洪渭 石友彬 王慧 陳春雷

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?眾所周知，物理學(xué)是一門建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的自然科學(xué)。近代以來，物理學(xué)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，每一次的發(fā)展均離不開物理實(shí)驗(yàn)的有力推動(dòng)，例如，新物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)及奧秘探究、物理理論向現(xiàn)實(shí)技術(shù)生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化等。隨著我國(guó)教育的不斷發(fā)展，大學(xué)的物理實(shí)驗(yàn)教育逐漸成為我國(guó)教育發(fā)展的重點(diǎn)，同時(shí)，通過將教育概念納入主流教育發(fā)展，通過改革實(shí)驗(yàn)教育，加強(qiáng)大學(xué)物理的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教育內(nèi)容，促進(jìn)我國(guó)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教育教學(xué)的整體創(chuàng)新能力。目前，我國(guó)正研究如何加強(qiáng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教育的問題。通過大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)增加學(xué)生的物理知識(shí)儲(chǔ)備量，同時(shí)提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?大學(xué)物理;實(shí)驗(yàn)教學(xué);創(chuàng)新能力

[中圖分類號(hào)] ?G642 ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號(hào)] ?2096-0603（2019）18-0182-02

實(shí)驗(yàn)教育是人才開發(fā)以及提高學(xué)生綜合技能和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐能力的一個(gè)重要手段，也是學(xué)生實(shí)踐培訓(xùn)的一個(gè)重要組成部分。學(xué)生通過物理實(shí)驗(yàn)，能夠提高自身分析和解決問題的能力。通過鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行研究和創(chuàng)新，提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教育的實(shí)用性，同時(shí)保證了實(shí)驗(yàn)教育的教學(xué)質(zhì)量，滿足了社會(huì)對(duì)人才發(fā)展的必然需求。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新是高等教育工作者的一項(xiàng)長(zhǎng)期任務(wù)，使學(xué)生能夠更好地了解知識(shí)，不斷提高自身的綜合水平是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教育創(chuàng)新的關(guān)鍵。高等教育的重點(diǎn)是為國(guó)家提供創(chuàng)新型和發(fā)展型人才。因此，我國(guó)教育工作者應(yīng)當(dāng)提高學(xué)生的創(chuàng)新精神，在實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新中培養(yǎng)更多具有創(chuàng)新意識(shí)的人才。目前，我國(guó)高等教育的核心任務(wù)是如何實(shí)現(xiàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新。在大學(xué)物理教學(xué)和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中對(duì)如何發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新能力進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，特別是在創(chuàng)新教育概念方面，通過加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)性教學(xué)團(tuán)隊(duì)綜合水平以及創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容等方面進(jìn)行了突破性的嘗試。本文通過實(shí)驗(yàn)性教學(xué)的創(chuàng)新性研究，提出如何提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新能力，并努力在教學(xué)實(shí)踐中取得更好的成果。

一、目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是基于物理知識(shí)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上為學(xué)生提供的一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)方案的驗(yàn)證場(chǎng)所，它不僅能夠?yàn)閷W(xué)生提供嚴(yán)格和系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)培訓(xùn)，使他們能夠獲得進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)、方法和技術(shù)，同時(shí)也提高了學(xué)生的物理思維和創(chuàng)新精神，從而使學(xué)生能夠結(jié)合理論與現(xiàn)實(shí)的分析與解決問題聯(lián)系起來[1]。

1.長(zhǎng)期以來，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教育主要依靠教育制度和教學(xué)內(nèi)容，這種教育制度和內(nèi)容多年來沒有改變，與現(xiàn)代物理中迅速發(fā)展的新理論和技術(shù)脫節(jié)。在實(shí)踐中，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)被看作是課堂教學(xué)的一個(gè)附屬功能，僅能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單和反復(fù)地核查教科書中的基本物理規(guī)律，無法更深層地進(jìn)行探討。在大學(xué)物理教學(xué)的過程中，學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)物理課感到厭煩，這嚴(yán)重妨礙了學(xué)生開展物理思維方法的主動(dòng)性、創(chuàng)造性以及學(xué)生發(fā)展。

2.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教育教學(xué)中，每次實(shí)驗(yàn)為兩小時(shí)，在此期間必須完成實(shí)驗(yàn)、儀器操作的熟悉以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容原則的了解等一系列實(shí)驗(yàn)前所需要了解的知識(shí)。通常來講，教師僅教授實(shí)驗(yàn)原則以及實(shí)驗(yàn)程序，同時(shí)簡(jiǎn)單傳授固定裝置和儀器操作方法等，使學(xué)生沒有多少時(shí)間進(jìn)行思考，因此盲目操作實(shí)驗(yàn)儀器，導(dǎo)致學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)。

