基础物理实验教学与学生创新能力培养的探索*

龙卧云 （湖南农业大学应用物理系）

一 引言

大学物理实验课程是大学生接受系统实验方法和实验技能训练的开端，旨在培养学生的科学实验能力和素养、提高学生观察与思考的能力、加强学生间的合作交流与团队意识。“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。”[1]随社会的发展，当今人才市场对具有创新能力的高素质人才的需求越来越大，如何提高大学生的创新意识并培养其创新能力是当代高等教育的重要使命。教育部教高［2001］4 号文件早就明确指出：“实践教学对于提高学生的综合素质、培养学生的创新精神与实践能力具有特殊作用。”[2]物理实验课程作为发挥学生实践能力的主要场所，在树立学生实事求是与理论联系实际的科学态度，培育学生创新思维与创新意识等方面具有不可替代的作用。如何充分发挥物理实验课程的育人优势，培养学生的创新能力，这应是大学物理实验教学工作者亟须思考与解决的问题。

二 大学物理实验的教学现状

随科技的进步与高校教改的进行，物理实验课程的教学也由原来较为单一的授课模式向丰富多元的方式发展；由以往相对陈旧的实验设备更新为新型智能化设备；由以往以验证性项目为主转变为以综合性及创新性项目为主。无论是硬件方面的实验设备及实验条件，还是软件方面的教学体系、教学思维等，都已取得长足的进步。但不可否认，当前的物理实验教学在某些方面仍然存在一定的弊端，无法真正实现课程应有的价值，具体体现在以下几个方面。

第一，实验体系形式化。虽已划分为基础性、综合性、设计研究性实验等多层次的实验体系，但在实际运行过程中，限于各种条件的限制，并未充分发挥设计研究性实验的优势。

第二，实验预习形同虚设。没有合理的约束措施，很多学生对于实验预习不重视，为应付教师检查，照抄其他同学的预习报告，使得实验预习流于形式，起不到应有的作用。

第三，教学模式不合理，多以教师的“教”为中心。课堂上教师讲解过多、过细，留给学生独立思考的空间不足，实验课沦为简单的模仿学习，自然也就难以启发学生的创新思维。

第四，学生来源不同，基础能力也参差不齐。由于学生水平不一，用统一的标准进行衡量，容易导致“好生吃不饱，差生吃不了”的情况出现，长此以往，导致好生、差生的学习积极性都会受到影响。

第五，考评制度不合理。考评时重结果而轻过程，多以实验报告进行评价。虽然实验报告也是实验的重要组成部分，但实验报告无疑难以跟学生的课堂表现充分结合起来，成绩自然有失公允，也容易打击部分学习认真学生的学习积极性。反过来，可能少数学习不认真，只是抄抄别人实验报告却获得了高分。

三 以创新为导向的实验教学改革

以我校为例，受学校性质的影响，无法像工科院校那样，有完备的多层次实验体系，加之实验学时有限，日常的实验教学中鲜少涉及创新性实验项目。但创新并非必创新性实验不可，即便是经典的基础性实验，通过适当的引导，也能培养学生的创新思维与能力。小米创始人雷军曾说，创新就是做别人没做过的事情！在实验课程中引导学生获取未曾掌握的新知识或新技能，也都可以理解为创新。

1 改革传统的“填鸭式”教学模式

“填鸭式”的教学过于突出教师的中心地位，教师的讲解详尽而又全面，并附以完整的实验示范。显然，这样的教学完全忽略了实验课程的精髓，过于详尽的讲解与示范，使得学生完全不需独立思考，只需简单模仿即可。这不仅不利于学生创新思维的训练，还易促使学生惰性的养成，遇问题不愿独立思考而只愿求助别人。物理学家钱临照先生曾经说，实验既锻炼人的动手能力，更重要的是训练人如何去思考解决问题的方法。[3]为此，必须摒弃这种落后的教学模式，针对我校的学生基础及现有实验条件，教师只是作为引导，讲解与示范都只是点到即止，尽可能地多让学生自由探索思考。

