互聯(lián)網(wǎng)時代大學物理教學中學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的研究*

許佳路

(長春理工大學數(shù)學與統(tǒng)計學院 吉林 長春 130022)

徐立君

(長春理工大學物理學院 吉林 長春 130022)

李鐘琦

(長春外國語學校 吉林 長春 130012)

王曼維

(農(nóng)業(yè)部信息中心 北京 100026)

1 引言

在當代社會知識經(jīng)濟條件下，創(chuàng)新對社會經(jīng)濟發(fā)展有著重大作用，國家的發(fā)展不僅僅取決于人才的數(shù)量，更取決于人才的創(chuàng)新能力和創(chuàng)造精神[1]．2021年10月12日，在國務院辦公廳印發(fā)《關于進一步支持大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的指導意見》中指出：要提高大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，高校應將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育貫穿人才培養(yǎng)全過程．高校是國家人才培養(yǎng)的中心，學校培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的重要方式之一便是講授相關理論課程．大學物理課程幾乎是所有理工科學生必修的科目，是理工科大學生入學后的重要課程，大學物理課程通過學習物理學的思維、了解物理學的發(fā)展歷史和理解物理學家解決問題的思路歷程等，有助于激發(fā)學生好奇心和創(chuàng)造熱情，有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維能力和創(chuàng)新實踐能力．

2 大學物理在培養(yǎng)創(chuàng)新能力上的作用

目前對創(chuàng)新能力的定義眾說紛紜, 本文較認可的觀點是將創(chuàng)新能力定義為：個體在學習科學知識、解決科學問題和科學創(chuàng)造活動中，根據(jù)一定目的，運用一切已知信息，產(chǎn)生出某種新穎、獨特、有社會或個人價值的產(chǎn)品的智力品質(zhì)或能力[2]．是否具備強烈的創(chuàng)新意識、靈活的創(chuàng)新思維能力和勤于動手的創(chuàng)新實踐能力是一個人創(chuàng)新能力大小的主要體現(xiàn)．大學物理作為理工科學生的必修課，在培養(yǎng)創(chuàng)新能力方面有獨一無二的作用．

2.1 在大學物理教學中培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識

創(chuàng)新意識是引起創(chuàng)造從未有的事物或者提出一種新的觀念的動機，是創(chuàng)新型人才必須具備的品質(zhì)，也是創(chuàng)新活動的開端．好奇心、求知欲和問題意識是創(chuàng)新意識的主要構(gòu)成部分，其中最重要的就是問題意識．正是問題激發(fā)我們?nèi)ビ^察，去學習，去實踐．例如：泡利提出著名的“中微子假說”來源于他對β衰變中質(zhì)量不守恒問題的思考;愛因斯坦提出“光量子假說”正是因為他注意到了光的經(jīng)典理論的缺陷[3]……著名教育家陶行知曾言：“創(chuàng)造始于問題，有了問題才會思考，有了思考，才有解決問題的方法，才有找到獨立思路的可能．”因此幫助學生形成強烈的問題意識在創(chuàng)新意識的培養(yǎng)上十分重要．

經(jīng)典物理學是大學物理學習的主要內(nèi)容，而經(jīng)典物理學中涵蓋的物理知識豐富多彩完全可以用于解釋日常生活中一些有趣的現(xiàn)象．通過學習這些物理學的基本原理可以激發(fā)學生對于日常生活中的一些現(xiàn)象的思考，有助于學生問題意識的養(yǎng)成．在大學物理教學課堂上，學生在物理學習中對問題解決方法提出多種解決思路，對教師提出的方法進行質(zhì)疑，對問題的解決思路不愿意和其他同學一致，總想提出自己獨特的方法，對各種設計、發(fā)明比賽感興趣等都是學生創(chuàng)新意識的直接體現(xiàn)．

2.2 在大學物理教學中培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維能力

創(chuàng)新思維能力是創(chuàng)新能力的核心和靈魂，是創(chuàng)新實踐和創(chuàng)造力發(fā)揮的前提．物理學史上有重大貢獻的科學家都具有很強的創(chuàng)新思維能力，他們可以從多角度思考問題，對事物進行細致的觀察，從多維度發(fā)現(xiàn)事物之間存在的聯(lián)系，敢于挑戰(zhàn)權(quán)威打破傳統(tǒng)理論，進而發(fā)現(xiàn)嶄新的領域，推動物理學的發(fā)展．例如：貝爾在偶然的電報機事故中得到啟發(fā)發(fā)明了電話；玻爾通過對盧瑟福原子模型的不斷思考，引入了量子化條件，提出了玻爾模型并且成功解釋了氫原子光譜，推動了量子力學的發(fā)展．

