大學生物理實驗創新能力的培養

楊江萍

（北京郵電大學物理實驗中心，北京 100876）

1 引言

大學物理實驗教學就是以大學物理實驗課為載體，從教和學的規律出發，發生在教師、學生和教學媒體之間的認知活動。其目的是讓學生受到嚴格的、系統的實驗技能訓練，掌握進行科學實驗的基本知識、方法和技巧而且培養學生敏銳的觀察力和嚴謹的思維能力，培養學生理論聯系實際、發現問題、分析問題和解決問題的能力，培養學生與動手相適應的創新能力和創新精神。高校作為人才培養的中心，然而高校從事創新教育要以一定的課程為載體。對于高等工科院校，大學物理實驗幾乎覆蓋了所有專業，常常是工科大學生進入大學后首先接觸到的實踐課，也是他們進行科學探究活動的第一陣地，因此，大學物理實驗具有良好的創新教育功能，對于培養大學生的創新能力有著特殊的作用。

2 大學物理實驗內容開發的原則

開放性原則，是指大學物理實驗內容應該適合其教學模式的開放性的環境。因此，在研究方向上，要留給學生從多角度發揮的空間在儀器的制作上，要涉及較廣的知識面或提供較多的選擇在研究結果上，要有利于產生兩個以上的不同結論在教學上有利于多種教學方法和教學手段的實施，有利于學生交流、合作、探討。

可研究性原則，是指大學物理實驗內容隱含的物理規律需要經過一系列探究才能發現。這里說的一系列探究主要包括問題的產生、創新思維的醞釀與激發、創新實踐的艱苦摸索以及不斷的反思與評價，最終形成對物理規律的創造性認識。

創新性原則，大學物理實驗內容在開發和研制上，要留給學生自由發揮創新能力的余地，使得學生有所新發現、有所新運用。

教師主導原則，是指以教師為主體開發大學物理實驗內容。高校中，教師不僅是教學人員，而且還是科研人員。教師積極地把相關科研成果轉化為大學物理實驗內容或專門從事于大學物理實驗內容的開發，并應用于教學實踐，有利于培養學生的創新能力。

3 培養大學生物理實驗創新能力具體方法

尋找大學生物理實驗創新能力培養的途徑，必須以建構主義教學理論、非線性自組織理論和后現代主義教育教學觀為指導，這些途徑之所能夠培養大學生的創新能力是由大學物理實驗內在的創新教育功能決定的。

3.1 加強大學物理實驗的趣味性建設

加強演示實驗教學，增強學生的好奇心。演示實驗要突出趣味性，必須注意光、聲、色彩的合理融合，從視覺和聽覺方面刺激學生的感官注意新穎性與研究型相結合，激發學生的求知欲。例如，在做音叉振動實驗前，先觀察演示實驗一一噴水魚洗現象，必將大大激發他們的求知欲和好奇心。當學生看到魚洗的水波、水花的濺起，聽到銅盆的嗡嗡聲，就會對受迫振動和共振原理有直觀的感受，從而思考其中的道理。如果每次大學物理實驗前，都用相關的演示實驗激發學生的興趣的話，必將大大減少物理實驗的枯燥感，增強學生探索研究的熱情。

演示過程中要提高學生的參與意識和主觀能動性。讓學生成為學習的主體，提高學生的參與意識和主觀能動性，最大程度地調動他們的積極性，增強學生動手能力是關鍵環節。

組織學生參觀高科技設施，使學生了解高科技發展的前沿。高科技設施要么龐大，要么精巧，本身就有很大的吸引力，更重要的是高科技與大學物理實驗有關內容有聯系。例如，參觀激光技術研究所設施，會使學生聯想到聲光效應，利用聲光效應制成的調制器和偏轉器可以快速而有效地控制激光束的頻率、強度和方向，從而擴展激光的應用范圍。

引導學生應用大學物理實驗中所學知識解決一些生活中所見的實際問題。大學物理實驗中的基本原理、方法、儀器應用于實際，使學生在解決問題的成就感中體味到學習大學物理實驗的興趣。例如，學習了聲速的測定、超聲探傷等試驗后，教師可以提出這樣的問題在我們生活中所見倒車時是通過什么來測量車距的？有的學生經過精心研究利用所學的超聲波及LabVIEW軟件的知識，設計了利用超聲波進行非接觸測量距離的方法，系統框圖如下圖所示，獲得了大家的好評。

