利用近代物理實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生創(chuàng)新能力的探討

孫薇薇 李祖君 楊海

摘 要：近代物理實(shí)驗(yàn)是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的課程，在物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)中具有非常重要的作用。傳統(tǒng)的教學(xué)方法不能有效的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。根據(jù)近代物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)特點(diǎn)，將實(shí)驗(yàn)分為必做實(shí)驗(yàn)、選做實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)，以適應(yīng)不同學(xué)生的需求；通過(guò)提高對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求、指導(dǎo)學(xué)生制作相應(yīng)的多媒體課件以及改革考核手段等方面的改革，增加了學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的深度，鍛煉了學(xué)生的科研意識(shí)和團(tuán)隊(duì)合作精神，重點(diǎn)培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：近代物理實(shí)驗(yàn) 學(xué)習(xí)興趣 動(dòng)手能力 創(chuàng)新能力

中圖分類(lèi)號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）08（c）-0173-02

在科技高度發(fā)展的今天，科技創(chuàng)新是提高社會(huì)生產(chǎn)力的必由之路，而人才是科技創(chuàng)新的前提。高校作為培養(yǎng)人才的搖籃，為了適應(yīng)新時(shí)期對(duì)創(chuàng)新型人才的需求，教學(xué)培養(yǎng)模式已經(jīng)發(fā)生了變化，由原來(lái)的以理論為主的教學(xué)模式逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾晫?shí)踐能力的培養(yǎng)。作為地方綜合型大學(xué)的佳木斯大學(xué)以“明德勵(lì)學(xué)，崇尚實(shí)踐”為校訓(xùn)，從中可見(jiàn)學(xué)校對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力的重視程度。目前社會(huì)對(duì)人才的綜合素質(zhì)提出了更高的要求，要求對(duì)能夠靈活運(yùn)用所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)、具有較高的應(yīng)變能力以及創(chuàng)新能力。這就要求學(xué)生在掌握知識(shí)的同時(shí)，更具有更強(qiáng)的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維與能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)之一。近代物理實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中具有特殊的地位，是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)。近代物理實(shí)驗(yàn)的大部分實(shí)驗(yàn)都選自物理學(xué)發(fā)展史上具有重要作用的著名實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法上都具有劃時(shí)代意義[1]。該課程的相對(duì)于其他專(zhuān)業(yè)物理實(shí)驗(yàn)具有涉及的知識(shí)范圍廣、需要的知識(shí)深度大、應(yīng)用的設(shè)備更現(xiàn)代化和應(yīng)用背景更接近科技前沿等特點(diǎn)，這樣的特點(diǎn)決定了學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中需要對(duì)近代物理學(xué)有更加全面和深入的了解，同時(shí)也可以為學(xué)生綜合利用所學(xué)的物理知識(shí)和實(shí)驗(yàn)手段提供更多的思考、實(shí)踐的機(jī)會(huì)，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性[2，3]。所以近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面具有重要的意義。本文結(jié)合我校近代物理實(shí)驗(yàn)課程實(shí)際進(jìn)行了探索和改革，采用不同層次的實(shí)驗(yàn)題目、提高對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求、利用多媒體展示實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)以及改革考核方式等措施，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力及創(chuàng)新能力，使近代物理實(shí)驗(yàn)真正成為創(chuàng)新能力培養(yǎng)基地。