在大學物理的教學中，課堂上教師對公式進行推導，對現(xiàn)實中的實際問題運用物理方法進行解決，有助于激發(fā)學生對問題提出進一步的想法或提出多種解決思路，有利于學生發(fā)散思維的培養(yǎng)．在物理實驗中難免由于儀器精度、測量誤差等問題使得數(shù)據(jù)與參考書目上的不相同，從而引起學生思考和質(zhì)疑，有助于幫助學生養(yǎng)成不盲從權(quán)威、敢于標新立異的批判性思維．

2.3 在大學物理教學中培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力

創(chuàng)新實踐能力是實踐能力的高級階段，是創(chuàng)新主體把新思想付諸實施，將抽象思想轉(zhuǎn)化為實際成果的能力．美國著名思想家愛默生曾說：“沒有行動，思想永遠不能成熟而化為真理．”物理學史上偉大的物理學家無一不是在掌握扎實的物理學知識之后，通過無數(shù)次實驗來獲得經(jīng)驗，從而解決問題．創(chuàng)新實踐是創(chuàng)造性活動中最關鍵的一步，只有實踐，才能把創(chuàng)新思想變成現(xiàn)實，由此可見培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力十分重要．

大學物理實驗是培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力的重要手段，在實驗課上，學生通過親手搭建實驗儀器，可以加深對實驗的理解，鍛煉自己組裝儀器、調(diào)試裝備的動手應用能力．在實驗過程中記錄實驗數(shù)據(jù)，觀察實驗現(xiàn)象并從中發(fā)現(xiàn)問題、提出疑問可以有助于學生養(yǎng)成敏銳的觀察力．實驗課后通過對實驗現(xiàn)象的小組討論，實驗數(shù)據(jù)共享處理，可以凝聚團體的智慧共同克服困難中的關鍵問題，從而鍛煉學生的交流協(xié)作能力．

3 大學物理在大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)上存在的問題

近幾年以來，許多高校教師通過借鑒國內(nèi)外各高校的有益經(jīng)驗、不斷研究新的教學方法等方式，引進了一些先進的教學模式，如啟發(fā)式教學、引進現(xiàn)代多媒體教學等，在課堂教學方式上、大學物理實驗教學等方面都有了很大的改進，但是還是有一些問題亟待解決．

3.1 創(chuàng)新能力培養(yǎng)手段不夠豐富

在現(xiàn)如今大學物理教學的課堂上，許多高校教師為了完成教學目標、教學任務，過度強調(diào)自己對于課堂的主導作用，課堂的教學方法主要采取直接講授法．這種直接講授的方法實際上就是教師的自我演講，原本應該雙向交流的課堂變成了教師的“獨角戲”[4]．在這樣的課堂教學下師生關系漸漸演變?yōu)殡`屬關系，忽略了學生才應該是課堂和學習的主體，這種沒有交流的課堂不利于活躍學生思維，不利于學生發(fā)散思維的培養(yǎng)．教學手段方面，教師上課最經(jīng)常使用的就是PPT, PPT教學幾乎成為了多媒體教學的最佳代言人．但是在使用PPT進行教學的過程中，許多教師過度依賴PPT，出現(xiàn)了“照屏宣科”的現(xiàn)象，課件的內(nèi)容也大多是課本上復制來的，這樣方式單一的多媒體教學形式，不能激發(fā)學生積極思考，不利于激發(fā)學生對于創(chuàng)造的熱愛和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)．

培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力不應該僅僅局限于課堂，課堂外的學習也是學生增長知識、培養(yǎng)創(chuàng)新能力的重要方式．但是在現(xiàn)如今的大學物理教學中，教師往往忽略了課后“移動學習”的重要環(huán)節(jié)，僅僅通過傳統(tǒng)的作業(yè)、報告等形式作為課堂外創(chuàng)新能力培養(yǎng)的手段，學生容易產(chǎn)生投機取巧的想法，不利于學生開放性思維和創(chuàng)造力的培養(yǎng)．

3.2 大學物理實驗教學側(cè)重點的偏差

大學物理實驗是大學物理的重要組成部分，同樣也是理工科專業(yè)的大學生進入大學培養(yǎng)創(chuàng)新能力的重要實踐課程．目前，大學物理實驗課上高校教師主要以帶領學生完成實驗操作、記錄實驗數(shù)據(jù)、督促學生完成實驗報告為主要教學任務，學生掌握實驗相關原理、實驗操作步驟主要通過教師對實驗的講解[5]，學生實驗課前準備更是少之又少，一般都是到了實驗室被動地接受實驗原理和實驗方法．實驗步驟和實驗儀器的準備、組裝等工作早已由教師實驗前提前完成．實驗課上，教師花費大量時間演示實驗操作，講解如何觀測數(shù)據(jù)，何時記錄數(shù)據(jù)等機械式的工作．在這種實驗教學模式下，教師并沒有啟發(fā)學生積極發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題，學生只是“照貓畫虎”地做實驗，在創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面，收效甚微．