3.2 組織學生進行課外創新活動

大學物理實驗的一個顯著特點是其實踐性，這就決定了物理實驗所學課堂知識可以延伸至課外，在課外活動中，教師有計劃有目的地引導學生組織一些創新活動，既充實了學生的課余生活，又豐富了學生的創新實踐，使學生所學有所用，創新思維和動手應用能力能夠得到較好的發展。

組織科技活動小組。大學物理實驗是一門綜合性學科，覆蓋面廣，對幾乎各個專業都具有吸引力。各個專業特點不同，在大學物理實驗教學中的側重點也不同，把大學物理實驗知識與各個專業特點相結合，組織學生進行一些科技活動，將會更好地培養學生創新能力。

開展課外科技交流活動。由于不同的學生存在差異性，學生們通過實驗研究往往會得出不同的結論，探索研究的過程不同往往所得體會也不同。因此組織學生開展科技交流，各自發表自己的不同看法，有利于拓展學生的思路，培養學生的發散思維能力和批判思維能力。例如，通過對光的調制的研究，有聲光調制、電光調制、磁光調制，不同的研究方向會得出不同的結論，讓大家一起說出來講評會很有裨益。

組織學生進行設計性物理實驗競賽。設計性實驗的目的是培養學生的綜合能力和創新思維能力，因此我們只給出幾個實驗題目和要求，學生可以自己組織競賽小組，選擇感興趣的題目，然后自行確定實驗方法，寫出可行性報告，經教師審核后，選擇儀器，并在實驗過程中不斷克服困難，探索和解決實際問題。

3.3 加強網絡實驗教學建設

現在很多的高校實驗室都開發了網絡教學系統，大致主要有以下幾個模塊功能組成。

①學生模塊，由“預習”、“答疑”、“選課”、“預約”、“實驗報告下載”、“成績查詢”等子模塊組成。主要功能是使學生通過多種網絡多媒體教學手段進行預習，并自主選擇實驗內容和上課時間。

②教師模塊，由“成績登記”、“查詢”、“答疑”、“批改”等子模塊組成。教師對學生的成績和考勤進行登記，完成基本的教學管理。查詢功能可以保證教師及時掌握當前的教學效果和學生的學習情況，為下一步的教學提供參考信息。教師通過答疑子模塊對學生提出的問題進行回答，通過批改子模塊對學生提交的實驗報告進行批改。

③面向系統管理員的系統管理模塊。該模塊實現實驗、題庫內容的更新、學生成績的管理、教師的管理、儀器設備管理以及日常教學活動的管理等功能，是系統的重要組成部分。以上這些模塊構成了網絡教學的基本功能，除此之外，筆者認為還應該突出以下幾點。

(1)重視物理實驗史的介紹。物理實驗史中蘊含著深刻的科學思維方法和創新方法。例如介紹邁克爾遜一莫雷實驗測定光速的方法能夠使學生領會到邏輯思維的嚴密性;介紹伽利略通過想象研究物體不受外力作用物體的運動，從中領略想象思維的妙用。

(2)設計有趣的動畫吸引學生的注意力。Flash MX內置了一種全新的面向對象腳本語言ActionScript，它的許多功能和語法規范有些類似于JavaScript，它不僅具有完整的數據類型和豐富的函數，而且可以自己定義函數和變量，這使Flash不再只是一種簡單的繪圖和動畫制作工具，而幾乎可以隨心所欲地實現諸如VB和Delphi等面向對象的可視化編程，從而用它制作的SWF動畫將是功能強大的交互式矢量圖。

(3)為學生提供創新平臺。利用網絡教學的優勢，在網頁上提供一個模塊推出諸如奇思妙想、推薦好辦法、實驗論壇等內容，有利于學生交流創新見解。奇思妙想包括在實驗過程中的精巧設計、想出來的但是沒有被驗證的想法等等。推薦好辦法可以是某個學生在實驗中遇到的難題發布到網上，希望有經驗的學生提供解決辦法。論壇可以讓學生發布一些希望改進實驗教學的意見，談談實驗體會，教師也可以在論壇上發表意見。

[1]楊洋.大學物理實驗與大學生創新素質的培養，黑龍江高等教育，2003.

[2]蔡鐵權.物理教學叢論，北京科學出版社，2005.

[3]史貴全.大學物理實驗教學變革歷史及其啟示，大學物理，2001.