改革大學物理實驗的教學模式，提升大學生的創新能力

李樹發 陳春雷

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?物理實驗是大學一門重要的課程，可以驗證物理理論，促進物理理論的發展。通過大學物理實驗教學，不僅可使學生獲得知識，還能培養學生的創新、創造能力。但在大學物理實驗的實際教學中，還有很多需要改進的地方。分析大學物理實驗教學中存在的問題，提出改革大學物理實驗的教學模式，提升大學生創新能力的探索措施。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?大學物理實驗;教學模式;創新能力

[中圖分類號] ?G642 ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）13-0138-02

物理學是一門以實驗為基礎，研究宇宙萬物間能量轉化及轉移過程中相互作用規律的自然學科。本質上講，物理學是一門應用性極強的實驗學科，其規律的發現及理論的建立都必須以實驗為基礎或者通過實驗驗證[1]。因此，在加強理論知識學習的基礎之上，也必須尊重物理學的發展規律，重視物理實驗的學習及操作，以培養學生的實際操作能力、增強學生的理論與實踐相結合的應用能力、提升學生的創新意識及創新能力[2]。大學物理實驗課程是高等學校培養創新型人才的基礎課程，受到廣大高等學校的重視。大學物理實驗課程是大學物理的重要組成部分，在驗證歸納物理規律，培養學生分析、處理問題的創新能力方面具有不可缺少的作用。因此，各個高校工科類、農林類專業紛紛開設大學物理實驗課程，作為必修基礎課。該課程的開設也為后續專業技能的培養及鍛煉打好基礎，還能鍛煉學生的科學素質、思維方式和應用能力[2]。大學物理實驗的實驗教學是大學物理實驗課程的重要陣地，應得到足夠的重視，但是在現實教學中卻有讓人不滿意的地方。無論是學校層面、教師教學層面還是學生的學習態度，都沒有達到相應的要求。因此，筆者以自身教學大學物理實驗課程的經驗及角度，談談對大學物理實驗課程存在的一些問題，以及應采取的改革措施。

二、大學物理實驗課程教學中存在的問題

（一）大學物理實驗課程的教學模式創新不足

當前，各高校雖然基本都開設了大學物理實驗課程，但并沒有作為主干課程，學分少、課時少、儀器陳舊等問題仍舊存在。這在實際教學中會導致一系列的其他問題。首先，學校投入的經費不足，很多實驗儀器陳舊，年代久遠，沒有得到及時維修更換;實驗儀器數量偏少，需要2～3人共用一臺儀器設備;沒有添置一些前沿的實驗儀器。用這些實驗儀器設備開展實驗教學，使大學物理實驗課程的教學效果大打折扣。其次，師資配備投入不足。一位教師通常需要帶幾個實驗教學班，人手不夠導致壓縮大學物理實驗課時、學分的現象。比如，大學物理實驗課程的學分通常只有1～2學分，只有30課時，甚至有些專業只開設16課時。這些問題會導致教師在大學物理實驗教學中主要以灌輸式的教學模式為主，缺少對教學模式的創新。在大學物理實驗教學中，通常存在教師在實驗原理、理論推導和實驗過程步驟上已做好充分的準備，學生只是聽從教師的指令和要求完成所學的實驗。例如，上課之前已調試好實驗儀器設備，上課講解演示實驗步驟，并演示實驗過程需要注意的事項等。講試完成后，在余下的時間里學生只是照著教師講解演示的步驟完成實驗操作并記錄實驗數據。學生既沒有花費時間調試儀器設備，也缺少在遇到問題時進行獨立思考、探索的鍛煉。這樣的教學模式既沒有達到應有的教學效果，也沒能讓學生體會到實驗中的大智慧。在大學物理實驗教學中，部分學生存在應付的學習態度。由于學分少、課時少，很多學生并沒有足夠重視大學物理實驗課程的學習，也沒有認識到大學物理實驗課程對創新能力培養的重要性。在教師要求做實驗課前預習時，只是簡單地抄完實驗預習報告，上課時常常出現大部分學生并不知道所做實驗的意義是什么、目的是什么、關鍵點在哪兒、原理是什么。看完教師演示后，只是簡單重復實驗步驟。在實驗過程中調試不出實驗結果時，直接讓教師幫忙調試，不愿意獨立探索問題出在哪兒，思考為什么出現這樣的問題，后續實驗中需要注意什么問題，并進行改進、解決問題。即使獲取了實驗數據，只是當作完成了一項任務，學生并沒有或者不會先確認實驗數據是否合理，是否正確，以反過來檢查實驗操作過程中哪些步驟出了問題。最后，只是簡單按照公式處理實驗結果，往往缺少實驗結論，也不愿意做誤差分析，對實驗過程中誤差的大小、實驗獲取結果的正確性有多大、分析問題出在哪里、往后要注意什么、怎么改進等都不關心。