1 近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的弊端

實(shí)行大類(lèi)招生以來(lái)，學(xué)生可以按照自己的喜好來(lái)選擇專(zhuān)業(yè)，所以對(duì)專(zhuān)業(yè)教學(xué)質(zhì)量的期望更高，這就對(duì)近代物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)提出了更高的要求。而且大類(lèi)招生的學(xué)生在層次上有較大的差別，再用一刀切的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)勢(shì)必會(huì)影響教學(xué)效果。在以往的近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，多是在教師安排好的進(jìn)程下進(jìn)行，由于教學(xué)學(xué)時(shí)有限，學(xué)生既要熟悉實(shí)驗(yàn)的原理，又要了解復(fù)雜的儀器設(shè)備，還要實(shí)施具體的操作，沒(méi)有足夠的時(shí)間去思考和疑問(wèn)，只能按照教師的安排進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生思考的少，操作比較盲目，模仿的痕跡比較重[4]。另一個(gè)影響學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的因素是實(shí)驗(yàn)原理的復(fù)雜性，近代物理實(shí)驗(yàn)多為綜合性比較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備集成程度較大，學(xué)生不能夠獲得直觀的印象，對(duì)于實(shí)驗(yàn)原理理解不夠透徹，不能深入到較深的層次上。這樣的教學(xué)嚴(yán)重影響了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，限制了他們創(chuàng)造力的發(fā)揮，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；沒(méi)有積極性的實(shí)驗(yàn)必然導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程不認(rèn)真，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不重視，抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告現(xiàn)象十分普遍。這樣的實(shí)驗(yàn)課程根本起不到培養(yǎng)人才的目的。此外近代物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)大多的依賴于實(shí)驗(yàn)設(shè)備，而大型設(shè)備的購(gòu)置、保養(yǎng)、維修等環(huán)節(jié)復(fù)雜，周期長(zhǎng)，很多設(shè)備的更新?lián)Q代比較遲緩，有的設(shè)備由于老化而出現(xiàn)殘缺、配件不全等問(wèn)題，這些都降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，影響了對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。所以，在近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何改革教學(xué)模式，更新教學(xué)理念，真正實(shí)施以學(xué)生為主體、發(fā)揮學(xué)生主動(dòng)性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力具有重要意義。

2 革新近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

2.1 按照學(xué)生要求設(shè)置不同級(jí)別的實(shí)驗(yàn)題目

大類(lèi)招生后，學(xué)生的能力水平差別有所加大，為了兼顧各類(lèi)學(xué)生的不同需要，我們將近代物理實(shí)驗(yàn)題目分為不同級(jí)別：必做實(shí)驗(yàn)、選做實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性和探究性實(shí)驗(yàn)幾個(gè)層級(jí)，每一個(gè)層次的教學(xué)要求有所差別，以適應(yīng)不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

必做實(shí)驗(yàn)旨在強(qiáng)化學(xué)生的基本測(cè)量技能和數(shù)據(jù)處理技能，對(duì)實(shí)驗(yàn)思想的理解和物理方法的掌握。選擇比較容易掌握和操作，同時(shí)也是物理學(xué)發(fā)展史上非常著名、具有劃時(shí)代意義的實(shí)驗(yàn)，如光電效應(yīng)、電子衍射、塞曼效應(yīng)等實(shí)驗(yàn)題目。必做實(shí)驗(yàn)的數(shù)目以6個(gè)為宜。

選做實(shí)驗(yàn)的數(shù)量要多于必做實(shí)驗(yàn)，要給學(xué)生留有一定的選擇空間，我們開(kāi)設(shè)了20個(gè)選做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生至少選擇并完成10個(gè)實(shí)驗(yàn)題目。這些選做實(shí)驗(yàn)大多數(shù)為各個(gè)領(lǐng)域的代表性實(shí)驗(yàn)，有高新科技應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)題目，前沿科技涉及的實(shí)驗(yàn)題目，還有在實(shí)驗(yàn)思想和實(shí)驗(yàn)方法上創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)題目，如微波技術(shù)、氫原子光譜、光泵磁共振、巨磁阻效應(yīng)、色度實(shí)驗(yàn)、高溫超導(dǎo)、光速的測(cè)量、光譜學(xué)、現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)等。這些實(shí)驗(yàn)融合了不同學(xué)科的知識(shí)體系，知識(shí)的難度和綜合性都大大提高，而且難度程度有一定的差異，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和能力選擇不同的實(shí)驗(yàn)題目，這樣的教學(xué)方式有利于學(xué)生發(fā)揮主觀能動(dòng)性，對(duì)自己能力有準(zhǔn)確的定位，以便于發(fā)揮自己最大的能力。

