高校物理實驗教學學生創新能力研究①

洪渭 石友彬 王慧 陳春雷

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?眾所周知，物理學是一門建立在實驗基礎之上的自然科學。近代以來，物理學得到了突飛猛進的發展，每一次的發展均離不開物理實驗的有力推動，例如，新物質的發現及奧秘探究、物理理論向現實技術生產力的轉化等。隨著我國教育的不斷發展，大學的物理實驗教育逐漸成為我國教育發展的重點，同時，通過將教育概念納入主流教育發展，通過改革實驗教育，加強大學物理的創新實驗教育內容，促進我國大學物理實驗教育教學的整體創新能力。目前，我國正研究如何加強大學物理實驗教育的問題。通過大學物理實驗教學增加學生的物理知識儲備量，同時提高學生的實驗能力。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?大學物理;實驗教學;創新能力

[中圖分類號] ?G642 ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）18-0182-02

實驗教育是人才開發以及提高學生綜合技能和培養學生創新和實踐能力的一個重要手段，也是學生實踐培訓的一個重要組成部分。學生通過物理實驗，能夠提高自身分析和解決問題的能力。通過鼓勵學生進行研究和創新，提高大學物理實驗教育的實用性，同時保證了實驗教育的教學質量，滿足了社會對人才發展的必然需求。大學物理實驗的創新是高等教育工作者的一項長期任務，使學生能夠更好地了解知識，不斷提高自身的綜合水平是大學物理實驗教育創新的關鍵。高等教育的重點是為國家提供創新型和發展型人才。因此，我國教育工作者應當提高學生的創新精神，在實驗創新中培養更多具有創新意識的人才。目前，我國高等教育的核心任務是如何實現大學物理實驗教學的創新。在大學物理教學和實驗實踐中對如何發展學生的創新能力進行了進一步的研究，特別是在創新教育概念方面，通過加強實驗性教學團隊綜合水平以及創新教學內容等方面進行了突破性的嘗試。本文通過實驗性教學的創新性研究，提出如何提高大學物理實驗的創新能力，并努力在教學實踐中取得更好的成果。

一、目前大學物理實驗教學中存在的問題

大學物理實驗是基于物理知識學習的基礎上為學生提供的一個物理實驗方案的驗證場所，它不僅能夠為學生提供嚴格和系統的實驗技術培訓，使他們能夠獲得進行物理實驗的基本知識、方法和技術，同時也提高了學生的物理思維和創新精神，從而使學生能夠結合理論與現實的分析與解決問題聯系起來[1]。

1.長期以來，大學物理實驗教育主要依靠教育制度和教學內容，這種教育制度和內容多年來沒有改變，與現代物理中迅速發展的新理論和技術脫節。在實踐中，大學物理實驗被看作是課堂教學的一個附屬功能，僅能夠實現簡單和反復地核查教科書中的基本物理規律，無法更深層地進行探討。在大學物理教學的過程中，學生對基礎物理課感到厭煩，這嚴重妨礙了學生開展物理思維方法的主動性、創造性以及學生發展。

2.大學物理實驗教育教學中，每次實驗為兩小時，在此期間必須完成實驗、儀器操作的熟悉以及實驗內容原則的了解等一系列實驗前所需要了解的知識。通常來講，教師僅教授實驗原則以及實驗程序，同時簡單傳授固定裝置和儀器操作方法等，使學生沒有多少時間進行思考，因此盲目操作實驗儀器，導致學生被動接受知識。

3.實驗是物理學的基礎，物理實驗的概念和模式主要是通過不同類型的實驗發展和確定的。然而，在理論教育中，概念形成過程缺乏實驗的背景。盡管學生在課上對物理相關概念有所了解，但他們無法從根本上了解物理學家實驗設計的目的和方法，也不知道最終會得出哪些明確的物理規律。此外，在實驗中缺乏思考過程，僅通過形而上學的理論知識了解物理實驗的內容而不了解其實驗的目的，不僅無法培養學生的物理意識，同時也限制了學生的思考。

二、課程改革的實踐方法

目前的大學物理實驗教學模式不符合21世紀物理技術發展的需要。因此，必須建立一個適應現代物理技術發展的新的教育體系，以促進現代物理技術發展，為未來物理學科的發展奠定堅實的基礎。

（一）以培養學生自主創新為目標，建立物理實驗課程新體系

基礎物理學實驗課程系統分為三個部分，分別是基本儀器實驗、基礎實驗和創新實驗。基礎物理學實驗課程系統實現了從低到高、從基礎到高級的逐步改進以及從獲得知識到綜合能力的發展。基礎物理學不再僅僅是課堂教學內容的重復和認證，而是將電力、光學和現代物理學等獨立學科結合起來的實驗。通過建立物理實驗課程新體系，了解物理實驗基本物質的測量、基本實驗工具的使用、基本實驗技術的培訓以及創新的實驗方法嘗試。通過建立物理實驗課程新體系，將基本類型的實驗逐漸增加至綜合實驗的難度，并使之不斷擴大和雙薪。物理實驗課程新體系中的創新性實驗要求學生在教師的指導下設計自己所感興趣的物理課程，通過一系列的物理實驗，使學生能夠形成一種綜合的創新思想。學生通過設計實驗以及在實驗中獲得的成功和失敗的經歷，能夠了解更多的實驗操作經驗，從而達到提高物理實驗質量的目的。