3.3 教學內(nèi)容與科技前沿結(jié)合不夠緊密

大學物理涵蓋內(nèi)容豐富多彩，包含力學、熱學、電磁學、光學、量子力學與相對論，學科發(fā)展日新月異，其應用價值在計算機、日常生活、自動化等多個重大科研領域都有直接體現(xiàn)．課堂上教師為了完成教學目標和教學任務在授課時多半會按部就班講授課本上的知識，教師較少將所學知識與在現(xiàn)代技術(shù)上的應用相結(jié)合，缺乏與學科前沿的結(jié)合．長此以往，隨著知識的積累，雖然學生的邏輯思維能力有了很大程度的發(fā)展，但是由于學生的知識面比較窄，學科知識之間缺乏恰當?shù)娜诤?，使得思維方式往往是線性的，缺乏思考問題的靈活性和全面性[6]．

4 大學物理教學中的幾點建議

4.1 以學生為中心設計翻轉(zhuǎn)課堂

課堂上教師要引導學生提出問題，積極參與到課堂討論之中．首先針對本節(jié)課要學習的物理概念、現(xiàn)象、定理等內(nèi)容提出相關思考問題，讓學生進行一段時間思考后再討論．討論式教學是一種重要的教學方式，在討論中不同的學生進行思維火花的碰撞，有助于學生形成解決問題的新思路，從而鍛煉學生的創(chuàng)新思維能力．比如在學習靜電場這一單元時，以討論課的方式設計了5個問題：

(1)如何理解電場疊加原理；

(2)如何理解微元法求解電荷連續(xù)分布的帶電體的電場；

(3)什么是高斯定理；

(4)電場力做功、電勢能、電勢、電勢差之間的關系；

(5)靜電平衡的原理是什么，處于靜電平衡的導體有什么特征[6]？

討論過后可以上臺交流，在上臺交流前，針對課堂上的問題鼓勵有多種答案、多種思路．最后教師總結(jié)交流過程中學生可貴的一些觀點和對問題理解的程度，鼓勵學生課下繼續(xù)進行小組探討．在這種問題引路，自主探究，生生互動，合作學習的課堂模式下，可以有效改變傳統(tǒng)的單一的直接講授法帶來的弊端，充分調(diào)動學生積極性，活躍學生思維，不僅僅鍛煉了學生的交流協(xié)作能力和創(chuàng)新思維，也有助于課堂的和諧融洽氛圍．

4.2 開展混合式教學鼓勵自主學習

混合式教學，即將在線教學和傳統(tǒng)教學優(yōu)勢相互結(jié)合的一種“線上”+“線下”的教學模式．在培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力方面要發(fā)揮線上、線下各自的優(yōu)勢，進行互補學習，創(chuàng)建“線下為主，線上為輔”的創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式，才會收到良好效果．

線上學?？梢越Y(jié)合自身學校文化和教學特色以及實驗教學資源構(gòu)建計算機仿真實驗室，通過仿真虛擬實驗室對實驗室上不能實際操作的實驗，進行仿真模擬操作，這種線上的物理實驗室涵蓋內(nèi)容十分豐富，學生可以根據(jù)自身需求和愛好自主選擇實驗內(nèi)容、自主設計實驗步驟，這個過程把實驗原理、實驗模擬、教師指導、實驗儀器、實驗評價、實驗步驟有機地融合在一起，使得教學內(nèi)容更加多元化[7]，有助于學生自主學習．這種模式是對學生課堂學習之外的有效延伸，有助于激發(fā)學生對物理實驗的興趣、對創(chuàng)造的熱愛．鼓勵學生充分利用慕課、虛擬課堂等作為課堂學習之外的知識補充方式，擴大自身的知識面，融合多學科知識，從而更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力．

