拓展近代物理实验提高本科生创新意识

麻焕锋，董若颖

（商丘师范学院，河南 商丘 476000）

近代物理实验是全国高校理科物理类专业的一门重要的基础物理实验课程，在物理本科专业教学中占据重要的地位，对本科生科学素质的培养起着重要的作用[1]。它涉及物理内容极其广泛，且又是由多个学科领域交叉综合的实验课程。通常，各个高校开展的近代物理实验大都是以物理学发展历史上最有代表性，并对物理学发展起着重要作用的著名实验为原型，以及在实验技术和实验方法上具有显著时代性的实验为教学内容，具有综合性，前瞻性等特点。近代物理实验在物理学科中处于中间位置，它处于普通物理实验之后，在专门化实验或科学研究性实验之前，具有承上启下的作用。这就要求在近代物理实验教学过程中要对学生的基本的实验素养进行严格的训练，是同学们掌握实验室的各种基本技巧和实验思想，同时要求对学生们的创新意识和对物理现象的观察能力和分析能力进行培养[2]，使同学们的科学素养得以加强。

1 近代物理实验课程内容的设置

近代物理实验作为一门专业性相对来讲比较强的实验课程来讲要在实验课程内容的安排与设置和大学普通物理实验区分开来，把相对简单的一些验证性和测量性的实验安排在大学普通物理实验中。把设计、研究性实验作为近代物理实验的主题，以课题组或是实验小组为组织形式，让学生直接参加到近代物理实验的设计或传统实验的更新和改造之中，或者参与到一些教师的科研课题当中。达到提高学生的知识面，丰富和活跃学生的物理思想，锻炼他们对物理现象的洞察能力的目的。同时让学生学习如何用实验方法研究物理现象和规律，掌握近代物理中的实验技术（如微波技术、低温技术、真空技术等）和实验方法。

2 近代物理实验课程教学方案的改革手段与方式

传统的近代物理教学基本上处于一种以自我为中心的封闭状态，一直不变的教学体系和教学内容与当前前沿科学新理论、新技术严重脱节。近代物理实验内容往往只是教科书上已有的基本物理规律，定理的简单重复，所采用的教学模式多是让学生按部就班地完成教师准备好的实验项目，模式显得单一，教学内容过于陈旧，也难以提高学生的兴趣。同时，对本科生的实验教学一般一个实验内容为3个课时，而近代物理实验大都较为复杂，在这样一个很短时间内要学生了解实验原理，仪器原理，熟悉仪器的操作使用并完成实验显然是不太可能的，因而，实验教学过程中教师对实验原理，实验步骤，仪器操作方法等只能尽量讲清楚一点，让学生自己思考的太少，很多学生是盲目操作，走了过场，这实际上是一种呆板的模仿型教学。这些弊端相当严重地阻碍了学生的学习积极性，主动性，创造性以及现代科学思维方法的形成[3]。鉴于此，笔者根据自身在近几年的教学过程中运用了以下几点教学改革手段：

2.1 建设实验课程预习平台

以往物理实验的预习，学生大都是就实验教材本身做简单的阅读，了解其大概实验原理等实验内容，而教师对学生预习的时间、方式、方法都没有给予过多的指导。这在进行大学物理实验时由于其原理浅显，内容简单，操作简便，所以大多数学生较好的完成实验内容没有问题。但是对于近代物理实验，没有充分的理论准备、技术准备和器材准备，要完美的完成实验内容，达到实验目的几乎是不可能的。这就要求在实验预习中建构一个完备的实验平台。具体可以从以下几个方面入手。

（1）时间安排。学生在进行某个实验的前一到两周与指导教师预约，到实验室进行1到2个课时的集中预习，然后再带着指导教师给予学生在实验中的任务与要求，利用大约1周时间进行具体的细致的准备。这样就给学生进行大学物理实验留出了时间上的回旋余地，对他们进行深层次问题的思考提供了充裕的时间和空间。

（2）预习方式的改变。预习过程中，教师首先扼要介绍该实验的历史意义和现实意义，特别要介绍前人在该实验上所做的工作及其成功与失败关键所在和巧妙之处，并结合日常生活实际提出一些问题，以引起学生的兴趣。例如核磁共振实验，可以询问“医院里核磁共振成像诊断疾病”是怎么回事？再如全息照相，可以提问全息照相与普通照相有什么不同？等等。为了让学生对实验有更为广泛的了解，还可以提出一些问题，例如国内其他高校和实验室怎么开设的，怎样运行，与我们的实验室有何不同？你认为利用该实验仪器还能开展哪些工作，还能拓展哪些内容？要求学生下去查阅资料，进行调研，在整体把握该实验的过程中激发他们的创新意识和想像力。

（3）规章制度的学习。实验室通常都建立了一套行之有效的管理制度和考核制度，以规范师生行为，但是学生未必对实验室的规章制度有一个深层次的理解，而简单认为规章制度就是“能干什么，不能干什么”，而学生的这种思想对实验本身和学生科学素养的提高极为不利。实验的规章制度应该成为学生从事科研活动的一个基本准则和习惯。才能保证实验的顺利完成，并可持续发展。例如在“用快速电子验证相对论效应”的实验中就要把辐射的相关知识和必要的注意事项讲给学生，也就对学生做了一个关于核安全的安全教育。达到规章制度是对实验室工作人员、实验教师和学生的有效约束与指导。

