新的物理實驗教學模式下培養學生創新能力探索與實踐

【摘 要】近年來，我校物理實驗教學中心以培養學生創新能力為目的，在教學模式、教學內容和教學方法等方面進行改革，取得了一些成果。本文介紹這些改革的措施和成果。

【關鍵詞】物理實驗 新模式 創新能力

大學物理實驗是工科類大學生進校后的第一門科學實驗課程，對于培養學生嚴謹、求實的科學態度，激發學生探索創新欲望，提高學生綜合能力具有重要的作用。然而，傳統的大學物理實驗教學基本上處于一種封閉的狀態，多年不變的教學體系和教學內容與當今飛速發展的前沿科學新理論、新技術嚴重脫節;教學中沒有介紹當時的科學技術背景和經濟背景，學生不了解當時的科學家和工程師怎么聯想到它的應用方向，以及發展過程。這樣的教學體系導致學生對大學物理實驗課越來越感到枯燥無味，相當嚴重地阻礙了學生學習的積極性、主動性、創造性以及現代科學思維方法的形成，不利于學生創新意識和創新能力的培養。近年來，我校物理實驗教學中心以培養學生創新能力為目的，在教學模式、教學內容和教學方法等方面進行改革，并取得了一些成果。本文介紹這些改革的措施和成果。

一、物理實驗教學新模式

(一)教學對象層次化

針對我校專業特點，將大學物理實驗分為理科類、工科A類和工科B類三個層次。

理科類包含應用物理、信息與計算科學、地球物理、地理信息系統、資源環境與城鄉規

劃管理、應用化學、材料化學等專業，實驗學時數66學時。實驗內容在教學大綱基礎上，結合專業特點分別有所擴展。例如，教學中，地球物理、地理信息系統和應用化學專業擴展了近代物理實驗、現代技術方面的實驗。

工科A類專業包含資源勘查工程、勘查技術與工程、寶石及材料工藝學、土木工程、工程管理、無機非金屬材料工程、材料科學與工程、水文與水資源工程、給水排水工程、機械設計制造與自動化、化學工程與工藝和生物工程等專業，實驗學時數48學時，教學內容針對不同的專業，注重基礎知識在實際生活和工程中的應用，適當擴充現代技術方面的實驗。

工科B類包含計算機科學與技術、電子信息工程、通信工程和網絡工程等專業，實驗學時數36學時，實驗內容簡化力學和熱學等與專業聯系不夠緊密的實驗，側重電磁學和光學實驗內容，使得大學物理實驗教學內容服務于專業的應用。

(二)實驗內容模塊化

按照實驗內容的性質不同，把實驗內容分為三個模塊:基礎實驗、演示與仿真實驗、綜合與設計實驗。學生根據自身能力、愛好及專業特點，可自行確定三個模塊的實驗項目比例。教學過程由淺入深、由易到難、循序漸進，按照認知規律進行教學。

基礎實驗主要是學習基本物理量的測定和實驗儀器的使用，要求學生在理解實驗原理的基礎上，學會儀器的使用，學會正確處理實驗數據，分析和評價實驗結果，同時使學生養成嚴肅認真的工作態度，實事求是的科學作風。例如，把“測量誤差及數據處理”“物體的物性測量”“電阻的測量”等基本物理量測量的實驗列為基礎實驗，這部分內容較多，供不同層次的學生選擇，但是有的實驗是所有專業學生必做的，如“測量誤差及數據處理”。

演示與仿真實驗是作為學生學習物理知識、做好實驗課前預習的一個補充，學生可以到實驗室來做實驗預習或者通過計算機網絡對課前實驗項目進行仿真實驗，為做好實驗做好充分實驗。

綜合與設計實驗涉及學科內容較廣。綜合型實驗旨在訓練學生綜合使用多種實驗儀器的能力，觀察現象、測試和處理數據、解決問題的綜合能力，培養學生從事科學研究和開展大型實驗的能力。設計型實驗是學生運用所學過的知識和掌握的技能，在查閱相關資料的基礎上，自行設計實驗方案、選擇實驗器材、擬定實驗程序，獨立完成實驗，并對結果進行分析、評價。設計型實驗為學生提供發展個性和施展才能的機會，體現了以人為本的教育思想，學生通過做這種開放的設計型實驗，從成功和失敗中受到訓練，整體素質得到提高。

在教材內容編排中融入物理學史。物理學史能夠更好地激發學生的學習熱情、掌握思考問題方法，直至徹底弄清物理問題，從物理學史中可得到一定的啟示。這部分物理學史排在實驗項目的前面或附屬在實驗項目的后面，供學生閱讀。

(三)教學手段多樣化

采用仿真實驗、多媒體、演示、實物投影、開放實驗室等多種手段輔助實驗教學，提高教學效果。

我們引進了仿真實驗(網絡版)。通過計算機把實驗設備、實驗內容、教師指導和學生的操作有機地融合為一體，為學生在計算機上設計、模擬實驗提供條件;通過仿真物理實驗，學生對實驗的物理思想和方法、儀器的結構及原理的理解，可以達到實際實驗難以實現的效果，實現培養動手能力，學習實驗技能的目的，同時增強學生對物理實驗的興趣，大大提高物理實驗教學效果;仿真物理實驗從時間、空間上對傳統物理實驗教學進行了延伸，實現了全時間性讓學生參與物理實驗課程學習。