設(shè)計(jì)性和探究性實(shí)驗(yàn)題目約為8個(gè)，要求學(xué)生自主選擇完成4個(gè)實(shí)驗(yàn)題目。這些題目主要是對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)進(jìn)行拓展和創(chuàng)新，一部分是對(duì)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行初步的改造，以期實(shí)現(xiàn)額外的功能，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力以及創(chuàng)新能力；一部分來(lái)源于教師的科研課題中的內(nèi)容，讓學(xué)生參與到教師的科研工作中來(lái)，體驗(yàn)科研的樂(lè)趣與艱辛，進(jìn)行科學(xué)方法的教育；一部分針對(duì)學(xué)生在不同實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的感興趣的現(xiàn)象和問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步的探索；還有一部分可以利用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，使學(xué)生從理論上進(jìn)一步理解物理概念和物理過(guò)程。設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)包括高真空的獲得和測(cè)量、全息照相、第一性原理計(jì)算，磁控濺射等題目。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的綜合性比較強(qiáng)，既需要教師的精心設(shè)計(jì)，細(xì)心挑選，要有足夠的深度和廣度的把握，還要兼顧學(xué)生的水平和能力，要求學(xué)生在熟悉基本理論和操作的基礎(chǔ)上有所延伸和擴(kuò)展。學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、選擇實(shí)驗(yàn)方法和器材、擬定實(shí)驗(yàn)步驟，并在實(shí)驗(yàn)中不斷修訂實(shí)驗(yàn)方法和步驟，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)的分析。在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中可以充分培養(yǎng)學(xué)生思考能力、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題的能力以及創(chuàng)新能力。

2.2 提高對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求

在以往的教學(xué)模式下，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性被限制，對(duì)實(shí)驗(yàn)沒(méi)有過(guò)多的了解和認(rèn)識(shí)，只是機(jī)械的接受，在這種學(xué)習(xí)狀態(tài)下不可能認(rèn)真對(duì)待實(shí)驗(yàn)報(bào)告，更有甚者直接抄襲別人的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，學(xué)術(shù)作風(fēng)日漸下降，而撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告過(guò)程也是了解實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。所以，提高對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也是一種途徑，同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)作風(fēng)。

首先要求學(xué)生按照預(yù)習(xí)、操作、總結(jié)分析三個(gè)階段撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，對(duì)待預(yù)習(xí)的要求不僅僅停留在上交預(yù)習(xí)報(bào)告層面上，還要求在報(bào)告中指出本次實(shí)驗(yàn)所用的科學(xué)方法、物理思想，督促學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入的思考和探究。在操作過(guò)程中，將原來(lái)教師講解實(shí)驗(yàn)原理改為由學(xué)生匯報(bào)預(yù)習(xí)情況，由于通過(guò)撰寫(xiě)預(yù)習(xí)報(bào)告，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程有了一定的理解和認(rèn)識(shí)，再經(jīng)過(guò)語(yǔ)言加工講解出來(lái)更加深了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，這樣就將原來(lái)單純的檢查預(yù)習(xí)報(bào)告改為驗(yàn)收預(yù)習(xí)的效果，大大增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)和重視。強(qiáng)調(diào)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)的必要性，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果加以深入研究及拓展，積極思考，提出疑問(wèn)，重視學(xué)生提出的問(wèn)題，并對(duì)這些問(wèn)題加以解釋?zhuān)瑫r(shí)指導(dǎo)學(xué)生如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證科學(xué)的解釋?zhuān)瑥?qiáng)化學(xué)生利用理論解決實(shí)際問(wèn)題的能力，激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。

2.3 多媒體課件展示實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)難點(diǎn)

