非物理專業(yè)院校物理實驗培養(yǎng)創(chuàng)新拔尖人才模式探索

郭陽雪　孔祥洪　王蕊麗

摘要：本文通過分析大學(xué)物理實驗教學(xué)改革過程中遇到的一些問題，對創(chuàng)新性拔尖人才培養(yǎng)模式進(jìn)行了探索，提出了創(chuàng)新拔尖人才的教學(xué)模式，旨在通過研究性設(shè)計實驗的有效實施，讓真正有思想、有創(chuàng)意、愛拼搏的學(xué)生在通識性教育中脫穎而出，成為具有合理知識結(jié)構(gòu)、較強(qiáng)創(chuàng)新能力和實踐能力的拔尖人才。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實驗；創(chuàng)新拔尖人才；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）33-0235-02

一、引言

物理學(xué)是觀察、實驗和思維相結(jié)合的產(chǎn)物，它集嚴(yán)密性、精確性以及創(chuàng)造力和想象力于一體，具有邏輯性強(qiáng)、科學(xué)思想豐富、研究方法多的學(xué)科特點(diǎn)，對培養(yǎng)優(yōu)秀的拔尖人才具有不可估量的作用。大學(xué)物理實驗涉及的內(nèi)容從經(jīng)典物理到現(xiàn)代物理學(xué)，跨度大，覆蓋面廣，包含著豐富的實驗方法、實驗手段和實驗思想，并能提供綜合性很強(qiáng)的基本實驗技能的訓(xùn)練，它在整個教學(xué)過程中對培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力方面占有十分重要的地位。本文對當(dāng)前大學(xué)物理實驗課在培養(yǎng)創(chuàng)新拔尖人才方面遇到的困境進(jìn)行了分析和探討，根據(jù)本校的教學(xué)改革經(jīng)驗，提出了以研究性設(shè)計實驗為抓手，大學(xué)物理實驗和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相融合，在通識性教育的基礎(chǔ)上，夯實學(xué)生的學(xué)習(xí)根基，擴(kuò)展學(xué)生的知識視野，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識的目的，使具有創(chuàng)新思維的拔尖學(xué)生在本科學(xué)習(xí)中脫穎而出。

二、大學(xué)物理實驗教學(xué)培養(yǎng)創(chuàng)新拔尖人才面臨的困境

（一）物理實驗教學(xué)不能夠與時俱進(jìn)

大學(xué)物理實驗內(nèi)容量之大，涵蓋面之廣是其他學(xué)科無法比擬的，因此大學(xué)物理實驗在拓展學(xué)生的知識視野方面起著非常重要的作用，然而大學(xué)物理實驗由于受到學(xué)校經(jīng)濟(jì)條件和學(xué)科發(fā)展方針的限制，實驗設(shè)備更新緩慢，不能適應(yīng)學(xué)科技術(shù)發(fā)展的需要，導(dǎo)致經(jīng)典性實驗偏多，部分內(nèi)容陳舊，有關(guān)當(dāng)前科學(xué)技術(shù)和研究前沿的實驗內(nèi)容相對缺乏，物理實驗的設(shè)置比較單一，綜合性、設(shè)計性實驗較少，與科研、生產(chǎn)和生活貼近的內(nèi)容較少，實驗教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)代社會的需要、以及對創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求不相適應(yīng)等。在當(dāng)前實驗條件下，實驗的教學(xué)模式、教學(xué)方法的改進(jìn)都受到較大的限制，致使大學(xué)物理實驗難以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和獨(dú)立性，激勵不了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、創(chuàng)造性，不利于創(chuàng)新拔尖人才的培養(yǎng)。

（二）學(xué)生量多，基礎(chǔ)參差不齊

大學(xué)物理實驗是一門大學(xué)必修的基礎(chǔ)課程，面向全校所有理工科學(xué)生，由于近幾年我國高等學(xué)校招生規(guī)模的擴(kuò)大，必修物理實驗課的人數(shù)顯著增加，而投入的教學(xué)經(jīng)費(fèi)有限，教學(xué)資源異常緊張，首先表現(xiàn)在師資力量比較薄弱，實驗教師在實驗教學(xué)上連軸轉(zhuǎn)，難以投入更多的時間和精力搞創(chuàng)新實驗的設(shè)計和指導(dǎo)，實驗設(shè)備的臺套數(shù)滿足不了日益增加的學(xué)生數(shù)。學(xué)生的物理基礎(chǔ)也是千差萬別，參差不齊，面對這樣的狀況，為了照顧到每一位學(xué)生，教師通常會采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，滿足一般的教學(xué)要求，保證每個同學(xué)都能夠得到普通的物理實驗技能的訓(xùn)練，教學(xué)模式相對單一，忽略了學(xué)生的基礎(chǔ)差異和個性發(fā)展的需求不同，未能充分發(fā)揮學(xué)生自身優(yōu)勢，不利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，因此，對物理實驗教學(xué)進(jìn)行改革和創(chuàng)新，已迫在眉睫。

