大学物理实验教学中学生创新能力的培养

罗小霞 谢国亚

【摘 要】 大学物理实验教学是提高学生实验能力和科学素养的重要途径。传统的实验教学模式存在着内容重复、缺乏创新、与理论脱节等问题，影响了学生的良好发展。文章针对这些问题，探讨了如何在大学物理实验教学中培养学生的创新能力，具体包括贯彻高水平教学理念、推行创新教学模式、加强师生互动、活化学生创造性思维等等。

【关键词】 大学；物理实验教学；创新思维；创新能力

一、创新能力与大学物理实验

（一）创新能力概述

创新是指创造或发现新思路、新方法、新产品、新服务、新文化、新市场等，能够带来实际的经济或社会价值的过程。创新能力则是指一个人或组织在面对未知挑战时，能够产生新思路、新方法、新产品等创新成果的能力。创新能力涉及多个方面，包括原创性、想象力、发现问题、解决问题、探索性思维、风险意识、合作能力等。创新能力对于个人和组织而言都非常重要，只有不断创新才能跟上时代的步伐，时刻保持竞争优势。

（二）创新能力在大学物理实验中的体现

1. 打破传统思维模式解决问题

传统教学模式，学生较少参与到实验过程中，因而不能真实地体验科学探索的乐趣和创造过程中的挑战。现代物理实验教学更多的是让学生参与实践和实验，以亲身体验培养学生思辨能力以及创新能力。这就需要打破传统的思维模式和学习方式，让学生在实践中自主探索和思考。

例如在传统力学实验的学习中，教师通常给出一个标准答案，学生通常只是默默地对结果进行确认，没有机会去发现问题或重新考虑哪些问题可以给出更好的解释。这时，教师可以引导学生从自己的条件和愿望出发，在实验中主动探索和思考，例如探讨杠杆平衡的原理，而不是简单地解决杠杆问题所需的固定答案。在这个过程中，学生可以通过思考和交流，打破传统思维模式，探讨实验现象背后的物理原理。这种交互式的学习方式能够激发学生的兴趣，提高学生对物理学的思考和学习，大大提高学生的创新思维能力。

2. 用不同的角度看待问题和解决问题

实验研究时，教师不应该限制学生的思维方向，而应该采取鼓励和引导的态度，让学生自由地探讨和创新。比如在高中物理教学中经常会用实验来验证牛顿三定律。这个实验过程相对固定，学生难以展现创新能力。但是在大学物理实验中，学生可以尝试用不同的角度看待物理问题，探索未知的领域。例如让学生研究大气层中的声音传播，通过实验加深对声波传播性质的理解和认识，推动学生寻找解决方案，帮助他们产生更深刻的思考和创新想法。

在实验中，学生可以学习和探索不同的实验方法和工具，不断尝试搜寻更好的解决方案。例如通过测量物体的密度使学生了解声学共振法；在电学实验中，引导学生使用计算机编程和电子技术来研究信号的特性。

3. 尊重学生的实验思路和探索意愿

学生自主探索和创新的能力，在大学物理实验中得到了充分的发挥。同样的，教师也应该尊重学生发现事物的思路和想法，并给予支持和鼓励。他们应该受到鼓励，去探索自己感兴趣的科学问题，提出自己的创造性解决方案。在实验进行过程中，让学生自由发挥，在实验前提下可以自己独立地探讨问题，独自思考和解决问题，让学生有更多的探索空间和思维独创性。

二、师生在大学物理实验教学中培养创新能力的作用

（一）教师的作用

1. 知识的传授和引导

作为教师，必须熟练掌握物理学的基本知识和实验技能。在实验教学过程中，教师必须有清晰精确、流利的语言表述能力，能够将复杂的物理学原理、分析方法和实验技能转化为学生容易理解和接受的概念和方法。