線下鼓勵學生根據(jù)興趣愛好、自身專業(yè)、所學知識等組成研究小組，每個小組確定研究課題方向，比如在學習光學的內(nèi)容時，材料類的專業(yè)學生可以設計不同材料的光學性質(zhì)的研究項目．通過小組對問題進行一系列的分析、探討等深入研究后，在全班內(nèi)組織一次課題項目創(chuàng)新比賽．由小組派出一名成員進行答辯，答辯完成后其他學生可以對其項目進行專業(yè)角度的提問以及提出一些可行的改進方案，最后教師可進行打分評定．這種模式從培養(yǎng)學生獨立解決問題能力，對信息的篩選、判斷，團隊協(xié)作等方面培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，并且在提問過程中，思維火花碰撞過程中有可能產(chǎn)生新想法、新思路，有助于發(fā)散性思維的培養(yǎng)．

4.3 個性化培養(yǎng)創(chuàng)造性實驗

大學物理實驗是大學物理教學的有效補充，在實驗的過程中，學生可以最大限度地調(diào)動主觀能動性，想出新方法、新思路，不斷解決自己在實驗中遇到的一些困難．由此實驗對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是無可替代的．基于“學生為本、成果導向、持續(xù)改進”的OBE理念可以成為推動高校優(yōu)化大學物理實驗教學的有效方法[8]．OBE理念特別強調(diào)教學過程中的輸出而不是輸入，特別強調(diào)研究型的教學模式而不是灌輸式的教學模式．基于此方法，大學物理實驗教學中要以學生為中心，實驗課前安排學生通過相關參考書籍或互聯(lián)網(wǎng)了解實驗原理和實驗步驟，在實驗前根據(jù)學校提供的實驗儀器，自主制定實驗計劃，明確實驗流程．實驗課上，學生按照各自制定的實驗計劃進行實驗，教師在一旁進行指導，打破了原先“教師演示，學生模仿”的實驗模式，在課堂上建立起“學生演示，教師指導”的模式，這種教育理念下的教學模式培養(yǎng)了學生自主學習的能力，并且在老師的指導下學生不斷進行思考發(fā)問，有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識．

OBE理念的核心是產(chǎn)出導向、目標達成，鼓勵學生的個性化學習與培養(yǎng)[9]．為了適應OBE的教學模式，可以改進實驗報告形式，允許學生自行設計實驗報告的形式，打破傳統(tǒng)的實驗報告模板，提倡學生將實驗報告以論文形式完成．在撰寫報告之前，考慮到學生的實際情況，教師要給予一定的指導，比如：建議學生對實驗原理進行詳細的闡述，對實驗儀器作用進行描述，對實驗中每一步的目的和作用進行深入挖掘，對實驗步驟有哪些自己的創(chuàng)新性思考，實驗步驟、實驗儀器和其他實驗實現(xiàn)方式相比有哪些優(yōu)劣等．這種實驗教學模式，不僅僅可以充分調(diào)動學生學習的積極性，培養(yǎng)學生發(fā)散思考能力、獨立思考能力、信息加工能力，通過這種模式還可以讓學生提早了解自己感興趣的領域，培養(yǎng)學生的科研能力和科學精神[10]，同時為今后的實驗設計思想和科研中的論文撰寫打下了堅實的基礎．

4.4 提升教師素質(zhì)營造創(chuàng)新氛圍

大學校園中有濃厚的學術(shù)氛圍和學習環(huán)境，有助于培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的科技創(chuàng)新人才．隨著互聯(lián)網(wǎng)加速知識的流通速度，知識更新速度越來越快，只有樹立終身學習的觀念、不斷充電才能適合社會的發(fā)展．高校教師肩負著科研和教學兩項重要責任．教師自身要不斷學習專業(yè)相關理論，關注前沿學科的發(fā)展，掌握先進的教育理念，制定合理的培養(yǎng)目標，讓自己講授的知識能夠和社會密切聯(lián)系，激發(fā)學生探索欲望，培養(yǎng)更多創(chuàng)新人才；同時教師要努力提升自己的學術(shù)水平和科研能力，促進學校形成良好的學術(shù)文化環(huán)境和學術(shù)風氣，讓高校學生在這樣的自由、科學的文化背景的熏染下，創(chuàng)新能力得到最大的發(fā)展．

5 結(jié)束語

創(chuàng)新是一個民族的靈魂，是一個國家興旺發(fā)達的不竭動力．創(chuàng)新是我們永恒的主題.雖然學習大學物理知識可以加深對高中物理知識的理解，但是學習大學物理課程最重要的目的是通過物理知識的學習提高學生的創(chuàng)新能力．大學物理教學如果可以不斷通過引導學生自主學習、合作學習來豐富創(chuàng)新能力培養(yǎng)手段，采取先進的教學理念進行實驗教學，不斷優(yōu)化教師團隊，筆者相信會有助于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為祖國培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的創(chuàng)新型人才．