3.實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基礎(chǔ)，物理實(shí)驗(yàn)的概念和模式主要是通過不同類型的實(shí)驗(yàn)發(fā)展和確定的。然而，在理論教育中，概念形成過程缺乏實(shí)驗(yàn)的背景。盡管學(xué)生在課上對(duì)物理相關(guān)概念有所了解，但他們無法從根本上了解物理學(xué)家實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的和方法，也不知道最終會(huì)得出哪些明確的物理規(guī)律。此外，在實(shí)驗(yàn)中缺乏思考過程，僅通過形而上學(xué)的理論知識(shí)了解物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容而不了解其實(shí)驗(yàn)的目的，不僅無法培養(yǎng)學(xué)生的物理意識(shí)，同時(shí)也限制了學(xué)生的思考。

二、課程改革的實(shí)踐方法

目前的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式不符合21世紀(jì)物理技術(shù)發(fā)展的需要。因此，必須建立一個(gè)適應(yīng)現(xiàn)代物理技術(shù)發(fā)展的新的教育體系，以促進(jìn)現(xiàn)代物理技術(shù)發(fā)展，為未來物理學(xué)科的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（一）以培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新為目標(biāo)，建立物理實(shí)驗(yàn)課程新體系

基礎(chǔ)物理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程系統(tǒng)分為三個(gè)部分，分別是基本儀器實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?；A(chǔ)物理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從低到高、從基礎(chǔ)到高級(jí)的逐步改進(jìn)以及從獲得知識(shí)到綜合能力的發(fā)展?；A(chǔ)物理學(xué)不再僅僅是課堂教學(xué)內(nèi)容的重復(fù)和認(rèn)證，而是將電力、光學(xué)和現(xiàn)代物理學(xué)等獨(dú)立學(xué)科結(jié)合起來的實(shí)驗(yàn)。通過建立物理實(shí)驗(yàn)課程新體系，了解物理實(shí)驗(yàn)基本物質(zhì)的測(cè)量、基本實(shí)驗(yàn)工具的使用、基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)的培訓(xùn)以及創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)方法嘗試。通過建立物理實(shí)驗(yàn)課程新體系，將基本類型的實(shí)驗(yàn)逐漸增加至綜合實(shí)驗(yàn)的難度，并使之不斷擴(kuò)大和雙薪。物理實(shí)驗(yàn)課程新體系中的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下設(shè)計(jì)自己所感興趣的物理課程，通過一系列的物理實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能夠形成一種綜合的創(chuàng)新思想。學(xué)生通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以及在實(shí)驗(yàn)中獲得的成功和失敗的經(jīng)歷，能夠了解更多的實(shí)驗(yàn)操作經(jīng)驗(yàn)，從而達(dá)到提高物理實(shí)驗(yàn)質(zhì)量的目的。

（二）注重大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的時(shí)代性與先進(jìn)性

大學(xué)的物理實(shí)驗(yàn)必須與現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)相適應(yīng)，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和動(dòng)力。此外，可以將現(xiàn)代物理技術(shù)的成果納入傳統(tǒng)的理論中，以更好地實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的發(fā)展。在物理實(shí)驗(yàn)課程新體系中，通過成功地將計(jì)算機(jī)技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、光譜學(xué)、磁共振、核物理學(xué)、彈性X射線顯微鏡、光譜學(xué)等現(xiàn)代物理成果應(yīng)用于學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)中，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的時(shí)代性和先進(jìn)性[2]。

三、創(chuàng)新教育理念

在目前大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理教學(xué)活動(dòng)的框架內(nèi)，為了提高大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理教學(xué)的效率和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)教師應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)變教育的理念。在課堂上，教師要積極創(chuàng)造有利條件讓每名學(xué)生均能在互動(dòng)、溝通及探究中發(fā)揮各自的智力優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)每位學(xué)生的自信心，并主動(dòng)投入緊張的學(xué)習(xí)中。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要努力放松學(xué)生的心理包袱，這是推行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要旨，不能由于學(xué)生回答或理解錯(cuò)誤便遭到負(fù)面評(píng)估，這樣，大家才會(huì)全身心地投入實(shí)驗(yàn)問題的思考中。此外，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教育過程中，要求學(xué)生在每次實(shí)驗(yàn)之前編寫并提交一份詳細(xì)的報(bào)告，包括實(shí)驗(yàn)的目的、實(shí)驗(yàn)的原則、使用的工具、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表、實(shí)驗(yàn)步驟和預(yù)防措施。與此同時(shí)，不少實(shí)驗(yàn)可借由電子計(jì)算機(jī)變革陳舊的實(shí)驗(yàn)方式，并時(shí)刻增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的速度及精確度。把這一系列實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的基本原理及整體框架告知學(xué)生，使其經(jīng)由實(shí)際的操作、測(cè)量及觀察深切地領(lǐng)悟當(dāng)代物理科學(xué)的魅力，并激發(fā)學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)奧秘的探究欲望，同時(shí)有助于提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。