由于近代物理實(shí)驗(yàn)原理復(fù)雜且抽象，儀器集成度高，其中的原理不容易展示，容易給學(xué)生造成感知上的障礙，影響學(xué)生學(xué)習(xí)效果。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)的具體需要，將實(shí)驗(yàn)原理或儀器的工作原理制作成多媒體課件展示給學(xué)生，幫助學(xué)生深入掌握近代物理實(shí)驗(yàn)的物理思想和科學(xué)方法，從而能達(dá)到舉一反三的教學(xué)效果。

多媒體課件的制作必須按照教學(xué)大綱的要求，突出教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，講究科學(xué)性和系統(tǒng)性，適當(dāng)加入Flash動(dòng)畫(huà)或視頻元素以及圖片，豐富教學(xué)內(nèi)容，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在制作多媒體課件的過(guò)程中，教師可以與學(xué)生一起交流討論，共同完成，也可挑選綜合素質(zhì)較高的學(xué)生，組成小組，按照教師布置的任務(wù)，自己尋找素材獨(dú)立制作，再由教師進(jìn)行審核修改直至最后完成。在課件的制作過(guò)程中學(xué)生會(huì)對(duì)近代物理實(shí)驗(yàn)原理了解的更加深入透徹、對(duì)步驟會(huì)更加清晰完整，學(xué)生會(huì)投入更多的精力對(duì)近代物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入的研究、思考，不僅鞏固了所學(xué)的物理知識(shí)，而且還培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)、獲取素材的能力以及綜合能力，提高了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，對(duì)提高學(xué)生進(jìn)入社會(huì)的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力都有很大的促進(jìn)作用。

2.4 考核制度突出實(shí)際操作和物理思想

傳統(tǒng)的考核方式靈活性差，不能針對(duì)學(xué)生的實(shí)際特點(diǎn)作出評(píng)判，單純的以成績(jī)的高低來(lái)界定學(xué)生的好壞，這種考核方式抹殺了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的積極性，不能引起學(xué)生的足夠重視。所以，改革考核制度應(yīng)加大對(duì)實(shí)際操作和對(duì)物理思想理解的考核，如儀器操作、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等，綜合在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中的具體表現(xiàn)，可以適當(dāng)加大設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在考核中的比重?？己诵问蕉喾N多樣，可以以個(gè)人為單位，也可幾個(gè)同學(xué)組成小組共同解決較困難的問(wèn)題，可采用操作演示、書(shū)面報(bào)告和口頭報(bào)告等形式解決具體問(wèn)題。結(jié)成小組進(jìn)行考核不僅鍛煉學(xué)生提出問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，還能鍛煉學(xué)生的團(tuán)結(jié)合作、互相配合的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，為今后的工作學(xué)習(xí)打下一定的基礎(chǔ)。

通過(guò)采用上述的幾種方式，學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性明顯增強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的認(rèn)真程度大幅度提高，能夠?qū)σ恍﹩?wèn)題進(jìn)行深入的討論，解決問(wèn)題的能力大大提高，學(xué)生不僅獲得了一定的創(chuàng)新能力，還在科學(xué)方法和團(tuán)隊(duì)合作方面得到了極大的鍛煉。

3 結(jié)語(yǔ)

近代物理實(shí)驗(yàn)本身就是一個(gè)創(chuàng)新的產(chǎn)物，它蘊(yùn)含了豐富的物理思想、物理方法和創(chuàng)新思想，在近代物理實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力更能體現(xiàn)創(chuàng)新的重要性。通過(guò)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生動(dòng)手能力，使學(xué)生更深入了解物理思想、運(yùn)用科學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。當(dāng)然學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不是一朝一夕的，需要在教學(xué)中不斷的激發(fā)學(xué)生的興趣，引導(dǎo)學(xué)生采用科學(xué)的方法，認(rèn)真思考，動(dòng)手實(shí)踐，這是一個(gè)長(zhǎng)期的培養(yǎng)過(guò)程，在不同課程中實(shí)施改革，不斷提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

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