大學(xué)物理實驗教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

羅小霞 謝國亞

【摘 要】 大學(xué)物理實驗教學(xué)是提高學(xué)生實驗?zāi)芰涂茖W(xué)素養(yǎng)的重要途徑。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式存在著內(nèi)容重復(fù)、缺乏創(chuàng)新、與理論脫節(jié)等問題，影響了學(xué)生的良好發(fā)展。文章針對這些問題，探討了如何在大學(xué)物理實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，具體包括貫徹高水平教學(xué)理念、推行創(chuàng)新教學(xué)模式、加強(qiáng)師生互動、活化學(xué)生創(chuàng)造性思維等等。

【關(guān)鍵詞】 大學(xué)；物理實驗教學(xué)；創(chuàng)新思維；創(chuàng)新能力

一、創(chuàng)新能力與大學(xué)物理實驗

（一）創(chuàng)新能力概述

創(chuàng)新是指創(chuàng)造或發(fā)現(xiàn)新思路、新方法、新產(chǎn)品、新服務(wù)、新文化、新市場等，能夠帶來實際的經(jīng)濟(jì)或社會價值的過程。創(chuàng)新能力則是指一個人或組織在面對未知挑戰(zhàn)時，能夠產(chǎn)生新思路、新方法、新產(chǎn)品等創(chuàng)新成果的能力。創(chuàng)新能力涉及多個方面，包括原創(chuàng)性、想象力、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、探索性思維、風(fēng)險意識、合作能力等。創(chuàng)新能力對于個人和組織而言都非常重要，只有不斷創(chuàng)新才能跟上時代的步伐，時刻保持競爭優(yōu)勢。

（二）創(chuàng)新能力在大學(xué)物理實驗中的體現(xiàn)

1. 打破傳統(tǒng)思維模式解決問題

傳統(tǒng)教學(xué)模式，學(xué)生較少參與到實驗過程中，因而不能真實地體驗科學(xué)探索的樂趣和創(chuàng)造過程中的挑戰(zhàn)。現(xiàn)代物理實驗教學(xué)更多的是讓學(xué)生參與實踐和實驗，以親身體驗培養(yǎng)學(xué)生思辨能力以及創(chuàng)新能力。這就需要打破傳統(tǒng)的思維模式和學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生在實踐中自主探索和思考。

例如在傳統(tǒng)力學(xué)實驗的學(xué)習(xí)中，教師通常給出一個標(biāo)準(zhǔn)答案，學(xué)生通常只是默默地對結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)，沒有機(jī)會去發(fā)現(xiàn)問題或重新考慮哪些問題可以給出更好的解釋。這時，教師可以引導(dǎo)學(xué)生從自己的條件和愿望出發(fā)，在實驗中主動探索和思考，例如探討杠桿平衡的原理，而不是簡單地解決杠桿問題所需的固定答案。在這個過程中，學(xué)生可以通過思考和交流，打破傳統(tǒng)思維模式，探討實驗現(xiàn)象背后的物理原理。這種交互式的學(xué)習(xí)方式能夠激發(fā)學(xué)生的興趣，提高學(xué)生對物理學(xué)的思考和學(xué)習(xí)，大大提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

2. 用不同的角度看待問題和解決問題

實驗研究時，教師不應(yīng)該限制學(xué)生的思維方向，而應(yīng)該采取鼓勵和引導(dǎo)的態(tài)度，讓學(xué)生自由地探討和創(chuàng)新。比如在高中物理教學(xué)中經(jīng)常會用實驗來驗證牛頓三定律。這個實驗過程相對固定，學(xué)生難以展現(xiàn)創(chuàng)新能力。但是在大學(xué)物理實驗中，學(xué)生可以嘗試用不同的角度看待物理問題，探索未知的領(lǐng)域。例如讓學(xué)生研究大氣層中的聲音傳播，通過實驗加深對聲波傳播性質(zhì)的理解和認(rèn)識，推動學(xué)生尋找解決方案，幫助他們產(chǎn)生更深刻的思考和創(chuàng)新想法。

在實驗中，學(xué)生可以學(xué)習(xí)和探索不同的實驗方法和工具，不斷嘗試搜尋更好的解決方案。例如通過測量物體的密度使學(xué)生了解聲學(xué)共振法；在電學(xué)實驗中，引導(dǎo)學(xué)生使用計算機(jī)編程和電子技術(shù)來研究信號的特性。

