物理實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生工程能力的培養(yǎng)

黃朝慧

摘 要：本文通過對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式和方法與創(chuàng)新教育思想的比對(duì)，構(gòu)建起創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的基本思路和教學(xué)的基本模式。研究創(chuàng)新教育，探討如何通過教師（創(chuàng)新的引導(dǎo)者）應(yīng)用創(chuàng)新思維教學(xué)的策略，激發(fā)學(xué)生（創(chuàng)新者）的創(chuàng)新動(dòng)機(jī)，發(fā)揮創(chuàng)新的潛能，產(chǎn)生創(chuàng)新的行為和結(jié)果。

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)； 創(chuàng)新教育； 工程能力

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-3315（2013）07-057-001

高等工程教育是工程科技人員培養(yǎng)的主渠道，為工程科學(xué)技術(shù)的發(fā)展源源不斷地提供著新鮮活力。高等工程教育對(duì)工程技術(shù)人員的知識(shí)、能力、素質(zhì)等形成起著主要作用，特別是對(duì)創(chuàng)新精神與創(chuàng)新能力培養(yǎng)有決定性的影響。創(chuàng)新教育的研究，實(shí)質(zhì)是對(duì)傳統(tǒng)教育的挑戰(zhàn)，對(duì)于工科學(xué)生，如何通過物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，達(dá)到發(fā)展智力，促進(jìn)想象力，提高工程能力，是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的一個(gè)重要內(nèi)容。

一、我國(guó)工程教育能力培養(yǎng)存在的主要問題

多項(xiàng)研究表明，目前我國(guó)工程教育對(duì)工業(yè)化的貢獻(xiàn)較低，國(guó)際洛桑學(xué)院在對(duì)工程教育為市場(chǎng)提供合格工程師能力的研究和排名中，把我國(guó)排在了最后一名。這從一個(gè)側(cè)面反映出我國(guó)高等工程教育在適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需要方面存在不小的差距，工程教育的質(zhì)量與水平同工業(yè)化發(fā)展的要求相距甚遠(yuǎn)?！皩?shí)踐動(dòng)手能力差、知識(shí)面窄、文化素質(zhì)差、創(chuàng)造精神不強(qiáng)”是用人單位對(duì)工科院校學(xué)生反映最強(qiáng)烈的問題。因此，在工程教育的人才培養(yǎng)模式中，如何緊緊抓住學(xué)生的工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在高等學(xué)校的教育教學(xué)中處理好理論與實(shí)踐、知識(shí)與能力、創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)的問題，成為當(dāng)前我國(guó)工程教育需要著力解決的問題。

物理實(shí)驗(yàn)作為創(chuàng)新教育的一個(gè)重要手段，其教學(xué)的好壞將影響到學(xué)生創(chuàng)造能力、科研能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，只有把理論和實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐聯(lián)系起來，充分發(fā)揮學(xué)生思維的主體性，自己發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、思考問題、解決問題，才能培養(yǎng)出出色的工程人員。

二、創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)基本思路和模式

1.創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式

針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容分別采用不同的教學(xué)模式。

對(duì)于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，在學(xué)生充分預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，教師簡(jiǎn)要介紹所要驗(yàn)證的理論知識(shí)、方法、主要儀器設(shè)備的工作原理與方法及必要的注意事項(xiàng)，一般講解時(shí)間不應(yīng)超過20分鐘，讓學(xué)生有足夠的時(shí)間去完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

對(duì)于工程技能訓(xùn)練性實(shí)驗(yàn)，如計(jì)算機(jī)的應(yīng)用、儀器設(shè)備的使用、測(cè)量設(shè)備的使用等，一般上課時(shí)只簡(jiǎn)單介紹必要的注意事項(xiàng)，讓學(xué)生自己獨(dú)立掌握和熟悉儀器的操作。

對(duì)于工程設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，則先由學(xué)生實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)方案，教師審查其實(shí)驗(yàn)方案的合理性與可行性后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，一般教師不做講解，只作指導(dǎo)。

對(duì)于工程研究性實(shí)驗(yàn)，則由教師與學(xué)生實(shí)驗(yàn)小組一起研究制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃與實(shí)驗(yàn)方案，在教師的指導(dǎo)下一起進(jìn)行研究性實(shí)驗(yàn)、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、整理和分析實(shí)驗(yàn)資料，最后提出實(shí)驗(yàn)研究成果。

