利用近代物理实验提高学生创新能力的探讨

孙薇薇 李祖君 杨海

摘 要：近代物理实验是一门综合性很强的课程，在物理学专业的教学中具有非常重要的作用。传统的教学方法不能有效的激发学生的学习兴趣，不利于学生创新能力的培养。根据近代物理实验的教学特点，将实验分为必做实验、选做实验和设计探究性实验，以适应不同学生的需求；通过提高對实验报告的要求、指导学生制作相应的多媒体课件以及改革考核手段等方面的改革，增加了学生参与实验的深度，锻炼了学生的科研意识和团队合作精神，重点培养了学生的动手能力和创新能力。

关键词：近代物理实验 学习兴趣 动手能力 创新能力

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（c）-0173-02

在科技高度发展的今天，科技创新是提高社会生产力的必由之路，而人才是科技创新的前提。高校作为培养人才的摇篮，为了适应新时期对创新型人才的需求，教学培养模式已经发生了变化，由原来的以理论为主的教学模式逐步转变为重视实践能力的培养。作为地方综合型大学的佳木斯大学以“明德励学，崇尚实践”为校训，从中可见学校对学生创新能力、实践能力的重视程度。目前社会对人才的综合素质提出了更高的要求，要求对能够灵活运用所学的专业知识、具有较高的应变能力以及创新能力。这就要求学生在掌握知识的同时，更具有更强的动手能力和创新能力。

实验教学是培养学生创新思维与能力的重要教学环节之一。近代物理实验在物理教学中具有特殊的地位，是一门综合性很强的实验。近代物理实验的大部分实验都选自物理学发展史上具有重要作用的著名实验，在实验技术和实验方法上都具有划时代意义[1]。该课程的相对于其他专业物理实验具有涉及的知识范围广、需要的知识深度大、应用的设备更现代化和应用背景更接近科技前沿等特点，这样的特点决定了学生在进行实验的过程中需要对近代物理学有更加全面和深入的了解，同时也可以为学生综合利用所学的物理知识和实验手段提供更多的思考、实践的机会，能够激发学生学习兴趣，培养学生学习的主动性和积极性[2，3]。所以近代物理实验教学在培养学生创新能力方面具有重要的意义。本文结合我校近代物理实验课程实际进行了探索和改革，采用不同层次的实验题目、提高对实验报告的要求、利用多媒体展示实验难点以及改革考核方式等措施，激发了学生的学习兴趣，提高了学生的动手能力及创新能力，使近代物理实验真正成为创新能力培养基地。

1 近代物理实验教学存在的弊端

实行大类招生以来，学生可以按照自己的喜好来选择专业，所以对专业教学质量的期望更高，这就对近代物理实验的教学提出了更高的要求。而且大类招生的学生在层次上有较大的差别，再用一刀切的方式进行实验教学势必会影响教学效果。在以往的近代物理实验教学过程中，多是在教师安排好的进程下进行，由于教学学时有限，学生既要熟悉实验的原理，又要了解复杂的仪器设备，还要实施具体的操作，没有足够的时间去思考和疑问，只能按照教师的安排进行实验，学生思考的少，操作比较盲目，模仿的痕迹比较重[4]。另一个影响学生学习积极性的因素是实验原理的复杂性，近代物理实验多为综合性比较强的实验，实验设备集成程度较大，学生不能够获得直观的印象，对于实验原理理解不够透彻，不能深入到较深的层次上。这样的教学严重影响了学生学习的积极性和主动性，限制了他们创造力的发挥，不利于学生创新能力的培养；没有积极性的实验必然导致学生对实验过程不认真，对实验结果的不重视，抄袭实验报告现象十分普遍。这样的实验课程根本起不到培养人才的目的。此外近代物理实验的教学大多的依赖于实验设备，而大型设备的购置、保养、维修等环节复杂，周期长，很多设备的更新换代比较迟缓，有的设备由于老化而出现残缺、配件不全等问题，这些都降低了学生学习的兴趣，影响了对学生创新能力的培养。所以，在近代物理实验教学中如何改革教学模式，更新教学理念，真正实施以学生为主体、发挥学生主动性的实验教学方法，对培养学生的创新能力具有重要意义。

2 革新近代物理实验教学内容，培养学生的创新能力

2.1 按照学生要求设置不同级别的实验题目

大类招生后，学生的能力水平差别有所加大，为了兼顾各类学生的不同需要，我们将近代物理实验题目分为不同级别：必做实验、选做实验、设计性和探究性实验几个层级，每一个层次的教学要求有所差别，以适应不同层次学生的学习需求。

必做实验旨在强化学生的基本测量技能和数据处理技能，对实验思想的理解和物理方法的掌握。选择比较容易掌握和操作，同时也是物理学发展史上非常著名、具有划时代意义的实验，如光电效应、电子衍射、塞曼效应等实验题目。必做实验的数目以6个为宜。

选做实验的数量要多于必做实验，要给学生留有一定的选择空间，我们开设了20个选做实验，学生至少选择并完成10个实验题目。这些选做实验大多数为各个领域的代表性实验，有高新科技应用的实验题目，前沿科技涉及的实验题目，还有在实验思想和实验方法上创新的实验题目，如微波技术、氢原子光谱、光泵磁共振、巨磁阻效应、色度实验、高温超导、光速的测量、光谱学、现代光学技术等。这些实验融合了不同学科的知识体系，知识的难度和综合性都大大提高，而且难度程度有一定的差异，学生可以根据自己的兴趣和能力选择不同的实验题目，这样的教学方式有利于学生发挥主观能动性，对自己能力有准确的定位，以便于发挥自己最大的能力。