3. 尊重學(xué)生的實驗思路和探索意愿

學(xué)生自主探索和創(chuàng)新的能力，在大學(xué)物理實驗中得到了充分的發(fā)揮。同樣的，教師也應(yīng)該尊重學(xué)生發(fā)現(xiàn)事物的思路和想法，并給予支持和鼓勵。他們應(yīng)該受到鼓勵，去探索自己感興趣的科學(xué)問題，提出自己的創(chuàng)造性解決方案。在實驗進(jìn)行過程中，讓學(xué)生自由發(fā)揮，在實驗前提下可以自己獨(dú)立地探討問題，獨(dú)自思考和解決問題，讓學(xué)生有更多的探索空間和思維獨(dú)創(chuàng)性。

二、師生在大學(xué)物理實驗教學(xué)中培養(yǎng)創(chuàng)新能力的作用

（一）教師的作用

1. 知識的傳授和引導(dǎo)

作為教師，必須熟練掌握物理學(xué)的基本知識和實驗技能。在實驗教學(xué)過程中，教師必須有清晰精確、流利的語言表述能力，能夠?qū)?fù)雜的物理學(xué)原理、分析方法和實驗技能轉(zhuǎn)化為學(xué)生容易理解和接受的概念和方法。

教師在物理實驗教學(xué)中，應(yīng)該以講解、演示為線索，讓學(xué)生對實驗儀器有一個直觀的認(rèn)識，并對實驗原理有大致的了解。教師要理解、掌握所教授物理實驗的內(nèi)容和步驟，讓學(xué)生從學(xué)習(xí)中獲取知識。教師可以通過視頻演示、實物演示等形式，幫助學(xué)生理解所學(xué)物理實驗的內(nèi)容、方法、過程和原理。

2. 培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計和分析能力

真正的物理實驗教學(xué)應(yīng)該以學(xué)生為中心，讓學(xué)生在自主、自由、積極的環(huán)境中去探索和發(fā)現(xiàn)問題，以此來培養(yǎng)他們的實驗設(shè)計和分析能力。教師在實驗教學(xué)中，主要負(fù)責(zé)把握正確的學(xué)習(xí)方向，并提供建議和指導(dǎo)。

教師應(yīng)該鼓勵和引導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，從實驗數(shù)據(jù)中挖掘出更多的信息，并及時進(jìn)行匯總、分析，進(jìn)而在實驗中完成自我探索和實踐。教師需要不斷改進(jìn)和完善實驗教學(xué)方式，不斷吸納學(xué)生的反饋和意見，并考慮實驗方案的改進(jìn)和優(yōu)化。

3. 建立互動與交流的教學(xué)環(huán)境

在大學(xué)物理實驗教學(xué)中，教師與學(xué)生之間的溝通和交流是至關(guān)重要的。教師可以通過傾聽學(xué)生的反饋和建議，了解學(xué)生的實踐經(jīng)驗與體會，多次與學(xué)生溝通交流，以便不斷提供更好的教育體驗。

建立良好的互動與交流環(huán)境，有助于教師更好地發(fā)揮教學(xué)作用。教師還要不斷了解學(xué)生的思想、需求和問題，在實驗過程中指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和挑戰(zhàn)，開闊學(xué)生的視野。整個實驗過程中，教師與學(xué)生的互動和交流也是實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的必要環(huán)節(jié)。

（二）學(xué)生的作用

1. 學(xué)生在大學(xué)物理實驗教學(xué)中的角色

學(xué)習(xí)者，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，通過參與實驗來鞏固和加深理論知識。在實驗中，學(xué)生能夠感受物理知識的真實性，一些學(xué)生難以理解的現(xiàn)象通過實驗可以被直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前。

參與者，學(xué)生是參與實驗的主體，他們需要在實驗中積極參與，負(fù)責(zé)實驗設(shè)備的調(diào)試與搭建，在實驗中充分探索實驗現(xiàn)象背后的物理規(guī)律。

創(chuàng)造者，在大學(xué)物理實驗教學(xué)過程中，學(xué)生可以提出自己的實驗設(shè)計方案，并通過實驗驗證自己的想法。在這個過程中，學(xué)生變成了創(chuàng)造者，增強(qiáng)了創(chuàng)新意識和實踐動手能力。

