大学物理实验对学生实验素养和创新素质的培养

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　　摘要：实践创新是新时代对人才的新要求，作为当代大学生应该注重培养自身的实践创新素养。因此，大学生应该重视大学期间开设的实验课程的学习。本文讨论了大学物理实验课程对学生的意义，主要从培养良好的实验习惯、培养良好的思维习惯、自主设计实验三方面，探讨了大学物理实验课程对学生实验素养和创新素质的培养。
　　关键词：物理实验;实验素养;创新素质;培养
　　中图分类号：04 文献标识码：A
　　21世纪是人才的世纪，大学生是具备了互联网技术、创新思维和开拓精神的年轻人才，属于优质资源，是社会发展的重要后备军。因此，大学生良好的素质是实现中华民族伟大复兴的保证。科教兴国战略要求高等院校为国家不断地输送具有高素质的科技创新人才，所以培养大学生良好的实验素养和创新素质有着重大意义。本文分析了大学物理实验课的现状，主要从养成良好的实验习惯、培养良好的思维习惯、自主设计实验三方面，探讨大学物理实验对学生实验素养和创新素质的培养。
　　1大学物理实验课现状
　　在学生的心目中，实验课不及理论课重要，加上动手能力偏弱，学生往往对大学物理实验课重视程度不够，有的只是为了完成学分，抱着应付的态度。基于上述原因，学生对该课程学习投入的精力不够多，热情不够高。比如，从实验预习报告可以看出，许多同学没有认真去理解实验原理和熟悉实验步骤，他们只是按照教材或示范报告一字不漏照搬全抄，没有在理解的基础上，用自己的语言来概括原理和步骤。从实验课堂中可以感觉到部分学生对实验操作没有耐心，不够严谨，遇到问题不愿自己开动脑筋解决，总是求老师和同学帮助解决，对实验现象观察不够仔细，不会积极主动地探究问题的原因。对老师的指导不求甚解，只是照猫画虎，不能独立完成操作。从实验报告的撰写也能反映学生的敷衍态度，书写的不工整，有效数字不规范，计算过程中经常缺少单位，误差来源分析不全面，没有自己的心得体会。
　　2培养良好的实验习惯
　　良好的实验习惯是实验成功的前提，大学生应该重视培养自己的实验好习惯。良好的实验习惯一旦养成，对自己今后的学习和工作都将受益匪浅，对自己未来的发展也将产生深远的影响。
　　2.1实验仪器及测量工具使用前的检查
　　实验前对仪器和测量工具进行检查，能够提高实验效率以及保证测量结果的可靠性，是实验中不可缺少的一个环节。在实验期间，由于不重视实验前对仪器的检查，不少学生在实验过程中因为仪器原因不得不中断实验，浪费时间，耽误实验进程。在对仪器检查的同时，还需对该实验要用到的测量工具进行检查，如游标卡尺、千分尺、卷尺、天平等等。检查这些工具是否有损坏，是否存在系统误差等状况。有损坏的，看损坏的情况是否会影响到测量结果，具体情况具体处理，如在实验前必须检查是否存在系统误差，若存在，需要把系统误差记录下来，然后对测量值进行修正。但这一点很多同学都忽视了，实验时不进行检查直接使用测量工具进行测量，导致最终测量结果的百分差很大，不在合理的范围之内，却不知道是什么原因造成的。由此可见，养成实验前对仪器和测量工具进行检查的好习惯是多么的重要，这也培养了学生严谨的实验态度。
　　2.2操作前对实验仪器的设计结构进行观察分析
　　操作前对实验仪器整体结构的观察和分析，可以帮助实验者对操作步骤的理解和熟悉，也可以保证顺利完成实验操作。另外，学生对实验仪器整体结构的把握，不但可以培养学生注重局部细节，同时可以培养学生掌控全局的观念和能力。这种既见树木又见森林的能力对保证实验的有效进行起到积极的作用。例如在三线摆实验中，需要调节上圆盘水平时，很多同学只在上圆盘附近找调节旋钮，结果怎么调节都不能使上圆盘水准仪中的气泡居中，这是因为他们在实验前没有对实验仪器的整体设计结构进行观察分析，只是按照惯性思维进行操作进而导致实验失败。其实上圆盘水平是通过调节底座的三个螺钉来实现，这个实验让学生明白在着眼仪器局部的同时不能忽视对仪器结构的整体观察和分析。
　　2.3培养学生的优良实验习惯
　　在实验过程中培养出来的实验素养、动手能力、创新意识，对学生今后的学习、工作乃至生活都将产生深远的影响。
　　大学物理实验课上每位学生独立操作一台实验仪器，可以充分发挥和培养学生的独立自主能力。预习、操作、数据处理三个环节都需要学生自己独立思考，自主完成，所以认真对待大学物理实验课，对培养自己的独立自主能力有着积极作用。不少大学物理实验仪器较难调节，需要花不少时间进行操作，但往往通过这些实验可以培养学生迎难而上、坚持不懈的实验精神，提升自身的实验素养。
