基礎物理實驗教學與學生創新能力培養的探索*

龍臥云 （湖南農業大學應用物理系）

一 引言

大學物理實驗課程是大學生接受系統實驗方法和實驗技能訓練的開端，旨在培養學生的科學實驗能力和素養、提高學生觀察與思考的能力、加強學生間的合作交流與團隊意識。“創新是一個民族進步的靈魂，是一個國家興旺發達的不竭動力。”[1]隨社會的發展，當今人才市場對具有創新能力的高素質人才的需求越來越大，如何提高大學生的創新意識并培養其創新能力是當代高等教育的重要使命。教育部教高［2001］4 號文件早就明確指出：“實踐教學對于提高學生的綜合素質、培養學生的創新精神與實踐能力具有特殊作用。”[2]物理實驗課程作為發揮學生實踐能力的主要場所，在樹立學生實事求是與理論聯系實際的科學態度，培育學生創新思維與創新意識等方面具有不可替代的作用。如何充分發揮物理實驗課程的育人優勢，培養學生的創新能力，這應是大學物理實驗教學工作者亟須思考與解決的問題。

二 大學物理實驗的教學現狀

隨科技的進步與高校教改的進行，物理實驗課程的教學也由原來較為單一的授課模式向豐富多元的方式發展；由以往相對陳舊的實驗設備更新為新型智能化設備；由以往以驗證性項目為主轉變為以綜合性及創新性項目為主。無論是硬件方面的實驗設備及實驗條件，還是軟件方面的教學體系、教學思維等，都已取得長足的進步。但不可否認，當前的物理實驗教學在某些方面仍然存在一定的弊端，無法真正實現課程應有的價值，具體體現在以下幾個方面。

第一，實驗體系形式化。雖已劃分為基礎性、綜合性、設計研究性實驗等多層次的實驗體系，但在實際運行過程中，限于各種條件的限制，并未充分發揮設計研究性實驗的優勢。

第二，實驗預習形同虛設。沒有合理的約束措施，很多學生對于實驗預習不重視，為應付教師檢查，照抄其他同學的預習報告，使得實驗預習流于形式，起不到應有的作用。

第三，教學模式不合理，多以教師的“教”為中心。課堂上教師講解過多、過細，留給學生獨立思考的空間不足，實驗課淪為簡單的模仿學習，自然也就難以啟發學生的創新思維。

第四，學生來源不同，基礎能力也參差不齊。由于學生水平不一，用統一的標準進行衡量，容易導致“好生吃不飽，差生吃不了”的情況出現，長此以往，導致好生、差生的學習積極性都會受到影響。

第五，考評制度不合理。考評時重結果而輕過程，多以實驗報告進行評價。雖然實驗報告也是實驗的重要組成部分，但實驗報告無疑難以跟學生的課堂表現充分結合起來，成績自然有失公允，也容易打擊部分學習認真學生的學習積極性。反過來，可能少數學習不認真，只是抄抄別人實驗報告卻獲得了高分。

三 以創新為導向的實驗教學改革

以我校為例，受學校性質的影響，無法像工科院校那樣，有完備的多層次實驗體系，加之實驗學時有限，日常的實驗教學中鮮少涉及創新性實驗項目。但創新并非必創新性實驗不可，即便是經典的基礎性實驗，通過適當的引導，也能培養學生的創新思維與能力。小米創始人雷軍曾說，創新就是做別人沒做過的事情！在實驗課程中引導學生獲取未曾掌握的新知識或新技能，也都可以理解為創新。

1 改革傳統的“填鴨式”教學模式

“填鴨式”的教學過于突出教師的中心地位，教師的講解詳盡而又全面，并附以完整的實驗示范。顯然，這樣的教學完全忽略了實驗課程的精髓，過于詳盡的講解與示范，使得學生完全不需獨立思考，只需簡單模仿即可。這不僅不利于學生創新思維的訓練，還易促使學生惰性的養成，遇問題不愿獨立思考而只愿求助別人。物理學家錢臨照先生曾經說，實驗既鍛煉人的動手能力，更重要的是訓練人如何去思考解決問題的方法。[3]為此，必須摒棄這種落后的教學模式，針對我校的學生基礎及現有實驗條件，教師只是作為引導，講解與示范都只是點到即止，盡可能地多讓學生自由探索思考。

