改革大学物理实验的教学模式，提升大学生的创新能力
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[摘 要] 物理实验是大学一门重要的课程，可以验证物理理论，促进物理理论的发展。通过大学物理实验教学，不仅可使学生获得知识，还能培养学生的创新、创造能力。但在大学物理实验的实际教学中，还有很多需要改进的地方。分析大学物理实验教学中存在的问题，提出改革大学物理实验的教学模式，提升大学生创新能力的探索措施。
[关 键 词] 大学物理实验;教学模式;创新能力
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）13-0138-02
物理学是一门以实验为基础，研究宇宙万物间能量转化及转移过程中相互作用规律的自然学科。本质上讲，物理学是一门应用性极强的实验学科，其规律的发现及理论的建立都必须以实验为基础或者通过实验验证[1]。因此，在加强理论知识学习的基础之上，也必须尊重物理学的发展规律，重视物理实验的学习及操作，以培养学生的实际操作能力、增强学生的理论与实践相结合的应用能力、提升学生的创新意识及创新能力[2]。大学物理实验课程是高等学校培养创新型人才的基础课程，受到广大高等学校的重视。大学物理实验课程是大学物理的重要组成部分，在验证归纳物理规律，培养学生分析、处理问题的创新能力方面具有不可缺少的作用。因此，各个高校工科类、农林类专业纷纷开设大学物理实验课程，作为必修基础课。该课程的开设也为后续专业技能的培养及锻炼打好基础，还能锻炼学生的科学素质、思维方式和应用能力[2]。大学物理实验的实验教学是大学物理实验课程的重要阵地，应得到足够的重视，但是在现实教学中却有让人不满意的地方。无论是学校层面、教师教学层面还是学生的学习态度，都没有达到相应的要求。因此，笔者以自身教学大学物理实验课程的经验及角度，谈谈对大学物理实验课程存在的一些问题，以及应采取的改革措施。
二、大学物理实验课程教学中存在的问题
（一）大学物理实验课程的教学模式创新不足
当前，各高校虽然基本都开设了大学物理实验课程，但并没有作为主干课程，学分少、课时少、仪器陈旧等问题仍旧存在。这在实际教学中会导致一系列的其他问题。首先，学校投入的经费不足，很多实验仪器陈旧，年代久远，没有得到及时维修更换;实验仪器数量偏少，需要2～3人共用一台仪器设备;没有添置一些前沿的实验仪器。用这些实验仪器设备开展实验教学，使大学物理实验课程的教学效果大打折扣。其次，师资配备投入不足。一位教师通常需要带几个实验教学班，人手不够导致压缩大学物理实验课时、学分的现象。比如，大学物理实验课程的学分通常只有1～2学分，只有30课时，甚至有些专业只开设16课时。这些问题会导致教师在大学物理实验教学中主要以灌输式的教学模式为主，缺少对教学模式的创新。在大学物理实验教学中，通常存在教师在实验原理、理论推导和实验过程步骤上已做好充分的准备，学生只是听从教师的指令和要求完成所学的实验。例如，上课之前已调试好实验仪器设备，上课讲解演示实验步骤，并演示实验过程需要注意的事项等。讲试完成后，在余下的时间里学生只是照着教师讲解演示的步骤完成实验操作并记录实验数据。学生既没有花费时间调试仪器设备，也缺少在遇到问题时进行独立思考、探索的锻炼。这样的教学模式既没有达到应有的教学效果，也没能让学生体会到实验中的大智慧。在大学物理实验教学中，部分学生存在应付的学习态度。由于学分少、课时少，很多学生并没有足够重视大学物理实验课程的学习，也没有认识到大学物理实验课程对创新能力培养的重要性。在教师要求做实验课前预习时，只是简单地抄完实验预习报告，上课时常常出现大部分学生并不知道所做实验的意义是什么、目的是什么、关键点在哪儿、原理是什么。看完教师演示后，只是简单重复实验步骤。在实验过程中调试不出实验结果时，直接让教师帮忙调试，不愿意独立探索问题出在哪儿，思考为什么出现这样的问题，后续实验中需要注意什么问题，并进行改进、解决问题。即使获取了实验数据，只是当作完成了一项任务，学生并没有或者不会先确认实验数据是否合理，是否正确，以反过来检查实验操作过程中哪些步骤出了问题。最后，只是简单按照公式处理实验结果，往往缺少实验结论，也不愿意做误差分析，对实验过程中误差的大小、实验获取结果的正确性有多大、分析问题出在哪里、往后要注意什么、怎么改进等都不关心。
（二）大学物理实验课程培养学生的创新能力不足