在實驗教學中適時應用多媒體教學，如多媒體課件、教學錄像、實物投影、CCD圖像采集等。這些媒體技術各有特點:多媒體課件和教學錄像能夠充分展示實驗過程的場景，例如，把教師的講課和實驗過程攝錄下來，為學生做好課前預習和實驗過程中釋惑提供便利;實物投影和CCD圖像采集能夠實現實物和微小圖像的投影放大，從而提高教學效果，例如，在講解游標卡尺和千分尺的使用時，用數字實物展臺和投影儀把游標卡尺和千分尺投影到銀幕上，讓學生看到教師對這兩種工具的操作過程;采用CCD圖像采集，把讀數顯微鏡、分光計望遠鏡中的圖像在顯示器上顯現。

建立了物理實驗開放式管理系統，實現了實驗室的數字化管理、實驗室全天候向學生開放。通過開放實驗室，使學生由“被動式”實驗變為“主動探索式”學習，極大地提高學生的學習興趣和學習的主動性;大大提高了實驗設備利用率;拉近了教師與學生的距離，給學生提供了一個更加輕松的釋疑平臺，使教師能更加充分的了解學生，以便因材施教。

(四)課外活動多樣化

成立大學生物理協會、建成大學生科技創作室，組織學生參加電子競賽、大學生創新創業項目訓練等活動，使學生的整體素質得到提高、創新能力得到培養。

通過教師指導、協會組織等方式，使同學們把課堂上較抽象的知識與生產生活結合起來，培養了他們把物理知識運用于實踐生活的創新意識。近幾年，在電子設計大賽中獲得全國二等獎1個，廣西區一等獎7個;在挑戰杯中，獲全國二等獎1個;2007—2011年，學生參加桂林理工大學科技立項成績顯著，與物理知識相關的立項共50余項， 通過大學生創新創業訓練計劃，組織專門的教師指導學生立項，學生參加廣西2012—2013年度創新訓練項目立項9項，這些立項都源于有市場需求的物理實用技術，如光電技術、微電子技術、太陽能應用等，達到把科學技術轉化為生產力的目的，讓學生通過創新創業項目訓練提升綜合素質。

(五)考核方式多樣化

為了實事求是，客觀、公平地評定學生的實驗成績，學生的能力得到正確評價，創新能力得到充分體現，多年來，我們對物理實驗課的考核方式進行探索和實踐，取得了滿意的效果。考核的內容包括:(1)課前預習、實驗操作、實驗報告、平時紀律，(2)期末筆試或者操作考試，(3)參加科技活動(加分項，直至優秀)。

課前預習考核主要考查學生對實驗的預習情況，包括實驗原理、實驗步驟、應該測量哪些數據等，通過隨機抽查預習報告、課堂提問的方式來考核評定。

實驗操作主要是考查學生整個實驗過程，報括操作儀器規范、處理故障能力、原始測量數據規范、實驗完畢整理儀器和實驗室，這個過程要求指導教師全程考查、及時記錄，最后按照學生完成實驗先后排序，以初步確定學生對實驗的熟練程度。

實驗報告主要考核學生通過對實驗的理解，簡練寫出實驗原理、實驗內容、數據處理、測量結果的正確表達以及對問題的看法等。要求實驗報告內容完整，排版合理，版面整潔。

平時紀律主要考查學生出勤情況和課堂表現。實驗室規定對無故缺兩次實驗(實驗全過程)者，期評成績為不及格;遲到兩次，平時成績降一個等級，直至不及格;對請假的要及時補做實驗。要求指導教師做好學生出勤情況記錄。

期末筆試一般安排在實驗課的第一學期末進行，因為學生在第一學期學習了物理實驗的“測量誤差及數據處理”基本理論和基礎實驗，通過筆試考查學生對基本理論的掌握程度、一般儀器的使用方法等。操作考試一般安排在第二學期，實驗室教師設計好難度相當的實驗內容作為操作考試內容，考查學生在規定時間內完成實驗的速度，監考教師要及時記錄學生完成實驗所需要的時間，按照完成實驗速度評定成績，超過規定時間不能完成實驗者為不及格。

參加科技活動作為一項鼓勵手段進行加分，例如，學生對實驗項目有創新并完成實驗，參加大學生挑戰杯、電子設計大賽并獲獎，在正規期刊上發表研究論文等都給予加分直至成績優秀。通過加分，激勵學生積極參加科技活動，使學生的創新能力得到培養。

二、結束語

以上所述是我們多年來以培養學生創新能力為目標，在物理實驗教學中不斷探索和實踐取得的一些經驗。作為教育工作者，在今后的物理實驗教學中，要遵循教育規律和人才成長規律，緊密結合時代需要，與時俱進，因材施教，在教學內容、教學方法、教學手段等諸方面不斷創新，不斷探索創新人才培養模式，為培養創新人才服務。

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