（三）傳統(tǒng)的教學(xué)模式不利于創(chuàng)新拔尖人才的培養(yǎng)

在非物理專業(yè)院校中，大學(xué)物理實驗的教學(xué)，學(xué)生通常是在老師的指導(dǎo)下，依照規(guī)定的實驗方法和步驟完成實驗。這種教學(xué)模式，對學(xué)生掌握實驗方法，驗證和加深對理論的理解有很好的效果，而對于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力、獨(dú)立動手實踐能力、創(chuàng)新意識及創(chuàng)造能力的效果并不是很理想，更不適宜創(chuàng)新拔尖人才的培養(yǎng)。目前的實驗教學(xué)改革只能在不斷的探索和嘗試中進(jìn)行，然而隨著科技的發(fā)展，對創(chuàng)新性拔尖人才需求的呼聲越來越高，為適應(yīng)社會的需要，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，探索培養(yǎng)創(chuàng)新拔尖人才的教學(xué)模式顯得非常重要。

三、創(chuàng)新拔尖人才培養(yǎng)模式探索

（一）改革優(yōu)化現(xiàn)有的課程內(nèi)容

為使大學(xué)物理實驗成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的課程載體，我校物理實驗中心近幾年來不斷的改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)實驗室的現(xiàn)有實驗設(shè)備，將基礎(chǔ)實驗的內(nèi)容進(jìn)行的外延和深掘，將傳統(tǒng)的驗證性、綜合性實驗的知識點(diǎn)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)及相關(guān)專業(yè)相結(jié)合，開發(fā)出不同類型的設(shè)計性實驗和研究性實驗，使實驗教學(xué)內(nèi)容有了層次性的變化，由淺入深，既兼顧了基礎(chǔ)通識性教學(xué)又滲透了專業(yè)性、前沿性的內(nèi)容。比如超聲波的實驗，作為基礎(chǔ)實驗只要求學(xué)生能夠測出空氣中超聲波的傳播速度，完成數(shù)據(jù)處理就可以了。為進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維，加強(qiáng)和專業(yè)知識的結(jié)合度，對該實驗進(jìn)行改進(jìn)和加深難度，要求學(xué)生獨(dú)立設(shè)計實驗過程，測量不同條件下同一液體中或同一條件不同液體中超聲波的傳播問題，從中了解實驗條件的變化對聲速傳播的影響；或者和專業(yè)相結(jié)合模擬和仿真超聲波的成像問題，學(xué)會使用matlab或其他專業(yè)軟件在物理實驗中的應(yīng)用；以及如何利用聲波監(jiān)測新鮮水果的變質(zhì)腐爛等問題，達(dá)到多學(xué)科融合的目的。通過對基礎(chǔ)實驗內(nèi)容進(jìn)行多方面的拓展和探討，不但擴(kuò)大了同學(xué)們的認(rèn)知視野，同時也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新思考的能力。物理實驗教學(xué)內(nèi)容經(jīng)過不斷完善和豐富，既滿足了大部分同學(xué)物理實驗基本技能的培養(yǎng)目標(biāo)，又能夠?qū)δ切鬯伎肌厶剿鞯膶W(xué)生做進(jìn)一步的指導(dǎo)，激勵物理學(xué)習(xí)興趣濃厚的學(xué)生做更深入的探究，從而在教學(xué)中培養(yǎng)出一批真正愛創(chuàng)新的拔尖人才。通過近年來的教學(xué)改革，在教師和學(xué)生的不斷努力下，實驗教學(xué)內(nèi)容得到了極大的拓展和改進(jìn)，實驗教學(xué)進(jìn)入了一個良性循環(huán)階段，越來越多的有思想有創(chuàng)意的學(xué)生愿意投入更多的時間進(jìn)行物理實驗的探索和研究。