设计性和探究性实验题目约为8个，要求学生自主选择完成4个实验题目。这些题目主要是对现有实验进行拓展和创新，一部分是对实验室现有设备进行初步的改造，以期实现额外的功能，培养学生动手能力以及创新能力；一部分来源于教师的科研课题中的内容，让学生参与到教师的科研工作中来，体验科研的乐趣与艰辛，进行科学方法的教育；一部分针对学生在不同实验中发现的感兴趣的现象和问题进行进一步的探索；还有一部分可以利用计算机和网络资源进行数值模拟计算，使学生从理论上进一步理解物理概念和物理过程。设计性的实验包括高真空的获得和测量、全息照相、第一性原理计算，磁控溅射等题目。设计性实验的综合性比较强，既需要教师的精心设计，细心挑选，要有足够的深度和广度的把握，还要兼顾学生的水平和能力，要求学生在熟悉基本理论和操作的基础上有所延伸和扩展。学生自己设计实验方案、选择实验方法和器材、拟定实验步骤，并在实验中不断修订实验方法和步骤，对实验结果进行科学的分析。在设计性实验中可以充分培养学生思考能力、发现问题解决问题的能力以及创新能力。

2.2 提高对实验报告的要求

在以往的教学模式下，学生学习的主动性被限制，对实验没有过多的了解和认识，只是机械的接受，在这种学习状态下不可能认真对待实验报告，更有甚者直接抄袭别人的实验报告，学术作风日渐下降，而撰写实验报告过程也是了解实验、设计实验的一个重要环节。所以，提高对实验报告的要求对学生创新能力的培养也是一种途径，同时也培养学生树立严谨的学术作风。

首先要求学生按照预习、操作、总结分析三个阶段撰写实验报告，对待预习的要求不仅仅停留在上交预习报告层面上，还要求在报告中指出本次实验所用的科学方法、物理思想，督促学生对实验进行深入的思考和探究。在操作过程中，将原来教师讲解实验原理改为由学生汇报预习情况，由于通过撰写预习报告，学生对实验过程有了一定的理解和认识，再经过语言加工讲解出来更加深了学生对实验的理解，这样就将原来单纯的检查预习报告改为验收预习的效果，大大增强了学生对实验的认识和重视。强调对实验进行总结的必要性，鼓励学生对实验结果加以深入研究及拓展，积极思考，提出疑问，重视学生提出的问题，并对这些问题加以解释，同时指导学生如何通过实验来验证科学的解释，强化学生利用理论解决实际问题的能力，激发学生的想象力和创造力。

2.3 多媒体课件展示实验重点难点

由于近代物理实验原理复杂且抽象，仪器集成度高，其中的原理不容易展示，容易给学生造成感知上的障碍，影响学生学习效果。为了解决这个问题，可以根据实验的具体需要，将实验原理或仪器的工作原理制作成多媒体课件展示给学生，帮助学生深入掌握近代物理实验的物理思想和科学方法，从而能达到举一反三的教学效果。

多媒体课件的制作必须按照教学大纲的要求，突出教学的重点和难点，讲究科学性和系统性，适当加入Flash动画或视频元素以及图片，丰富教学内容，引起学生的学习兴趣。在制作多媒体课件的过程中，教师可以与学生一起交流讨论，共同完成，也可挑选综合素质较高的学生，组成小组，按照教师布置的任务，自己寻找素材独立制作，再由教师进行审核修改直至最后完成。在课件的制作过程中学生会对近代物理实验原理了解的更加深入透彻、对步骤会更加清晰完整，学生会投入更多的精力对近代物理实验进行深入的研究、思考，不仅巩固了所学的物理知识，而且还培养了学生的动手能力、团队意识、创新意识、获取素材的能力以及综合能力，提高了学生的科学素养，对提高学生进入社会的实践能力和创新能力都有很大的促进作用。

2.4 考核制度突出实际操作和物理思想

传统的考核方式灵活性差，不能针对学生的实际特点作出评判，单纯的以成绩的高低来界定学生的好坏，这种考核方式抹杀了学生对实验的积极性，不能引起学生的足够重视。所以，改革考核制度应加大对实际操作和对物理思想理解的考核，如仪器操作、数据处理、误差分析等，综合在设计性实验中的具体表现，可以适当加大设计性实验在考核中的比重。考核形式多种多样，可以以个人为单位，也可几个同学组成小组共同解决较困难的问题，可采用操作演示、书面报告和口头报告等形式解决具体问题。结成小组进行考核不仅锻炼学生提出问题、解决问题的能力，还能锻炼学生的团结合作、互相配合的团队协作能力，为今后的工作学习打下一定的基础。

通过采用上述的几种方式，学生实验的积极性明显增强，实验过程中的认真程度大幅度提高，能够对一些问题进行深入的讨论，解决问题的能力大大提高，学生不仅获得了一定的创新能力，还在科学方法和团队合作方面得到了极大的锻炼。

3 结语

近代物理实验本身就是一个创新的产物，它蕴含了丰富的物理思想、物理方法和创新思想，在近代物理实验中培养学生的创新能力更能体现创新的重要性。通过激发学生学习兴趣、提高学生动手能力，使学生更深入了解物理思想、运用科学方法，培养学生创新能力。当然学生创新能力的培养不是一朝一夕的，需要在教学中不断的激发学生的兴趣，引导学生采用科学的方法，认真思考，动手实践，这是一个长期的培养过程，在不同课程中实施改革，不断提高学生的创新能力。

参考文献

[1] 麻焕锋，董若颖.拓展近代物理实验提高本科生创新意识[J].大学物理实验，2013，26（1）：120-122.

[2] 劉富池，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] 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.

[4] 李勇军，张海燕.大学生创新能力训练模式探索与实践[J].实验技术与管理，2014，31（11）：17-19.