（二）注重大學物理實驗內容的時代性與先進性

大學的物理實驗必須與現代物理實驗相適應，以激發學生學習的熱情和動力。此外，可以將現代物理技術的成果納入傳統的理論中，以更好地實現創新性實驗的發展。在物理實驗課程新體系中，通過成功地將計算機技術、光學技術、光譜學、磁共振、核物理學、彈性X射線顯微鏡、光譜學等現代物理成果應用于學生的物理實驗中，實現了現代大學物理實驗的時代性和先進性[2]。

三、創新教育理念

在目前大學實驗物理教學活動的框架內，為了提高大學實驗物理教學的效率和實驗教學的質量，實驗教師應當轉變教育的理念。在課堂上，教師要積極創造有利條件讓每名學生均能在互動、溝通及探究中發揮各自的智力優勢，增強每位學生的自信心，并主動投入緊張的學習中。在實驗教學中，教師要努力放松學生的心理包袱，這是推行創新實驗教學的要旨，不能由于學生回答或理解錯誤便遭到負面評估，這樣，大家才會全身心地投入實驗問題的思考中。此外，在大學物理實驗教育過程中，要求學生在每次實驗之前編寫并提交一份詳細的報告，包括實驗的目的、實驗的原則、使用的工具、實驗數據表、實驗步驟和預防措施。與此同時，不少實驗可借由電子計算機變革陳舊的實驗方式，并時刻增強實驗測量的速度及精確度。把這一系列實驗教學系統的基本原理及整體框架告知學生，使其經由實際的操作、測量及觀察深切地領悟當代物理科學的魅力，并激發學生對物理實驗奧秘的探究欲望，同時有助于提高學生的綜合實踐能力。

四、創新實驗教學內容和方法

（一）增設虛擬仿真實驗

虛擬模擬實驗教育是高等教育實驗示范中心建設的一個重要組成部分，它有助于實驗教育的改革和創新。虛擬模擬教學實驗項目是信息和通信技術創新的一個重要組成部分。我國頒布的“教育部關于全面提高高等教育質量的意見”和“教育信息化十年發展計劃（2011—2020年）”等文件中提出了提高實驗教育的發展是當前我國教育發展的重點。因此，為了逐步將實驗教育的內容與信息技術結合起來以提高實驗教育的質量和專業水平，應當將物理實驗的教學內容進行整合和優化。

（二）將Mathematica和Origin引入實驗教學

Mathematic是一種數學軟件，Orgin是一種圖形顯示和數據分析軟件，兩種軟件都具備較強的功能，同時具有操作簡單的特點，廣泛應用于數學工程和物理應用中。通過將Mathematica和Origin引入實驗教學，利用數據、功能和圖形組合對實驗數據進行處理和分析，用數字模型模擬實驗結果，并將不同實驗結果進行比較。

（三）加強實驗教學團隊建設

實驗團隊是實驗教育、物理研究、實驗室建設的一支重要力量，是創造教育內容和改革實驗教育的關鍵，也是提高教育質量的一個重要手段。通過建設實驗教學團隊，以教學名師為核心骨干，采取有效的措施實現建設實驗教學與理論教學隊伍互通，實現教學團隊建設的發展骨干相對穩定和結構合理的實驗教學團隊[3]。

（四）以賽促教，重視學生實踐和創新意識的培養

物理競賽為激勵學生創新提供了強有力的支持，一方面鼓勵學生在過程中突出積極性和創造性，提高他們的實際動手能力和團隊意識，另一方面為教育改革提供了一個新的平臺。近年來，物理示范中心的工作重點是發展學生的操作能力和基本技能，積極組織學生參加學科競賽，以提高學生對物理實驗的認知。例如，我國教育學院物理教育專業委員會為大學生和研究生舉辦了關于物理創新實驗的全國競賽，在國家高等物理教育研究所的支持下，通過高水平的教育競賽，提高了學生操作和創新的能力，同時也實現了教學實驗的優化[4]。通過舉辦競賽，提高了學生的物理應用能力、創新能力以及技能發展。通過參加物理實驗競賽，與過去相比學生的操作能力大幅度提高，這不僅有助于提高學生的學習能力和團隊精神，而且也有助于提高學生的實際操作能力和創新能力[5]。

在過去幾年中，由于實驗教育的改革和創新，學生參與實驗的主動性和興趣大幅度增加，不斷提高了自身的實驗設計以及實驗數據處理能力。通過物理知識的學習，培養了學生物理實驗創新的能力，同時也加強了物理實驗基礎設施建設，在培養學生創新能力方面發揮了重要作用。希望能夠通過物理實驗教育真正達到提高學生的創新能力，為物理實驗教學夯實基礎[6]。

參考文獻：

[1]代偉，徐平川，陳大紅，等.培養學生創新能力的大學物理實驗教學體系研究[J].大學物理實驗，2013，26（4）：107-110.

[2]張海峰，毛建瑞，劉一.創新人才培養視域下的高校教學實驗室綜合改革[J].實驗室研究與探索，2017，36（11）：246-251.

[3]張亞萍，張令坦，馬紅章，等.物理實驗創新平臺環境協同體系建設與實踐[J].實驗技術與管理，2018，35（4）：30-33.

[4]李永濤，毛巍威，劉猛洪，等.提高大學物理實驗教學質量的思考[J].大學物理實驗，2013，26（1）：117-119.

[5]李春芳.大學物理實驗教學改革探討與分析[J].吉首大學學報（自然物理版），2011，32（3）：120-123.

[6]彭小建.高等教育新常態下虛擬仿真實驗教學中心建設探索[J].實驗技術與管理，2016，33（10）：237-240.

編輯 馮永霞