（二）實驗教學(xué)與科學(xué)研究相融合

為了使學(xué)生從實驗中得到基本實驗技能的訓(xùn)練，又能掌握當(dāng)前具有實用性、代表性和先進(jìn)性的實驗技術(shù)，構(gòu)建多層次的實踐教學(xué)體系，優(yōu)化實驗課程內(nèi)容是非常必要的。實驗內(nèi)容經(jīng)過改進(jìn)，將枯燥無味單一性、重復(fù)性、驗證性的實驗拓展為具有時代科技特色和專業(yè)特點(diǎn)的設(shè)計性研究課題，將教學(xué)和科研融為一體，建立了以設(shè)計為主，研究開創(chuàng)新知識點(diǎn)為目的的實驗教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在動力，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，使學(xué)生從傳統(tǒng)的應(yīng)試教育中轉(zhuǎn)變出來，在實驗學(xué)習(xí)過程中不斷探索和實踐。為了加強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)研究意識，實驗課題從選題到課題的設(shè)計要求學(xué)生自主完成，同時教師在這個過程中做好監(jiān)控和指導(dǎo)工作，學(xué)生定期和指導(dǎo)教師進(jìn)行交流。為保證學(xué)生在選題、設(shè)計和完成等過程中的主動權(quán)，充分發(fā)揮他們的能動性，教師不能進(jìn)行過多的干涉。課程的實施，在培養(yǎng)同學(xué)們自主創(chuàng)新能力的同時，又注重培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作能力和溝通能力，要求學(xué)生以團(tuán)隊為單位，通常3～4個人為一研究團(tuán)隊，團(tuán)隊成員可以分工合作，發(fā)揮各自的特長。

實驗教學(xué)的質(zhì)量的好壞取決于教師的學(xué)術(shù)水平和是否能全身心投入其中，隨著研究性設(shè)計實驗的深入進(jìn)行，對教師的要求越來越高，這就要求教師不僅要做好教學(xué)工作，更要加快自己的科學(xué)研究，提高自身的科研素質(zhì)，更好的服務(wù)于基礎(chǔ)教學(xué)工作。為此，我們依托學(xué)校的研究優(yōu)勢，教師根據(jù)自己的實際條件，積極和專業(yè)相結(jié)合，不斷提升自身的軟實力。

（三）多學(xué)科交叉、開放性教學(xué)

培養(yǎng)創(chuàng)新拔尖人才，在教學(xué)中就必須將創(chuàng)新人才的培養(yǎng)貫穿于整個實驗教學(xué)過程中，體現(xiàn)在實驗教學(xué)的各個環(huán)節(jié)上，這就要求教學(xué)過程中不能僅僅囿于物理實驗的具體細(xì)節(jié)中，教師要通過實驗教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入科學(xué)的大門，豐富學(xué)生們的學(xué)科知識，使學(xué)生走出自己的專業(yè)限制，涉足不同學(xué)科。在交叉性的科學(xué)領(lǐng)域更易獲取創(chuàng)新的靈感，為提高學(xué)生的興趣，鼓勵不同學(xué)科背景的同學(xué)結(jié)伴組隊，共同協(xié)作，在相互學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)自己的專長。同時為了突破物理實驗教學(xué)課時的限制，物理實驗教學(xué)利用現(xiàn)代的教學(xué)手段，建立有效的實驗室開放管理與制度，將實驗教學(xué)從時間上和空間上進(jìn)行開放，為學(xué)生創(chuàng)造更多的有利條件，促使學(xué)生在完成課內(nèi)要求的實驗后，能夠自主安排自己的時間，選作感興趣的實驗內(nèi)容，發(fā)揮自己的特長。通過這種開放性的實驗教學(xué)模式，學(xué)生們有了更多的自由，沒有具體實驗內(nèi)容的要求、實驗場地和實驗設(shè)備等方面的限制，學(xué)生可以按照自己的創(chuàng)意進(jìn)行創(chuàng)造性的實踐，極大的發(fā)揮了他們的主觀能動性，最大限度的利用實驗室鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。通過這種創(chuàng)新性的物理實驗教學(xué)模式，課程結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、研究性設(shè)計實驗的開展和開放性的實驗教學(xué)體系，實現(xiàn)了多途徑的實驗教學(xué)的創(chuàng)新模式，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識奠定了基礎(chǔ)，為拔尖學(xué)生的發(fā)展空間創(chuàng)造了有利的條件，使物理實驗教學(xué)從傳統(tǒng)意義上的教學(xué)走上了創(chuàng)新教學(xué)的途徑。

四、結(jié)論

隨著我校物理實驗教學(xué)改革的推進(jìn)，傳統(tǒng)物理實驗教學(xué)得到了極大了改進(jìn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性被調(diào)動起來，逐漸從本科生中吸引了一批愛好物理、喜歡動手、善于思考、樂于創(chuàng)新的學(xué)生。今后，我們將進(jìn)一步探索和總結(jié)，不斷改進(jìn)教學(xué)方法、教學(xué)手段和教學(xué)內(nèi)容，及時吸收科技前沿，通過不斷學(xué)習(xí)和吸取其他高校的改革經(jīng)驗，自我完善，提高教學(xué)能力，結(jié)合學(xué)校的專業(yè)發(fā)展方向，使我校的物理實驗教學(xué)與時俱進(jìn)，培養(yǎng)出具有創(chuàng)新精神的拔尖人才。

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