利用近代物理實驗提高學生創新能力的探討

孫薇薇 李祖君 楊海

摘 要：近代物理實驗是一門綜合性很強的課程，在物理學專業的教學中具有非常重要的作用。傳統的教學方法不能有效的激發學生的學習興趣，不利于學生創新能力的培養。根據近代物理實驗的教學特點，將實驗分為必做實驗、選做實驗和設計探究性實驗，以適應不同學生的需求；通過提高對實驗報告的要求、指導學生制作相應的多媒體課件以及改革考核手段等方面的改革，增加了學生參與實驗的深度，鍛煉了學生的科研意識和團隊合作精神，重點培養了學生的動手能力和創新能力。

關鍵詞：近代物理實驗 學習興趣 動手能力 創新能力

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（c）-0173-02

在科技高度發展的今天，科技創新是提高社會生產力的必由之路，而人才是科技創新的前提。高校作為培養人才的搖籃，為了適應新時期對創新型人才的需求，教學培養模式已經發生了變化，由原來的以理論為主的教學模式逐步轉變為重視實踐能力的培養。作為地方綜合型大學的佳木斯大學以“明德勵學，崇尚實踐”為校訓，從中可見學校對學生創新能力、實踐能力的重視程度。目前社會對人才的綜合素質提出了更高的要求，要求對能夠靈活運用所學的專業知識、具有較高的應變能力以及創新能力。這就要求學生在掌握知識的同時，更具有更強的動手能力和創新能力。

實驗教學是培養學生創新思維與能力的重要教學環節之一。近代物理實驗在物理教學中具有特殊的地位，是一門綜合性很強的實驗。近代物理實驗的大部分實驗都選自物理學發展史上具有重要作用的著名實驗，在實驗技術和實驗方法上都具有劃時代意義[1]。該課程的相對于其他專業物理實驗具有涉及的知識范圍廣、需要的知識深度大、應用的設備更現代化和應用背景更接近科技前沿等特點，這樣的特點決定了學生在進行實驗的過程中需要對近代物理學有更加全面和深入的了解，同時也可以為學生綜合利用所學的物理知識和實驗手段提供更多的思考、實踐的機會，能夠激發學生學習興趣，培養學生學習的主動性和積極性[2，3]。所以近代物理實驗教學在培養學生創新能力方面具有重要的意義。本文結合我校近代物理實驗課程實際進行了探索和改革，采用不同層次的實驗題目、提高對實驗報告的要求、利用多媒體展示實驗難點以及改革考核方式等措施，激發了學生的學習興趣，提高了學生的動手能力及創新能力，使近代物理實驗真正成為創新能力培養基地。

1 近代物理實驗教學存在的弊端

實行大類招生以來，學生可以按照自己的喜好來選擇專業，所以對專業教學質量的期望更高，這就對近代物理實驗的教學提出了更高的要求。而且大類招生的學生在層次上有較大的差別，再用一刀切的方式進行實驗教學勢必會影響教學效果。在以往的近代物理實驗教學過程中，多是在教師安排好的進程下進行，由于教學學時有限，學生既要熟悉實驗的原理，又要了解復雜的儀器設備，還要實施具體的操作，沒有足夠的時間去思考和疑問，只能按照教師的安排進行實驗，學生思考的少，操作比較盲目，模仿的痕跡比較重[4]。另一個影響學生學習積極性的因素是實驗原理的復雜性，近代物理實驗多為綜合性比較強的實驗，實驗設備集成程度較大，學生不能夠獲得直觀的印象，對于實驗原理理解不夠透徹，不能深入到較深的層次上。這樣的教學嚴重影響了學生學習的積極性和主動性，限制了他們創造力的發揮，不利于學生創新能力的培養；沒有積極性的實驗必然導致學生對實驗過程不認真，對實驗結果的不重視，抄襲實驗報告現象十分普遍。這樣的實驗課程根本起不到培養人才的目的。此外近代物理實驗的教學大多的依賴于實驗設備，而大型設備的購置、保養、維修等環節復雜，周期長，很多設備的更新換代比較遲緩，有的設備由于老化而出現殘缺、配件不全等問題，這些都降低了學生學習的興趣，影響了對學生創新能力的培養。所以，在近代物理實驗教學中如何改革教學模式，更新教學理念，真正實施以學生為主體、發揮學生主動性的實驗教學方法，對培養學生的創新能力具有重要意義。

