物理教學與創新能力培養

劉東紅，李蕾（等）

摘要：本文介紹了在《大學物理》課程各個教學環節中，如何使學生在系統掌握學科知識的同時，發掘學生的創新潛能，培養學生的創新意識，提高學生的創新能力的教學實踐。

關鍵詞：創新；物理教學；科學素質

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）24-0088-02

21世紀大學教育改革的核心問題，是培養和造就富有創新精神和創新能力的高素質人才，教育在培養民族創新精神和創新人才方面肩負著特殊使命。物理創新教育就是結合物理學科的特點，使學生在系統掌握學科知識的同時，培養學生的創新意識，提高學生的創新能力，促進學生的主體精神和創新個性和諧發展的一種教育模式。目前大部分當代的新學科、新技術都是在物理學與其他學科的交叉點上興起的，物理學的原理和實驗方法滲透到一切科學領域。《大學物理》課程在為學生系統打好必要的物理基礎，培養學生的探索精神和創新意識，具有其他課程不能替代的重要作用。在培養學生的創新能力方面，教師在教學過程中應注意培養學生的以下能力。

一、培養學生掌握科學研究方法和科學思維的能力

教育學家布魯納指出：能力=知識+科學方法+技能。掌握科學的方法是培養創新能力的一項重要內容。一個科學理論的形成過程離不開科學思想的指導和科學方法的應用。因此物理學發展了多種多樣的研究方法。包括剖析舊理論，建立新模型、科學抽象、類比聯想、演繹歸納及實驗方法等。在《大學物理》課的教學過程中，都應在傳授知識的同時，向學生重點強調其中的科學研究方法，努力營造一個有利于培養學生科學素養的教學環境。另外，在物理教學中還要強化物理思想和基本物理觀點教育，如，物理學中的對稱性、守恒性、內在統一性與和諧性，這些思想和觀點是物理學的精髓，這些都是構成學生科學思維方法的重要因素。如果教師在授課中能把這些科學研究問題的方法和相應的授課內容有機結合起來，在啟迪學生科學思維、培養學生掌握科學方法能力方面起著事半功倍的作用。最后需要注意的是，在科學方法的培養上，除了介紹與物理學基本原理相聯系的基本方法外，還要將物理學發展史上的一系列重大發現過程中，科學家創造性的思維方法介紹給同學。例如，法拉第電磁感應現象的發現、德布羅意“物質波”假說的提出、麥克斯韋電磁波的預言、愛因斯坦狹義相對論的建立等。在授課中，通過介紹物理學家的研究思路和所用的研究方法，可以使學生獲得科學方法論的教益與啟迪，進而培養探索精神、創新意識和創造性的思維能力，其意義要比學習一些具體知識重要的多。這樣教學可以達到知識學習和能力培養的雙重教學目的，而后者更是21世紀《大學物理》教學的戰略任務。

