設計出了沖擊電流表，但并沒有給出電磁感應定律，如果他細心地分析下去就會發現電磁感應定律，而他錯過了發現電磁感應的機會.通過以上講解使學生意識到在科研過程中養成良好的科研分析總結能力的重要性.

1.3 實驗過程中培養學生不怕失敗的精神

例如,法拉第發現電磁感應現象并不是偶然的機遇，他進行科學實驗研究的過程也不是一帆風順的，其堅持做了10年之久的科學實驗，在這期間經歷了無數次的實驗失敗，但扎實的理論基礎和不怕失敗的精神使他堅信“既然電能生磁；反過來磁也能生電”.通過以上講解讓學生在科學研究過程中培養不怕失敗的精神.

2 嚴謹的數學推導的能力培養

由已有的科學理論為基礎，通過嚴謹的數學推導可以得到新的物理規律，這就需要具備扎實的物理和數學基礎.

比如，在教學中推導得到靜電場高斯定理時，中間經歷了嚴謹的數學推導，同時也可以指出高斯是一名數學家、天文學家和物理學家，當時他的數學很好，享有“數學王子”之稱，所以其能通過嚴謹的數學推導得出了靜電場的高斯定理.通過以上講解可以培養學生嚴謹的數學推導能力.

3 敢于突破傳統觀念提出自己見解的能力培養

當已有的理論解釋不了實驗現象時，就需要科學家敢于突破傳統觀念的束縛，大膽地提出自己的見解，從而形成新的物理理論，也就是現在物理學中的假設理論.

4 總結

以上通過相關的實例介紹了如何在大學物理教學中設計課堂培養學生的科研創新能力.同時在教學中也要結合教學章節與前沿知識的聯系，給學生提供不同的當代物理研究的熱門科研方向，供學生選擇并在教師的指導下深入研究，從而使學生萌發科學研究的想法.例如,在大學物理中固體物理的“量子理論和激光”章節中，與激光有關的當代研究領域比較多，可以給學生指出幾個方向供有興趣的學生選擇研究，比如,激光測量方面的研究、激光器的研究、激光武器的研究、激光通信等等.通過類似的指導，可以激起學生課余時間進行科學研究的興趣，并且給學生提供了一個科學研究的方向.

另外，在教學中指導學生把所學知識運用到實際當中，給學生提供實習的機會.利用大學物理實驗室的條件，指引學生用所學的物理知識設計實驗儀器，從而培養學生的實驗創新能力.例如,在大學物理波動光學部分引導學生利用光的干涉，可以測量微小物理量的特點動手設計相關的演示實驗儀器，可以更好地培養學生動手能力.多年來在教學中不斷地嘗試設計旨在培養學生創新能力的課堂教學，已取得了良好的效果.

參考文獻

1 賈瑞皋.大學物理教程(上、下冊).北京：科學出版社，2009

2 郭奕玲，沈慧君.物理學史.北京：清華大學出版社，2006