溝通者，在實驗中，學(xué)生需要與同學(xué)、教師等人進(jìn)行溝通交流，相互討論和解決問題。溝通不僅可以促進(jìn)學(xué)生之間的團(tuán)隊合作，還可以促進(jìn)學(xué)生與教師之間的互相理解。這也是學(xué)生在大學(xué)物理實驗中的一項重要職責(zé)。

2. 大學(xué)物理實驗教學(xué)對學(xué)生的作用

能夠增強(qiáng)學(xué)生的實驗?zāi)芰Γ瑢W(xué)生在大學(xué)物理實驗教學(xué)中需要自己手動搭建實驗設(shè)備、調(diào)試實驗儀器，并收集實驗數(shù)據(jù)，通過這個過程來提高學(xué)生的實驗?zāi)芰Α?/p>

能夠增強(qiáng)學(xué)生的深度理解，理論知識學(xué)好了，要知道如何應(yīng)用。學(xué)生在實驗中可以更深入地了解實驗現(xiàn)象，對所學(xué)知識的理解也更加深入。

能夠培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作意識，在大學(xué)物理實驗教學(xué)中，學(xué)生需要和同學(xué)合作完成實驗，進(jìn)行溝通和交流。增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊合作意識，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊精神，有助于他們今后的工作和生活。

能夠提高學(xué)生的思維能力，大學(xué)物理實驗不僅是對學(xué)生實驗?zāi)芰Φ目简灒彩菍W(xué)生思維能力的考驗。學(xué)生通過實驗將理論知識與實際問題相聯(lián)系，并且在實驗操作過程中需要做出一些判斷，這可以訓(xùn)練學(xué)生的認(rèn)知能力和判斷能力，提高他們的思維能力。

能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力，大學(xué)物理實驗是學(xué)生在實驗室進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)實驗，學(xué)生可以按照自己的思路進(jìn)行實驗設(shè)計。在這個過程中，學(xué)生要思考如何驗證自己的想法，這可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐動手能力。

三、如何在大學(xué)物理實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

（一）培養(yǎng)學(xué)生的動手能力

大學(xué)物理實驗通常包含多個或一系列相關(guān)實驗，學(xué)生需要在實驗課上進(jìn)行動手操作和實驗設(shè)計。為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，教師應(yīng)該設(shè)計多差異化的實驗，并注重在每個實驗中培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。實驗講究張弛有度，要分別在技能、步驟等方面進(jìn)行設(shè)計，以達(dá)到更好培養(yǎng)學(xué)生動手能力的目的。

教師指導(dǎo)是提高學(xué)生動手能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。教師不僅要指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗，還要著重在展示和分析實驗時指導(dǎo)學(xué)生，體現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力和動手能力的能力。在實驗中出現(xiàn)問題時，教師需要及時提供答案或幫助學(xué)生理解并解決問題。教師還要著力培養(yǎng)學(xué)生實驗技能，幫助學(xué)生掌握實驗方法和技巧。

大學(xué)物理實驗需要采用多種教學(xué)法來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的動手能力。例如教師可將學(xué)生分成小組，然后設(shè)置小組展示或小組辯論環(huán)節(jié)，讓學(xué)生設(shè)計并實施實驗，培養(yǎng)學(xué)生的實驗思維和實驗?zāi)芰ΑW(xué)生可以在實驗過程中獲得與其他學(xué)生的互動，增強(qiáng)動手能力和知識共享能力，使學(xué)生在實驗中提升自己的創(chuàng)新能力。

（二）活化學(xué)生的創(chuàng)新思維

首先，采取全面訓(xùn)練方法。全面訓(xùn)練方法是指將課堂教學(xué)、實驗操作和實踐體驗相結(jié)合，基于科學(xué)實驗的基礎(chǔ)和過程，進(jìn)行多方位、系統(tǒng)化、全方位的探究、探索和實踐。全面訓(xùn)練方法可以培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)能力、實驗?zāi)芰蛯嵺`能力，得到了教育學(xué)、心理學(xué)專家的普遍認(rèn)可。在大學(xué)物理實驗教學(xué)中采取全面訓(xùn)練方法，順應(yīng)學(xué)生發(fā)展規(guī)律和潛能，能最大化地發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力，從而推動教育創(chuàng)新和科技進(jìn)步。