教师在物理实验教学中，应该以讲解、演示为线索，让学生对实验仪器有一个直观的认识，并对实验原理有大致的了解。教师要理解、掌握所教授物理实验的内容和步骤，让学生从学习中获取知识。教师可以通过视频演示、实物演示等形式，帮助学生理解所学物理实验的内容、方法、过程和原理。

2. 培养学生的实验设计和分析能力

真正的物理实验教学应该以学生为中心，让学生在自主、自由、积极的环境中去探索和发现问题，以此来培养他们的实验设计和分析能力。教师在实验教学中，主要负责把握正确的学习方向，并提供建议和指导。

教师应该鼓励和引导学生的创造性思维，从实验数据中挖掘出更多的信息，并及时进行汇总、分析，进而在实验中完成自我探索和实践。教师需要不断改进和完善实验教学方式，不断吸纳学生的反馈和意见，并考虑实验方案的改进和优化。

3. 建立互动与交流的教学环境

在大学物理实验教学中，教师与学生之间的沟通和交流是至关重要的。教师可以通过倾听学生的反馈和建议，了解学生的实践经验与体会，多次与学生沟通交流，以便不断提供更好的教育体验。

建立良好的互动与交流环境，有助于教师更好地发挥教学作用。教师还要不断了解学生的思想、需求和问题，在实验过程中指导学生进行思考和挑战，开阔学生的视野。整个实验过程中，教师与学生的互动和交流也是实现教学目标的必要环节。

（二）学生的作用

1. 学生在大学物理实验教学中的角色

学习者，学生是学习的主体，通过参与实验来巩固和加深理论知识。在实验中，学生能够感受物理知识的真实性，一些学生难以理解的现象通过实验可以被直观地呈现在学生面前。

参与者，学生是参与实验的主体，他们需要在实验中积极参与，负责实验设备的调试与搭建，在实验中充分探索实验现象背后的物理规律。

创造者，在大学物理实验教学过程中，学生可以提出自己的实验设计方案，并通过实验验证自己的想法。在这个过程中，学生变成了创造者，增强了创新意识和实践动手能力。

沟通者，在实验中，学生需要与同学、教师等人进行沟通交流，相互讨论和解决问题。沟通不仅可以促进学生之间的团队合作，还可以促进学生与教师之间的互相理解。這也是学生在大学物理实验中的一项重要职责。

2. 大学物理实验教学对学生的作用

能够增强学生的实验能力，学生在大学物理实验教学中需要自己手动搭建实验设备、调试实验仪器，并收集实验数据，通过这个过程来提高学生的实验能力。

能够增强学生的深度理解，理论知识学好了，要知道如何应用。学生在实验中可以更深入地了解实验现象，对所学知识的理解也更加深入。

能够培养学生的团队合作意识，在大学物理实验教学中，学生需要和同学合作完成实验，进行沟通和交流。增强学生的团队合作意识，培养学生的团队精神，有助于他们今后的工作和生活。

能够提高学生的思维能力，大学物理实验不仅是对学生实验能力的考验，也是对学生思维能力的考验。学生通过实验将理论知识与实际问题相联系，并且在实验操作过程中需要做出一些判断，这可以训练学生的认知能力和判断能力，提高他们的思维能力。

能够培养学生的创造力，大学物理实验是学生在实验室进行的标准实验，学生可以按照自己的思路进行实验设计。在这个过程中，学生要思考如何验证自己的想法，这可以培养学生的创新意识和实践动手能力。

三、如何在大学物理实验教学中培养学生的创新能力

（一）培养学生的动手能力

大学物理实验通常包含多个或一系列相关实验，学生需要在实验课上进行动手操作和实验设计。为了更好地培养学生的动手能力，教师应该设计多差异化的实验，并注重在每个实验中培养学生的动手能力。实验讲究张弛有度，要分别在技能、步骤等方面进行设计，以达到更好培养学生动手能力的目的。