　　大学物理实验课可以培养学生的观察和思考能力，提高其分析问题和解决问题的能力，養成良好的实验习惯。例如在分光计的调节中，通过观察分光计的结构以及根据调节的最终目标，思考如何更快更有效地将仪器调节好，要将平面镜双面绿色“+”的像尽快调入望远镜视野里，根据分光计的结构，可以首先将望远镜光轴调水平，并调节载物台高低使得平面镜的中心与望远镜光轴等高。然后眼睛在望远镜外部右侧且与其光轴等高处分别找平面镜中双面绿“+”的像，将双面“+”的像均调至平面镜中心附近，且在调节过程中保持望远镜光轴调水平和载物台的上、下板间隙均匀，这样在望远镜视野里可以找到双面绿色“+”的像。因此，善于观察和分析思考有利于降低分光计等实验仪器的调节难度。养成善于观察和思考的好习惯，有利于实验过程中问题的解决，提高动手能力。
　　由最小偏向角测玻璃三棱镜折射率的实验中，在用望远镜观察彩色谱线时，经常会受到附近光源的干扰，有时看到的谱线并非是自身光源折射出来的。为了改善这种情况，有的同学采用遮挡附近光源的办法，有的同学则用实验报告本从左右两侧去盖住三棱镜，在解决这个问题上同学们积极开动脑筋，几种解决办法比较下来，还是用报告本从左右两侧去遮三棱镜的方法更为有效。因此大学物理实验课能激发学生善于观察、勤于思考、勇于解决问题的实验习惯。 　　3培养良好的思维习惯
　　良好的思维习惯可以激发学生的创新活力，提高学生的创新素质。在大学物理实验课程中，很多实验项目中的实验原理透露出来的实验设计思想可以启发、训练学生的思维方式，并且可以帮助学生养成良好的思维习惯。因此，认真对待大学物理实验课，可以培养和提高学生的创新素质。
　　在用模拟法测绘静电场的实验中，因为直接测绘静电场存在困难，可以采用测绘稳恒电流场来模拟静电场的分布规律。由于这两个场的电势分布规律是相同的，且稳恒电流场是实际可测的，因而这种模拟是切实有效的。学生不但要从这个实验中了解静电场是如何测绘的，更要从这个实验中懂得，当直接测量存在困难时，可否考虑采用模拟的思想来解决问题。这种模拟法的实验测量思维方式或许可以帮助学生在今后的实验或工作中遇到类似情况时，提出一种新的有效解决问题方法，体现学生的创新意识。
　　在迈克尔逊干涉仪测波长的实验中，通常是采用等间隔的条纹计数法进行测量，但这种方法容易造成视觉疲劳，错数条纹数目，降低波长测量精度，同时会对实验者的视力造成影响。
　　基于上述情况，学生则会考虑怎样才能少数些条纹，同时还能提高波长的测量精度，比目前采用的等间隔条纹计数法更有优势。一种新的条纹计数法就孕育而生，即不等间隔条纹计数法被提出，通过实验论证是切实可行的，并完成论文《迈克尔逊干涉仪测波长的不等间隔条纹计数法的探讨》。新方法的提出过程中，遇到了種种问题和困难，但通过分析思考，都得以解决，所以，创新本身就是一个训练学生思维方式的过程。由此可以看出，通过大学物理众多实验的演练，可以逐步培养学生良好的思维习惯，挖掘出学生的创新意识，增强了创新能力，同时提高了分析问题和解决问题的能力。
　　4自主设计实验
　　学生经过一系列实验项目的训练，掌握了一定的实验技能和方法，并具备了一些分析问题和解决问题的能力，在此基础上，学生可以自主设计实验。自主设计实验的开设可以增强学生对物理实验的兴趣，可以探究实验设想的结果，可以培养学生不断探索、务实求新、团结协作的精神，可以提高学生的创新能力。
　　在迈克尔逊干涉仪测波长的实验中，学生在实验中发现采用等间隔的条纹计数法用眼强度较大，测量结果往往精度不高，考虑寻找到一种新的不等间隔条纹计数法，相对省力又能提高测量精度。在此基础上，学生继续探究了不等间隔条纹计数的方式不同对测量结果带来的影响，按条纹间隔递增和间隔递减两种不同方式设计了实验方案，并进行了实验，发现条纹间隔方式选用的不同对波长测量结果是有影响的。在探究过程中，又发现了条纹间隔起伏幅度越大，波长测量精度越高的特点，基于上述的讨论完成了论文《探究不同条纹计数法对波长测量精度的影响》。
　　自主设计实验可以很好地培养学生实验的自主性、独立性，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。同时，自主设计实验可以发展学生的创新思维，提高创新素质。为了给学生创造更好的自主设计实验条件，可以开放实验室，让学生自主地进入实验室进行实验，不受时间限制。另外，还可以开设实验兴趣小组，在老师的引导下对实验进行自主设计，培养学生的科研素质。
　　良好的实验习惯有利于良好实验素养的养成;良好的思维习惯可以增强学生的创新意识，培养学生的创新素质;自主设计实验为学生养成良好实验素养和培养创新素质提供了条件。
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