物理实验对学生工程能力的培养

黄朝慧

摘 要：本文通过对传统实验教学方式和方法与创新教育思想的比对，构建起创新实验的基本思路和教学的基本模式。研究创新教育，探讨如何通过教师（创新的引导者）应用创新思维教学的策略，激发学生（创新者）的创新动机，发挥创新的潜能，产生创新的行为和结果。

关键词：物理实验； 创新教育； 工程能力

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2013）07-057-001

高等工程教育是工程科技人员培养的主渠道，为工程科学技术的发展源源不断地提供着新鲜活力。高等工程教育对工程技术人员的知识、能力、素质等形成起着主要作用，特别是对创新精神与创新能力培养有决定性的影响。创新教育的研究，实质是对传统教育的挑战，对于工科学生，如何通过物理实验的教学，达到发展智力，促进想象力，提高工程能力，是物理实验教学改革的一个重要内容。

一、我国工程教育能力培养存在的主要问题

多项研究表明，目前我国工程教育对工业化的贡献较低，国际洛桑学院在对工程教育为市场提供合格工程师能力的研究和排名中，把我国排在了最后一名。这从一个侧面反映出我国高等工程教育在适应社会发展需要方面存在不小的差距，工程教育的质量与水平同工业化发展的要求相距甚远。“实践动手能力差、知识面窄、文化素质差、创造精神不强”是用人单位对工科院校学生反映最强烈的问题。因此，在工程教育的人才培养模式中，如何紧紧抓住学生的工程实践与创新能力的培养，在高等学校的教育教学中处理好理论与实践、知识与能力、创新素质培养的问题，成为当前我国工程教育需要着力解决的问题。

物理实验作为创新教育的一个重要手段，其教学的好坏将影响到学生创造能力、科研能力和创新精神的培养，只有把理论和实验、实践联系起来，充分发挥学生思维的主体性，自己发现问题、提出问题、思考问题、解决问题，才能培养出出色的工程人员。

二、创新物理实验的教学基本思路和模式

1.创新物理实验的教学模式

针对不同的实验教学内容分别采用不同的教学模式。

对于验证性实验，在学生充分预习的基础上，教师简要介绍所要验证的理论知识、方法、主要仪器设备的工作原理与方法及必要的注意事项，一般讲解时间不应超过20分钟，让学生有足够的时间去完成实验项目。

对于工程技能训练性实验，如计算机的应用、仪器设备的使用、测量设备的使用等，一般上课时只简单介绍必要的注意事项，让学生自己独立掌握和熟悉仪器的操作。

对于工程设计性实验，则先由学生实验小组设计好实验方案，教师审查其实验方案的合理性与可行性后再进行实验操作，一般教师不做讲解，只作指导。

对于工程研究性实验，则由教师与学生实验小组一起研究制定实验计划与实验方案，在教师的指导下一起进行研究性实验、观察实验现象、记录实验数据、整理和分析实验资料，最后提出实验研究成果。

2.创新物理实验的教学组织和手段

针对不同的实验教学内容，采用不同的实验教学组织方式。对于小型的、一般性实验或仪器设备台套数较多的实验可以集中安排，多个实验小组一起进行。对于大型实验或设备台套数较少的实验则应分组分批进行。而对于设计性实验与研究性实验则应采用开放式实验教学组织方式，由学生根据实验的需要，作出实验计划与安排，分一次或多次进行实验，实验时间一般可事先预约。

三、在物理实验教学中培养创新能力

1.加强验证性实验教学，培养学生动手实验的能力

在做“用单摆测重力加速度”的实验时，可让学生设计出“测重力加速度”不同的实验方案和实验原理，根据不同的实验原理达到相同的实验目的，如“用弹簧秤测物体的重力G，再用天平测物体的质量m，则g=G/m”，“利用自由落体运动测重力加速度”，“利用圆锥摆测重力加速度”，“利用机械能守恒定律测重力加速度”等方案，对学生提出的各种设计方案要不失时机地对学生中的标新立异的方法给予肯定、支持和帮助，鼓励他们大胆猜想和独立思考，同时要引导学生进行分析、判断、比较各种做法的利与弊，帮助学生设计出最佳实验方案，这样，不仅开发了学生的思维空间，而且使学生解决问题的勇气、信心、毅力、科学的批判精神和创造能力得到培养。

2.加强探索性实验教学，培养学生的实验思维能力

如在“测量粘滞阻力与哪些因素有关”的实验中，在让学生观察了金属小球在粘滞液体中的自由下落后，启发学生积极思维，根据观察和实验结果，找到物体在流体中下落的运动学特征，分析粘滞阻力与哪些因素有关，可以分别设计实验来验证是否与几个因素有关。得出物体在流体中下落过程的一般阻力公式，利用得到的阻力公式和牛顿第二定律，求解物体在流体中运动速度随时间变化的规律，并对结果进行分析和讨论，再与观察和实验结果进行比较，看是否正确。并且可以利用物体在流体中下落运动的特点，让学生估算保证伞兵安全跳伞着落的伞面积。通过探索性实验教学，让学生自己探索，成为科学知识的主动探索者，学生在做探索性实验时，在教师的引导下，思考实验原理、选择实验器材、构思实验步骤、分析实验数据及处理实验结果，从而活跃了学生学习的气氛，增强了实验的趣味性、科学性、引导性和启发性，提高了学生的实验思维能力，激发了学生的创新意识，使学生学习更加积极主动。

总之，物理实验的创新教育是以培养学生的创新精神、创新意识、创造性个性品质和创新能力为主要目的的教育。以不同时期科学家创造性产物为内容的工科物理实验，在培养学生动手能力、科学素质和创新精神方面独具优势，许多工科物理实验的项目，不但在验证理论的正确性方面做出了重大贡献，而且设计思想独特、技术手段巧妙，给后人留下了深刻的启示。然而，落后、呆板的实验教学模式限制了学生想象力和创造性精神的发挥，使其没有充分发挥出应有的功效。所以我们应使用新型的实验教学模式，从而培养出更优秀的工程人员。