四、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和方法

（一）增設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

虛擬模擬實(shí)驗(yàn)教育是高等教育實(shí)驗(yàn)示范中心建設(shè)的一個(gè)重要組成部分，它有助于實(shí)驗(yàn)教育的改革和創(chuàng)新。虛擬模擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是信息和通信技術(shù)創(chuàng)新的一個(gè)重要組成部分。我國(guó)頒布的“教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的意見”和“教育信息化十年發(fā)展計(jì)劃（2011—2020年）”等文件中提出了提高實(shí)驗(yàn)教育的發(fā)展是當(dāng)前我國(guó)教育發(fā)展的重點(diǎn)。因此，為了逐步將實(shí)驗(yàn)教育的內(nèi)容與信息技術(shù)結(jié)合起來以提高實(shí)驗(yàn)教育的質(zhì)量和專業(yè)水平，應(yīng)當(dāng)將物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合和優(yōu)化。

（二）將Mathematica和Origin引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)

Mathematic是一種數(shù)學(xué)軟件，Orgin是一種圖形顯示和數(shù)據(jù)分析軟件，兩種軟件都具備較強(qiáng)的功能，同時(shí)具有操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于數(shù)學(xué)工程和物理應(yīng)用中。通過將Mathematica和Origin引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，利用數(shù)據(jù)、功能和圖形組合對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，用數(shù)字模型模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并將不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。

（三）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)

實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)是實(shí)驗(yàn)教育、物理研究、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的一支重要力量，是創(chuàng)造教育內(nèi)容和改革實(shí)驗(yàn)教育的關(guān)鍵，也是提高教育質(zhì)量的一個(gè)重要手段。通過建設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)，以教學(xué)名師為核心骨干，采取有效的措施實(shí)現(xiàn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)隊(duì)伍互通，實(shí)現(xiàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)的發(fā)展骨干相對(duì)穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)[3]。

（四）以賽促教，重視學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)

物理競(jìng)賽為激勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新提供了強(qiáng)有力的支持，一方面鼓勵(lì)學(xué)生在過程中突出積極性和創(chuàng)造性，提高他們的實(shí)際動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)意識(shí)，另一方面為教育改革提供了一個(gè)新的平臺(tái)。近年來，物理示范中心的工作重點(diǎn)是發(fā)展學(xué)生的操作能力和基本技能，積極組織學(xué)生參加學(xué)科競(jìng)賽，以提高學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知。例如，我國(guó)教育學(xué)院物理教育專業(yè)委員會(huì)為大學(xué)生和研究生舉辦了關(guān)于物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的全國(guó)競(jìng)賽，在國(guó)家高等物理教育研究所的支持下，通過高水平的教育競(jìng)賽，提高了學(xué)生操作和創(chuàng)新的能力，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了教學(xué)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化[4]。通過舉辦競(jìng)賽，提高了學(xué)生的物理應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力以及技能發(fā)展。通過參加物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽，與過去相比學(xué)生的操作能力大幅度提高，這不僅有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊(duì)精神，而且也有助于提高學(xué)生的實(shí)際操作能力和創(chuàng)新能力[5]。

在過去幾年中，由于實(shí)驗(yàn)教育的改革和創(chuàng)新，學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性和興趣大幅度增加，不斷提高了自身的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力。通過物理知識(shí)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的能力，同時(shí)也加強(qiáng)了物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面發(fā)揮了重要作用。希望能夠通過物理實(shí)驗(yàn)教育真正達(dá)到提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)夯實(shí)基礎(chǔ)[6]。

參考文獻(xiàn)：

[1]代偉，徐平川，陳大紅，等.培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系研究[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2013，26（4）：107-110.

[2]張海峰，毛建瑞，劉一.創(chuàng)新人才培養(yǎng)視域下的高校教學(xué)實(shí)驗(yàn)室綜合改革[J].實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)創(chuàng)新平臺(tái)環(huán)境協(xié)同體系建設(shè)與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2018，35（4）：30-33.

[4]李永濤，毛巍威，劉猛洪，等.提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的思考[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2013，26（1）：117-119.

[5]李春芳.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討與分析[J].吉首大學(xué)學(xué)報(bào)（自然物理版），2011，32（3）：120-123.

[6]彭小建.高等教育新常態(tài)下虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)探索[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2016，33（10）：237-240.

編輯 馮永霞