2.2 增加实验相关内容专题讲座

近代物理实验相对于普通实验具有较强的综合性、专业性和技术性，从普通物理实验到近代物理实验是一个很大的飞跃，学生刚接触近代物理实验时有些不适应，尤其对那些在实验原理上较难理解、实验思想上较为新颖、实验方法上较为复杂、实验技术上综合性较强的实验，相当一部分实验内容是近代物理学发展的前沿领域，其中一些选题是近代物理学发展中具有重大影响或获取诺贝尔物理学奖的著名实验。因此实验内容信息量大，涉及相关知识多，而学生课堂上知识获取途径通常是以知识块的形式所得，所以对于每个实验的相关知识并没有形成一个完整的体系。通过专题讲座对学生进行启发性的讲解，以便他们在进行开放性实验时，对实验难点、实验方法、实验技术有启示作用。这样，实验指导老师可以专题讲座形式，向学生介绍、讲授相关的实验技术发展趋势，拓宽学生的视野，促使学生了解所在学科或相关学科领域的前沿知识，掌握最新的研究动态。让学生尽可能多地接触学科前沿，并在讲座交流中拓展视野，产生灵感，碰撞出智慧火花。

2.3 加强实验操作增强学生动手能力

作为理工类的大学生，实验动手能力是其重要培养能力之一，能把所学理论应用于实践中，使理论和实践相结合，能够灵活地、创造性地利用所学理论为生产服务。在以往的学习和普通物理实验中，学生的动手能力已达到一定程度的培养，但是综合以往的经验，学生的动手能力普遍不强。在实验教学过程中，常常会有一些学生左手拿课本、右手做实验的情况，这就要求实验指导教师在讲解实验过程中不仅仅讲解实验相关知识，对学生的动手操作要求也要讲到。当然，这也就要求在实验课程的评价体系中加入动手能力部分，建立一整套科学合理的实验成绩考核体系，巩固学生动手能力。为了加强同学们的动手意识，培养他们的动手能力，对于简单的实验仪器故障可以由学生自己解决。当然近代物理实验有其自身的显著特点，其仪器和普通物理实验相比：结构复杂精密，操作要求细致入微，稍有不当便易损坏，但不便拆卸、组装和维修；设备先进，但价格普遍昂贵，这就更加要求加强学生的动手能力的培养。在整个实验操作过程中老师只起引导作用，课间操作强调注重培养学生观察现象，分析和解决问题的能力，养成良好的实验习惯。完成实验后老师要检查实验结果，且允许失败，学生实验失败后，老师将和同学一起分析失败的原因，直到找出解决问题的方法。

2.4 拓展实验内涵

当前物理实验项目中，验证性和演示性的实验较多，应用性的实验较少，而物理实验课，特别是近代物理实验，是一门和当今高科技紧密相连的课程，我们可以通过实验拓展，让学生进一步接触类似于科研工作人员进行的科研实验项目。老师应当把其教学的内容延伸至课堂之外，尽量与日常生活和现代科技联系起来，激发学生学习的兴趣，提高学习的效率。指导教师在实验教学中发现相当多的学生对当前实验的拓展和重新设计特别感兴趣，他们运用自己方法和思想进行实验并和原实验加以比较，很多想法都超出了教师们的预料。当然，这也迫使教师们屡屡修改和补充教案，并加深自己能力的提升，以满足学生日渐膨胀的求知欲望。像这样的实验拓展能加深学生对实验的理解，更能提提升学生的实验应用能力。另外，实验拓展不一定局限于仅就实验过程或结果进行思考，只要与实验相关的内容都值得肯定。

3 培养学生严谨的科学态度提高学生科学素养

在近代物理实验教学中，指导教师要鼓励学生，积极思考，大胆探索，认真实验，使学生积累物理现象并有正确的思考，能在掌握知识的同时，逐渐形成严谨的科学态度和实事求是的品质。拓展物理教学内涵，将知识学习与科技素质培养相结合，人文精神与科学思想相交融，使学生在思维方法，实验技能上受到初步而系统的训练，在潜移默化中培养学生的科学素养、人文素养和创新意识，既为他们后继专业课学习打下深厚的基础，也为今后工作、参加科学研究，乃至形成整个人生观培养出一种潜在的能力。教育学生在科学面前来不得半点虚假，培养学生不仅要有严谨的科学态度，还要有坚忍不拔的意志品质。

4 激发学生探索积极性提高学生创新意识

创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力，物理学的发展更是一部创新史[4]。

近代物理实验中蕴涵着丰富的物理思想、物理方法和创新思想，实验中有相当一部分选题来自近代物理学发展史上起过重大作用的物理学家们的研究课题。这些题目中许多曾获得诺贝尔物理奖，比如：密立根油滴实验、夫兰克一赫兹实验、光电效应实验等。通过系统学习，它能使学生受到著名物理学家的物理思想和探索精神的熏陶，激发学生的探索、创新意识。

[1]郝世明，刘香茹，李新忠.近代物理实验教学体系及教学模式的改革[J].中国现代教育装备，2011，117（5）：117－118.

[2]刘富池，孔文婕，覃以威等.近代物理实验培养学生创新能力探讨[J].实验科学与技术，2011，9（1）：114－116.

[3]孙禹典.从香港大学近代物理实验看其实验教学的一些特点[J].大学物理实验，1998（2）：61－62.

[4]王长春，宛明高.注重实验教学改革培养学生创新能力[J].大学物理实验，2010（3）.