其次，需要多元化的方法和技巧。采用多元化的教學(xué)方法和技巧，可以促進(jìn)學(xué)生的主動性，增加學(xué)生的參與感，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如采用案例教學(xué)法，幫助學(xué)生深入了解物理原理和實驗過程，建立獨(dú)立思考和解決問題的能力。此外，模擬實驗、數(shù)值模擬、仿真實驗等技術(shù)手段，也可以在一定程度上提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

最后，需要注重創(chuàng)新思維的活化。創(chuàng)新思維的活化是指通過創(chuàng)造性的教學(xué)設(shè)計和組織活動，引導(dǎo)學(xué)生在實驗操作和課堂討論中發(fā)揮自己的創(chuàng)新能力。比如在大學(xué)物理實驗過程中，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)研究問題、探究解決方式的樂趣和重要性，通過許多人和團(tuán)隊的努力，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)解決問題的方法。在教學(xué)過程中，教師可以通過開展有挑戰(zhàn)性的學(xué)生活動，如競賽、實驗室和課程設(shè)計，提高學(xué)生的智力競爭力、創(chuàng)新能力，活化學(xué)生的創(chuàng)新精神。

（三）創(chuàng)新演示實驗和設(shè)計性實驗

創(chuàng)新演示實驗是指采取物理實驗的方式，通過新穎的、有創(chuàng)意的展示形式，幫助學(xué)生理解物理現(xiàn)象和原理。創(chuàng)新演示實驗通常偏向于強(qiáng)化實驗過程中的創(chuàng)意和創(chuàng)新性，而不是強(qiáng)制實現(xiàn)早期的實驗教學(xué)協(xié)議。在創(chuàng)新演示實驗過程中，教師應(yīng)該選取一些容易調(diào)試、比較獨(dú)特的物理實驗與學(xué)生共同學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的興趣，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性。在演示過程中，教師應(yīng)注重設(shè)計，積極與學(xué)生討論實驗方案，豐富教學(xué)內(nèi)容。通過創(chuàng)新實驗的開展，學(xué)生不僅能了解物理現(xiàn)象的基本原理，增強(qiáng)物理實驗基礎(chǔ)能力，還能掌握實驗的設(shè)計技巧與操作方法，促進(jìn)學(xué)生自主創(chuàng)新和批判性思維的發(fā)展。

設(shè)計性實驗是指通過創(chuàng)新性的設(shè)計物理實驗，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手能力。在設(shè)計性實驗中，學(xué)生需自主設(shè)計實驗，并完成實驗設(shè)計報告、實驗過程記錄和實驗結(jié)果分析等實驗工作，在此過程中，收集實驗數(shù)據(jù)、分析實驗數(shù)據(jù)、加深對知識理解、培養(yǎng)創(chuàng)新能力、提高動手能力是其重要任務(wù)。設(shè)計性實驗需要學(xué)生根據(jù)教師給定的實驗內(nèi)容，獨(dú)立思考和設(shè)計實驗方案，并在實驗中尋找創(chuàng)新的解決方法。為了讓學(xué)生更好地完成這項任務(wù)，教師需要在實驗教學(xué)中給予學(xué)生足夠的自主權(quán)和靈活度，適當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)和組織學(xué)生的實驗創(chuàng)新。通過開展設(shè)計性實驗，可以培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、判斷能力和綜合能力，提高學(xué)生的創(chuàng)造性、獨(dú)立思考能力和實踐動手能力，為學(xué)生未來解決實際問題提供有力的支撐。

四、總結(jié)

大學(xué)物理實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生成為具有實驗?zāi)芰吞骄烤竦母咚刭|(zhì)人才的重要途徑。本研究總結(jié)了大學(xué)物理實驗教學(xué)中存在的問題，并提出了一些培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的方法。這些方法包括貫徹高水平教學(xué)理念、推行創(chuàng)新教學(xué)模式、加強(qiáng)師生互動和構(gòu)建創(chuàng)新型學(xué)習(xí)環(huán)境等。這些舉措可以有效促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為未來科技創(chuàng)新事業(yè)培養(yǎng)更多的人才。

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