在日常教学过程中，并不直接将所有细节及注意事项全盘告诉学生，而是有意通过提问等方式注重引导学生边观察边分析思考，避免学生模仿式的学习。比如，在基础实验“落球法测定液体粘滞系数”的实验过程中，讲解时提出疑问：为什么释放落球前需将小球在待测液体中浸润？有一次实验过程中，有一位学生观察得很仔细，该学生通过对比实验发现同等条件下，未浸润的小球下落时间比浸润后的小球下落时间有较为明显的差异，进而提出疑问为何会有这么大的差别。实验课过程中，并没有简单要求学生按教材上的操作规范重做实验，而是从力学原理上引导学生分析为何未浸润的小球比浸润后的小球下落时间要长：在重力与浮力不变的条件下，要使小球下落变慢，则其阻力必然变大。是什么因素引起阻力变大？未浸润小球与浸润后的小球区别在哪？通过一系列引导，学生结合理论课堂所学，分析得出下落时间的差异出应是由于未浸润与浸润后小球表面状况的不同而造成，进而思考未浸润表面与浸润后表面的区别。由于任何物体的表面不可能完全光滑，用甘油润湿后，使得球的表面尽可能圆润。未浸润小球的表面凹凸不平，一方面，在表面有毛刺的地方，易存留少量空气（引导学生思考倒啤酒时易在杯壁形成气泡），引起阻力变化；另一方面，表面的不平也会在下落过程中引起局部区域小的湍流区（引导学生对比高尔夫球的麻子脸），使流体更好地吸附在球表面不易脱离。只是实验过程中，小球整体的下落速度较小，后一种影响并不明显而已。受此影响，小球在甘油中下落时，阻力必然相比于理想条件下斯托克斯公式所描述的球状物体的阻力更大，因而下落时间相应会变长。显然，可能是学生一次偶然的实验观察发现，如果教师像往常一样，直接告诉学生误差产生的原因，也就不会有学生后续的探索挖掘，逐渐深化到最终恍然大悟。虽然教师直接告知更为快捷，但对学生来说显然难以理解透彻，似懂非懂。在实验教学过程中，及时主动地发现学生所面临的问题，充分抓住学生的探疑兴趣，通过适当引导，促进学生独立思考分析，启发学生在已有知识的基础上，充分结合各知识点间的关联，逐步构建起新的未知知识，这不就是学生创新思维的体现吗？

同样在该实验过程中，如将小球直接放入导管，虽然导管口略大于小球直径，但实验时小球难以从导管中顺利落下。很多学生都是用直接轻敲导管的方法甩出小球，缺点显而易见，小球受横向作用力偏离中心轴线运动。少数学生利用镊子的尖端轻碰小球使其下落，但这或多或少也会给小球施加一定的横向作用力，无法保证小球刚好沿中心轴线下落，而光电记时仪的激光束又过细，小球下落时难以挡住激光束，导致实验成功率不高。个别学生在认真学习实验要求的基础上，否定了前两种方法，通过提问，在老师的引导下，不断地探索思考，想到利用待测粘滞液体的粘滞性，将将小球黏附在导管口，而后用手指轻压导管上端开口使空气受压而压强变大，小球在压力作用而下落。这样可使小球受力始终在竖直方向，从而保证沿量筒轴线下落[4]，提高实验的成功率。通过教师的引导，不仅加强了学生的创新意识，其实践能力也得到了进一步的锻炼。

2 强化实验预习

通过调查发现，很多学生没有养成良好的实验预习习惯，对老师布置的预习任务完全是为应付检查而敷衍了事。究其原因，还在于没有对应的奖惩措施，学生没有压力感，有时甚至教师自身也没有重视。为此，在日常教学过程中，采用课前课堂随机点名回答问题的方式进行检查，回答正确与否跟实验成绩直接相关联，给学生施加一定的压力，从而重视课前预习。

3 改革成绩考评制度

改变以往注重实验数据的正确与否的做法，而更着重于实验过程中学生的实际操作和创新思想，帮助学生分析误差产生的来源，让学生每次实验后都有真正的收获。弱化实验报告的成绩，突出实验操作与课堂讨论及提问的成绩比重。根据课堂表现，当场给出实验成绩，让学生体会到成功的喜悦，快乐学习。

四 小结

能够想到别人想不到的，并去加以实现，而不仅仅只是空想，这就可以理解为创新。虽然没有高大上的创新实验条件，但即便是经典的基础物理实验，只要我们在上课过程中多多留意学生的实验过程，及时发现学生在操作过程中存在的问题，通过教师的适当引导，一样可以培养学生的创新思维能力。重点在于我们在平时的实验教学过程中，必须摒弃以往教师主导一切的落后教学方式，充分调动学生的积极性，不仅要善于“传道、授业、解惑”，更要善于“激励、唤醒、鼓舞”[5]，努力为学生创设有利情境，激发学生的创新思维。当然，这需要师生的良好互动才能实现，而且需要学生具有较好的基础知识。从目前的实验教学实情来看，这类学生还比较少，大多只满足于顺利完成实验，获得理想的实验结果即可。但通过教师的适当引导启发，却可以锻炼部分学生的创新能力与创新思维，充分发挥物理实验课程的育人优势。