在大学物理实验教学中，不仅可以验证物理规律，还能培养学生的实验操作技能，进而提升学生的创新能力。但是在具体的实验项目中并没有达到培养学生创新能力的目的。实验项目并不能引起學生兴趣，不能吸引学生，不能激发学生的好奇心，使学生思索、探究、创新;现行大学物理实验教学中，尚缺少设计性实验。设计性实验可以使学生灵活、创造性地运用物理知识及实验技能，从不同角度、不同层次采取不同方案设计实验并完成实验，激发学生学习的自主性，提高学生的思索能力，进而培养学生的创新精神和创新能力。现行大学物理实验教学也缺少探索性实验的安排。学生只是简单重复教师演示后的实验步骤，并没有发挥实验教学的主角作用，不利于创新能力的培养。如果大学物理实验教学中适当引入探索性实验，让教师在实验过程中只作为指导者、旁观者，可以充分提高学生的实验热情及兴趣，充分发挥学生的主角作用，充分激发学生的创造性思维。
二、大学物理实验课程教学中的改革及探索
大学物理实验课程教学中存在的学分少、课时少、投入不足等问题导致教学模式创新不足以及学生创新能力不足，笔者根据自己的教学经验进行了改革与探索。 （一）以学生为主体的教学模式改革
考虑到现行大学物理实验教学中存在学分少、课时少、投入不足的实际问题未必能短时间内得到明显改变。因此，在学分没有增加、课时没有增加、资金和师资投入不够的情况下，可采取减少实验项目总量的方法。当前大学物理实验的项目总数通常是二十个左右，可减小到十个项目。这样相当于适当延长单个实验项目的时间。在单个实验项目时间足够的情况下，必须要改革大学物理实验的教学模式，彻底解决大学物理实验课程教学主体颠倒的问题。在项目数不多、实验时间不紧迫时，学生有足够的时间认真完成物理实验，细细体味物理实验，进而理解物理实验。这种通过以质量换取数量的方法，可以切实激发学生的主体性，提升学生的学习能力。此外，教师要相应改进教学方法，调整教学目标。学生是大学物理实验学习的主体，教师是大学物理实验教学的引导者。学生是知识的主动汲取者，教师是学生学习的指导者。以学生为主、教师为辅的教学目标引入有趣的教学情景，引导学生主动思索问题并主动完成实验。经常思考实验过程中存在的问题并加以分析解决，对学生分析问题能力、解决问题能力的提升大有益处。因为经常动手做实验，调试实验设备，可增强动手能力，提升解决实际生活中问题的能力，进而可以主动做一些有新意的实验，改善现有实验不足的地方。经过锻炼，可培养学生学习的主动性及兴趣，提升独立操作、分析能力以及研究创新能力。
（二）以自主探索为目的的创新能力培养
在资金投入不足、仪器设备更新慢的情况下，教师更要创新大学物理实验的教学模式，更要积极探索如何加入设计性、探索性实验项目。要改革以前课堂演示以教师为主体的教学模式，利用探索性、设计性实验，让学生直接参与，发挥学生充分用脑、用手的主体作用，激发学生的创新思维。例如，可加入“单摆测量地球重力加速度”的设计性及探索性实验。单摆实验原理简单，使用仪器随处可见、可用。单摆实验测量重力加速度的表达式中的L是单摆线长，T是摆动周期，只要一把尺子和手机中的计时功能即可测量。但是这个简单、方便的实验足够学生在创新、创造方面用来进行设计性、探索性实验。在实验教学过程中，教师可提示学生重力加速度的表达式是怎么来的，让学生自己推导，进而让学生自己体会这个实验原理的适用条件。对于实验原理中的角度很小的情况，可引导学生思考怎样的角度才算是角度很小的情况。让学生通过实验确定，多大角度下单摆测量得到的重力加速度是合理正确的。在学生探索过程中，指导他们不断改变摆角度，如从小角度到大角度摆，然后测量不同角度的实验数据，进而根据公式处理得到重力加速度。比较不同角度下测量的重力加速度有什么变化，分析其中的原理，探索单摆实验的原理的适用性。此外，通过这些探索后，还可以让学生自己重新设计单摆实验，自己选择实验使用的器材，自己改善实验条件，提高实验的测量精度，以及确保实验结果的可靠性。通过这样简单方便的实验，使学生主动做实验，体会实验中的奥妙，进而激发学生的创新、创造能力。
本文根据笔者对大学物理实验教学中存在的问题及经验，对大學物理实验教学进行了改革探索，以期提升大学生的创新、创造能力。当然，笔者也仅作了部分探索，高校在大学物理实验的重视上、投入上还应加大力度，以便促使大学物理实验能跟上时代发展的步伐，使大学物理实验教学的改革符合科学发展的需要，培养学生扎实的实验功底和开拓创新能力。
参考文献：
[1]陈曙光.大学物理学[M].长沙：湖南大学出版社，2006.
[2]唐贵平.大学物理实验[M].上海：复旦大学出版社，2007.
编辑 武生智
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