二、培養學生主體意識和討論問題的能力

傳統的物理教學基本上是“單向灌輸式”的教學，忽略了以學生為主體的活動過程，學生只能處于被動接受的地位，學受制于教，嚴重阻礙了學生的思維發展。課堂教學應盡可能地激發學生的積極性、主動性，確定學生的主體地位，激勵學生獨立、自主的進行學習，注重培養他們運用知識和發現知識的能力，并在此基礎上促進教學過程由知識的掌握與傳授向知識的發現和運用過渡。這種教學模式對創新性人才的培養起著十分重要的作用。在授課中我們結合知識點經常讓學生到講臺上參與問題的討論，試想如果學生連上講臺表達自己學術觀點、參與討論問題的能力和勇氣都不具備，今后如何敢于去創新？在課堂相互討論過程中，可以使每一個同學都動腦，對討論過程中存在的問題，引導學生討論、質疑，互相啟發，找出正確解決問題的方法，建立正確的概念。這樣的教學不但積累了知識，而且培養和發展了學生的綜合能力，對創新思維的培養起著積極的促進作用。除了在課堂上積極引導學生參與到教學中來，課外我們讓學生3～5人自由結合組成學習小組，對與學習知識相關的問題作課程報告。例如，在講物質的電結構時，我們告訴同學物質按導電性能大體分為三類：導體、半導體、絕緣體。課后我們讓同學去探究什么是超導體？它和理想導體有什么區別？超導體有什么性質？目前的研究狀況如何？以及超導體材料的應用，等等。每個小組報告時間6分鐘左右，這樣可以把學生的視野從書本延伸到書外，從基礎物理延伸到現代科技前沿。學生在合作小組中進行學習，成員之間可以互相交流、互相質疑，互相啟發，在小組中每個人都有機會發表自己的觀點與看法，讓學生在合作探究中獲得成功的快樂，這種教學環節是學生對學習的認知、感受、領悟和交流的集合。因此，在教學過程中要積極貫徹以“學生為主體，教師為主導”的教學原則，采用啟發式、討論式、引導式等多種行之有效的教學方法，提倡和創造機會使學生積極主動地參與到教學活動中來，這樣有利于培養學生的主體意識，在教學過程中大力提倡自主、合作、探究式的學習方式，逐步改變以教師、書本、課堂為中心的局面，促進學生創新意識的培養與綜合能力的提高。另外，2013年首批120門中國大學資源共享課通過愛課程網（www.icourses.edu.cn）上線，山東大學《物理學》作為首批上線課程之一，使學生的自主學習由可能變為現實，通過網絡技術，使學生的學習可以不再受時空限制，使學生有了更多自主、合作、探究學習的條件。這種教學改革進程中知識化、信息化和網絡化結合的全新學習模式，可能將對學生的學習產生深遠的影響。

三、培養學生勇于探索和科學思維的能力

物理學研究物質運動最基本的規律，物理學的發展過程就是不斷探索、不斷創新的過程。創新是科學研究的靈魂，培養創新精神是素質教育的核心。在培養學生的探索創新精神方面，物理教學應注意，講解具體的物理原理和定律時，不僅要講它們能解決哪些問題，還要講它們不能解決哪些問題，以及還有哪些相關的問題有待研究和解決。例如，在講完法拉第電磁感應定律后，給同學們簡單介紹磁流體發電。法拉第電磁感應定律是發電機的基本原理，發電機的使用使人類的文明程度向前邁進了一大步，傳統的發電方式是將能源中釋放的熱能轉變為機械能，再經發電機把機械能轉化為電能，這種發電方式對能源所釋放熱能的利用率比較低，最高也只有30%～40%，磁流體發電是20世紀50年代研究的一項新的發電技術，是一種將熱能直接轉換為電能的發電方式，對熱能的利用率可提高到55%～60%。如果今后高溫超導材料的研究能進入實用化階段，用超導材料制造產生磁場的磁體，磁流體發電的效率可提高到90%以上。以燃煤為技術的能源結構要導致環境污染嚴重，目前國家已把能源開發、節能技術和清潔能源技術作為提高自主創新的八大戰略目標之一。這樣講授可以為學生營造一個培養學生創新意識的教學環境，使學生看到發揮自己創造才能的廣闊天地，增強學生的創新意識。同學對這樣的授課方式非常感興趣，他們說在科學研究的過程中，除了扎實的學好理論基礎知識外，同時還需要有開放活躍的思維，不拘泥于單純掌握基礎知識，在與理論結合的實踐中，還要有勇于探索的科學精神。

以物理學基礎為內容的《大學物理》課程，是高等學校理工科各專業學生一門重要的必修課。該課程所教授的基本概念、基本理論和基本方法是構成學生科學素養的重要組成部分。怎樣在教學中更好地激發學生學習的主動性，培養學生的創新能力；怎樣在教學過程中實現學生知識、能力、素質協調發展的目標；怎樣探索有效開發學生創新潛能的教學方法，這些都是從事《大學物理》教學的教師應潛心研究和大膽實踐的問題。

參考文獻：

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