教师指导是提高学生动手能力的关键环节。教师不仅要指导学生进行实验，还要着重在展示和分析实验时指导学生，体现学生创新思维、创新能力和动手能力的能力。在实验中出现问题时，教师需要及时提供答案或帮助学生理解并解决问题。教师还要着力培养学生实验技能，帮助学生掌握实验方法和技巧。

大学物理实验需要采用多种教学法来激发学生的学习兴趣，增强学生的动手能力。例如教师可将学生分成小组，然后设置小组展示或小组辩论环节，让学生设计并实施实验，培养学生的实验思维和实验能力。学生可以在实验过程中获得与其他学生的互动，增强动手能力和知识共享能力，使学生在实验中提升自己的创新能力。

（二）活化学生的创新思维

首先，采取全面训练方法。全面训练方法是指将课堂教学、实验操作和实践体验相结合，基于科学实验的基础和过程，进行多方位、系统化、全方位的探究、探索和实践。全面训练方法可以培养学生的基础能力、实验能力和实践能力，得到了教育学、心理学专家的普遍认可。在大学物理实验教学中采取全面训练方法，顺应学生发展规律和潜能，能最大化地发挥学生的创新思维和实践能力，从而推动教育创新和科技进步。

其次，需要多元化的方法和技巧。采用多元化的教学方法和技巧，可以促进学生的主动性，增加学生的参与感，增强学生的学习兴趣。比如采用案例教学法，帮助学生深入了解物理原理和实验过程，建立独立思考和解决问题的能力。此外，模拟实验、数值模拟、仿真实验等技术手段，也可以在一定程度上提高学生的创新能力。

最后，需要注重创新思维的活化。创新思维的活化是指通过创造性的教学设计和组织活动，引导学生在实验操作和课堂讨论中发挥自己的创新能力。比如在大学物理实验过程中，引导学生发现研究问题、探究解决方式的乐趣和重要性，通过许多人和团队的努力，促进学生学习解决问题的方法。在教学过程中，教师可以通过开展有挑战性的学生活动，如竞赛、实验室和课程设计，提高学生的智力竞争力、创新能力，活化学生的创新精神。

（三）创新演示实验和设计性实验

创新演示实验是指采取物理实验的方式，通过新颖的、有创意的展示形式，帮助学生理解物理现象和原理。创新演示实验通常偏向于强化实验过程中的创意和创新性，而不是强制实现早期的实验教学协议。在创新演示实验过程中，教师应该选取一些容易调试、比較独特的物理实验与学生共同学习，激发学生的兴趣，从而提高学生的学习积极性和创造性。在演示过程中，教师应注重设计，积极与学生讨论实验方案，丰富教学内容。通过创新实验的开展，学生不仅能了解物理现象的基本原理，增强物理实验基础能力，还能掌握实验的设计技巧与操作方法，促进学生自主创新和批判性思维的发展。

设计性实验是指通过创新性的设计物理实验，培养学生的创新能力和动手能力。在设计性实验中，学生需自主设计实验，并完成实验设计报告、实验过程记录和实验结果分析等实验工作，在此过程中，收集实验数据、分析实验数据、加深对知识理解、培养创新能力、提高动手能力是其重要任务。设计性实验需要学生根据教师给定的实验内容，独立思考和设计实验方案，并在实验中寻找创新的解决方法。为了让学生更好地完成这项任务，教师需要在实验教学中给予学生足够的自主权和灵活度，适当地引导和组织学生的实验创新。通过开展设计性实验，可以培养学生的分析能力、判断能力和综合能力，提高学生的创造性、独立思考能力和实践动手能力，为学生未来解决实际问题提供有力的支撑。

四、总结

大学物理实验教学是培养学生成为具有实验能力和探究精神的高素质人才的重要途径。本研究总结了大学物理实验教学中存在的问题，并提出了一些培养学生创新能力的方法。这些方法包括贯彻高水平教学理念、推行创新教学模式、加强师生互动和构建创新型学习环境等。这些举措可以有效促进学生创新能力的培养，为未来科技创新事业培养更多的人才。

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