2 革新近代物理實驗教學內容，培養學生的創新能力

2.1 按照學生要求設置不同級別的實驗題目

大類招生后，學生的能力水平差別有所加大，為了兼顧各類學生的不同需要，我們將近代物理實驗題目分為不同級別：必做實驗、選做實驗、設計性和探究性實驗幾個層級，每一個層次的教學要求有所差別，以適應不同層次學生的學習需求。

必做實驗旨在強化學生的基本測量技能和數據處理技能，對實驗思想的理解和物理方法的掌握。選擇比較容易掌握和操作，同時也是物理學發展史上非常著名、具有劃時代意義的實驗，如光電效應、電子衍射、塞曼效應等實驗題目。必做實驗的數目以6個為宜。

選做實驗的數量要多于必做實驗，要給學生留有一定的選擇空間，我們開設了20個選做實驗，學生至少選擇并完成10個實驗題目。這些選做實驗大多數為各個領域的代表性實驗，有高新科技應用的實驗題目，前沿科技涉及的實驗題目，還有在實驗思想和實驗方法上創新的實驗題目，如微波技術、氫原子光譜、光泵磁共振、巨磁阻效應、色度實驗、高溫超導、光速的測量、光譜學、現代光學技術等。這些實驗融合了不同學科的知識體系，知識的難度和綜合性都大大提高，而且難度程度有一定的差異，學生可以根據自己的興趣和能力選擇不同的實驗題目，這樣的教學方式有利于學生發揮主觀能動性，對自己能力有準確的定位，以便于發揮自己最大的能力。

設計性和探究性實驗題目約為8個，要求學生自主選擇完成4個實驗題目。這些題目主要是對現有實驗進行拓展和創新，一部分是對實驗室現有設備進行初步的改造，以期實現額外的功能，培養學生動手能力以及創新能力；一部分來源于教師的科研課題中的內容，讓學生參與到教師的科研工作中來，體驗科研的樂趣與艱辛，進行科學方法的教育；一部分針對學生在不同實驗中發現的感興趣的現象和問題進行進一步的探索；還有一部分可以利用計算機和網絡資源進行數值模擬計算，使學生從理論上進一步理解物理概念和物理過程。設計性的實驗包括高真空的獲得和測量、全息照相、第一性原理計算，磁控濺射等題目。設計性實驗的綜合性比較強，既需要教師的精心設計，細心挑選，要有足夠的深度和廣度的把握，還要兼顧學生的水平和能力，要求學生在熟悉基本理論和操作的基礎上有所延伸和擴展。學生自己設計實驗方案、選擇實驗方法和器材、擬定實驗步驟，并在實驗中不斷修訂實驗方法和步驟，對實驗結果進行科學的分析。在設計性實驗中可以充分培養學生思考能力、發現問題解決問題的能力以及創新能力。

2.2 提高對實驗報告的要求

在以往的教學模式下，學生學習的主動性被限制，對實驗沒有過多的了解和認識，只是機械的接受，在這種學習狀態下不可能認真對待實驗報告，更有甚者直接抄襲別人的實驗報告，學術作風日漸下降，而撰寫實驗報告過程也是了解實驗、設計實驗的一個重要環節。所以，提高對實驗報告的要求對學生創新能力的培養也是一種途徑，同時也培養學生樹立嚴謹的學術作風。

首先要求學生按照預習、操作、總結分析三個階段撰寫實驗報告，對待預習的要求不僅僅停留在上交預習報告層面上，還要求在報告中指出本次實驗所用的科學方法、物理思想，督促學生對實驗進行深入的思考和探究。在操作過程中，將原來教師講解實驗原理改為由學生匯報預習情況，由于通過撰寫預習報告，學生對實驗過程有了一定的理解和認識，再經過語言加工講解出來更加深了學生對實驗的理解，這樣就將原來單純的檢查預習報告改為驗收預習的效果，大大增強了學生對實驗的認識和重視。強調對實驗進行總結的必要性，鼓勵學生對實驗結果加以深入研究及拓展，積極思考，提出疑問，重視學生提出的問題，并對這些問題加以解釋，同時指導學生如何通過實驗來驗證科學的解釋，強化學生利用理論解決實際問題的能力，激發學生的想象力和創造力。