（二）大學物理實驗課程培養學生的創新能力不足

在大學物理實驗教學中，不僅可以驗證物理規律，還能培養學生的實驗操作技能，進而提升學生的創新能力。但是在具體的實驗項目中并沒有達到培養學生創新能力的目的。實驗項目并不能引起學生興趣，不能吸引學生，不能激發學生的好奇心，使學生思索、探究、創新;現行大學物理實驗教學中，尚缺少設計性實驗。設計性實驗可以使學生靈活、創造性地運用物理知識及實驗技能，從不同角度、不同層次采取不同方案設計實驗并完成實驗，激發學生學習的自主性，提高學生的思索能力，進而培養學生的創新精神和創新能力。現行大學物理實驗教學也缺少探索性實驗的安排。學生只是簡單重復教師演示后的實驗步驟，并沒有發揮實驗教學的主角作用，不利于創新能力的培養。如果大學物理實驗教學中適當引入探索性實驗，讓教師在實驗過程中只作為指導者、旁觀者，可以充分提高學生的實驗熱情及興趣，充分發揮學生的主角作用，充分激發學生的創造性思維。

二、大學物理實驗課程教學中的改革及探索

大學物理實驗課程教學中存在的學分少、課時少、投入不足等問題導致教學模式創新不足以及學生創新能力不足，筆者根據自己的教學經驗進行了改革與探索。

（一）以學生為主體的教學模式改革

考慮到現行大學物理實驗教學中存在學分少、課時少、投入不足的實際問題未必能短時間內得到明顯改變。因此，在學分沒有增加、課時沒有增加、資金和師資投入不夠的情況下，可采取減少實驗項目總量的方法。當前大學物理實驗的項目總數通常是二十個左右，可減小到十個項目。這樣相當于適當延長單個實驗項目的時間。在單個實驗項目時間足夠的情況下，必須要改革大學物理實驗的教學模式，徹底解決大學物理實驗課程教學主體顛倒的問題。在項目數不多、實驗時間不緊迫時，學生有足夠的時間認真完成物理實驗，細細體味物理實驗，進而理解物理實驗。這種通過以質量換取數量的方法，可以切實激發學生的主體性，提升學生的學習能力。此外，教師要相應改進教學方法，調整教學目標。學生是大學物理實驗學習的主體，教師是大學物理實驗教學的引導者。學生是知識的主動汲取者，教師是學生學習的指導者。以學生為主、教師為輔的教學目標引入有趣的教學情景，引導學生主動思索問題并主動完成實驗。經常思考實驗過程中存在的問題并加以分析解決，對學生分析問題能力、解決問題能力的提升大有益處。因為經常動手做實驗，調試實驗設備，可增強動手能力，提升解決實際生活中問題的能力，進而可以主動做一些有新意的實驗，改善現有實驗不足的地方。經過鍛煉，可培養學生學習的主動性及興趣，提升獨立操作、分析能力以及研究創新能力。

（二）以自主探索為目的的創新能力培養

在資金投入不足、儀器設備更新慢的情況下，教師更要創新大學物理實驗的教學模式，更要積極探索如何加入設計性、探索性實驗項目。要改革以前課堂演示以教師為主體的教學模式，利用探索性、設計性實驗，讓學生直接參與，發揮學生充分用腦、用手的主體作用，激發學生的創新思維。例如，可加入“單擺測量地球重力加速度”的設計性及探索性實驗。單擺實驗原理簡單，使用儀器隨處可見、可用。單擺實驗測量重力加速度的表達式中的L是單擺線長，T是擺動周期，只要一把尺子和手機中的計時功能即可測量。但是這個簡單、方便的實驗足夠學生在創新、創造方面用來進行設計性、探索性實驗。在實驗教學過程中，教師可提示學生重力加速度的表達式是怎么來的，讓學生自己推導，進而讓學生自己體會這個實驗原理的適用條件。對于實驗原理中的角度很小的情況，可引導學生思考怎樣的角度才算是角度很小的情況。讓學生通過實驗確定，多大角度下單擺測量得到的重力加速度是合理正確的。在學生探索過程中，指導他們不斷改變擺角度，如從小角度到大角度擺，然后測量不同角度的實驗數據，進而根據公式處理得到重力加速度。比較不同角度下測量的重力加速度有什么變化，分析其中的原理，探索單擺實驗的原理的適用性。此外，通過這些探索后，還可以讓學生自己重新設計單擺實驗，自己選擇實驗使用的器材，自己改善實驗條件，提高實驗的測量精度，以及確保實驗結果的可靠性。通過這樣簡單方便的實驗，使學生主動做實驗，體會實驗中的奧妙，進而激發學生的創新、創造能力。

本文根據筆者對大學物理實驗教學中存在的問題及經驗，對大學物理實驗教學進行了改革探索，以期提升大學生的創新、創造能力。當然，筆者也僅作了部分探索，高校在大學物理實驗的重視上、投入上還應加大力度，以便促使大學物理實驗能跟上時代發展的步伐，使大學物理實驗教學的改革符合科學發展的需要，培養學生扎實的實驗功底和開拓創新能力。

參考文獻：

[1]陳曙光.大學物理學[M].長沙：湖南大學出版社，2006.

[2]唐貴平.大學物理實驗[M].上海：復旦大學出版社，2007.

編輯 武生智