2.創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)組織和手段

針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，采用不同的實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織方式。對(duì)于小型的、一般性實(shí)驗(yàn)或儀器設(shè)備臺(tái)套數(shù)較多的實(shí)驗(yàn)可以集中安排，多個(gè)實(shí)驗(yàn)小組一起進(jìn)行。對(duì)于大型實(shí)驗(yàn)或設(shè)備臺(tái)套數(shù)較少的實(shí)驗(yàn)則應(yīng)分組分批進(jìn)行。而對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)與研究性實(shí)驗(yàn)則應(yīng)采用開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織方式，由學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要，作出實(shí)驗(yàn)計(jì)劃與安排，分一次或多次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間一般可事先預(yù)約。

三、在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)創(chuàng)新能力

1.加強(qiáng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的能力

在做“用單擺測(cè)重力加速度”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，可讓學(xué)生設(shè)計(jì)出“測(cè)重力加速度”不同的實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)原理，根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)原理達(dá)到相同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，如“用彈簧秤測(cè)物體的重力G，再用天平測(cè)物體的質(zhì)量m，則g=G/m”，“利用自由落體運(yùn)動(dòng)測(cè)重力加速度”，“利用圓錐擺測(cè)重力加速度”，“利用機(jī)械能守恒定律測(cè)重力加速度”等方案，對(duì)學(xué)生提出的各種設(shè)計(jì)方案要不失時(shí)機(jī)地對(duì)學(xué)生中的標(biāo)新立異的方法給予肯定、支持和幫助，鼓勵(lì)他們大膽猜想和獨(dú)立思考，同時(shí)要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析、判斷、比較各種做法的利與弊，幫助學(xué)生設(shè)計(jì)出最佳實(shí)驗(yàn)方案，這樣，不僅開發(fā)了學(xué)生的思維空間，而且使學(xué)生解決問題的勇氣、信心、毅力、科學(xué)的批判精神和創(chuàng)造能力得到培養(yǎng)。

2.加強(qiáng)探索性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思維能力

如在“測(cè)量粘滯阻力與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，在讓學(xué)生觀察了金屬小球在粘滯液體中的自由下落后，啟發(fā)學(xué)生積極思維，根據(jù)觀察和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，找到物體在流體中下落的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，分析粘滯阻力與哪些因素有關(guān)，可以分別設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證是否與幾個(gè)因素有關(guān)。得出物體在流體中下落過程的一般阻力公式，利用得到的阻力公式和牛頓第二定律，求解物體在流體中運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析和討論，再與觀察和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，看是否正確。并且可以利用物體在流體中下落運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，讓學(xué)生估算保證傘兵安全跳傘著落的傘面積。通過探索性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生自己探索，成為科學(xué)知識(shí)的主動(dòng)探索者，學(xué)生在做探索性實(shí)驗(yàn)時(shí)，在教師的引導(dǎo)下，思考實(shí)驗(yàn)原理、選擇實(shí)驗(yàn)器材、構(gòu)思實(shí)驗(yàn)步驟、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而活躍了學(xué)生學(xué)習(xí)的氣氛，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的趣味性、科學(xué)性、引導(dǎo)性和啟發(fā)性，提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思維能力，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，使學(xué)生學(xué)習(xí)更加積極主動(dòng)。

總之，物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新教育是以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)造性個(gè)性品質(zhì)和創(chuàng)新能力為主要目的的教育。以不同時(shí)期科學(xué)家創(chuàng)造性產(chǎn)物為內(nèi)容的工科物理實(shí)驗(yàn)，在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新精神方面獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，許多工科物理實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目，不但在驗(yàn)證理論的正確性方面做出了重大貢獻(xiàn)，而且設(shè)計(jì)思想獨(dú)特、技術(shù)手段巧妙，給后人留下了深刻的啟示。然而，落后、呆板的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式限制了學(xué)生想象力和創(chuàng)造性精神的發(fā)揮，使其沒有充分發(fā)揮出應(yīng)有的功效。所以我們應(yīng)使用新型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，從而培養(yǎng)出更優(yōu)秀的工程人員。