2.3 多媒體課件展示實驗重點難點

由于近代物理實驗原理復雜且抽象，儀器集成度高，其中的原理不容易展示，容易給學生造成感知上的障礙，影響學生學習效果。為了解決這個問題，可以根據實驗的具體需要，將實驗原理或儀器的工作原理制作成多媒體課件展示給學生，幫助學生深入掌握近代物理實驗的物理思想和科學方法，從而能達到舉一反三的教學效果。

多媒體課件的制作必須按照教學大綱的要求，突出教學的重點和難點，講究科學性和系統性，適當加入Flash動畫或視頻元素以及圖片，豐富教學內容，引起學生的學習興趣。在制作多媒體課件的過程中，教師可以與學生一起交流討論，共同完成，也可挑選綜合素質較高的學生，組成小組，按照教師布置的任務，自己尋找素材獨立制作，再由教師進行審核修改直至最后完成。在課件的制作過程中學生會對近代物理實驗原理了解的更加深入透徹、對步驟會更加清晰完整，學生會投入更多的精力對近代物理實驗進行深入的研究、思考，不僅鞏固了所學的物理知識，而且還培養了學生的動手能力、團隊意識、創新意識、獲取素材的能力以及綜合能力，提高了學生的科學素養，對提高學生進入社會的實踐能力和創新能力都有很大的促進作用。

2.4 考核制度突出實際操作和物理思想

傳統的考核方式靈活性差，不能針對學生的實際特點作出評判，單純的以成績的高低來界定學生的好壞，這種考核方式抹殺了學生對實驗的積極性，不能引起學生的足夠重視。所以，改革考核制度應加大對實際操作和對物理思想理解的考核，如儀器操作、數據處理、誤差分析等，綜合在設計性實驗中的具體表現，可以適當加大設計性實驗在考核中的比重。考核形式多種多樣，可以以個人為單位，也可幾個同學組成小組共同解決較困難的問題，可采用操作演示、書面報告和口頭報告等形式解決具體問題。結成小組進行考核不僅鍛煉學生提出問題、解決問題的能力，還能鍛煉學生的團結合作、互相配合的團隊協作能力，為今后的工作學習打下一定的基礎。

通過采用上述的幾種方式，學生實驗的積極性明顯增強，實驗過程中的認真程度大幅度提高，能夠對一些問題進行深入的討論，解決問題的能力大大提高，學生不僅獲得了一定的創新能力，還在科學方法和團隊合作方面得到了極大的鍛煉。

3 結語

近代物理實驗本身就是一個創新的產物，它蘊含了豐富的物理思想、物理方法和創新思想，在近代物理實驗中培養學生的創新能力更能體現創新的重要性。通過激發學生學習興趣、提高學生動手能力，使學生更深入了解物理思想、運用科學方法，培養學生創新能力。當然學生創新能力的培養不是一朝一夕的，需要在教學中不斷的激發學生的興趣，引導學生采用科學的方法，認真思考，動手實踐，這是一個長期的培養過程，在不同課程中實施改革，不斷提高學生的創新能力。

參考文獻

[1] 麻煥鋒，董若穎.拓展近代物理實驗提高本科生創新意識[J].大學物理實驗，2013，26（1）：120-122.

[2] 劉富池，孔文婕，覃以威，等.近代物理實驗培養學生創新能力探討[J].實驗科學與技術，2011，9（1）：114-116.

[3] 郝世明，劉香茹，李新忠.近代物理實驗教學體系及教學模式的改革[J].中國現代教育裝備，2011，117（5）：117-118.

[4] 李勇軍，張海燕.大學生創新能力訓練模式探索與實踐[J].實驗技術與管理，2014，31（11）：17-19.