在日常教學過程中，并不直接將所有細節及注意事項全盤告訴學生，而是有意通過提問等方式注重引導學生邊觀察邊分析思考，避免學生模仿式的學習。比如，在基礎實驗“落球法測定液體粘滯系數”的實驗過程中，講解時提出疑問：為什么釋放落球前需將小球在待測液體中浸潤？有一次實驗過程中，有一位學生觀察得很仔細，該學生通過對比實驗發現同等條件下，未浸潤的小球下落時間比浸潤后的小球下落時間有較為明顯的差異，進而提出疑問為何會有這么大的差別。實驗課過程中，并沒有簡單要求學生按教材上的操作規范重做實驗，而是從力學原理上引導學生分析為何未浸潤的小球比浸潤后的小球下落時間要長：在重力與浮力不變的條件下，要使小球下落變慢，則其阻力必然變大。是什么因素引起阻力變大？未浸潤小球與浸潤后的小球區別在哪？通過一系列引導，學生結合理論課堂所學，分析得出下落時間的差異出應是由于未浸潤與浸潤后小球表面狀況的不同而造成，進而思考未浸潤表面與浸潤后表面的區別。由于任何物體的表面不可能完全光滑，用甘油潤濕后，使得球的表面盡可能圓潤。未浸潤小球的表面凹凸不平，一方面，在表面有毛刺的地方，易存留少量空氣（引導學生思考倒啤酒時易在杯壁形成氣泡），引起阻力變化；另一方面，表面的不平也會在下落過程中引起局部區域小的湍流區（引導學生對比高爾夫球的麻子臉），使流體更好地吸附在球表面不易脫離。只是實驗過程中，小球整體的下落速度較小，后一種影響并不明顯而已。受此影響，小球在甘油中下落時，阻力必然相比于理想條件下斯托克斯公式所描述的球狀物體的阻力更大，因而下落時間相應會變長。顯然，可能是學生一次偶然的實驗觀察發現，如果教師像往常一樣，直接告訴學生誤差產生的原因，也就不會有學生后續的探索挖掘，逐漸深化到最終恍然大悟。雖然教師直接告知更為快捷，但對學生來說顯然難以理解透徹，似懂非懂。在實驗教學過程中，及時主動地發現學生所面臨的問題，充分抓住學生的探疑興趣，通過適當引導，促進學生獨立思考分析，啟發學生在已有知識的基礎上，充分結合各知識點間的關聯，逐步構建起新的未知知識，這不就是學生創新思維的體現嗎？

同樣在該實驗過程中，如將小球直接放入導管，雖然導管口略大于小球直徑，但實驗時小球難以從導管中順利落下。很多學生都是用直接輕敲導管的方法甩出小球，缺點顯而易見，小球受橫向作用力偏離中心軸線運動。少數學生利用鑷子的尖端輕碰小球使其下落，但這或多或少也會給小球施加一定的橫向作用力，無法保證小球剛好沿中心軸線下落，而光電記時儀的激光束又過細，小球下落時難以擋住激光束，導致實驗成功率不高。個別學生在認真學習實驗要求的基礎上，否定了前兩種方法，通過提問，在老師的引導下，不斷地探索思考，想到利用待測粘滯液體的粘滯性，將將小球黏附在導管口，而后用手指輕壓導管上端開口使空氣受壓而壓強變大，小球在壓力作用而下落。這樣可使小球受力始終在豎直方向，從而保證沿量筒軸線下落[4]，提高實驗的成功率。通過教師的引導，不僅加強了學生的創新意識，其實踐能力也得到了進一步的鍛煉。

2 強化實驗預習

通過調查發現，很多學生沒有養成良好的實驗預習習慣，對老師布置的預習任務完全是為應付檢查而敷衍了事。究其原因，還在于沒有對應的獎懲措施，學生沒有壓力感，有時甚至教師自身也沒有重視。為此，在日常教學過程中，采用課前課堂隨機點名回答問題的方式進行檢查，回答正確與否跟實驗成績直接相關聯，給學生施加一定的壓力，從而重視課前預習。

3 改革成績考評制度

改變以往注重實驗數據的正確與否的做法，而更著重于實驗過程中學生的實際操作和創新思想，幫助學生分析誤差產生的來源，讓學生每次實驗后都有真正的收獲。弱化實驗報告的成績，突出實驗操作與課堂討論及提問的成績比重。根據課堂表現，當場給出實驗成績，讓學生體會到成功的喜悅，快樂學習。

四 小結

能夠想到別人想不到的，并去加以實現，而不僅僅只是空想，這就可以理解為創新。雖然沒有高大上的創新實驗條件，但即便是經典的基礎物理實驗，只要我們在上課過程中多多留意學生的實驗過程，及時發現學生在操作過程中存在的問題，通過教師的適當引導，一樣可以培養學生的創新思維能力。重點在于我們在平時的實驗教學過程中，必須摒棄以往教師主導一切的落后教學方式，充分調動學生的積極性，不僅要善于“傳道、授業、解惑”，更要善于“激勵、喚醒、鼓舞”[5]，努力為學生創設有利情境，激發學生的創新思維。當然，這需要師生的良好互動才能實現，而且需要學生具有較好的基礎知識。從目前的實驗教學實情來看，這類學生還比較少，大多只滿足于順利完成實驗，獲得理想的實驗結果即可。但通過教師的適當引導啟發，卻可以鍛煉部分學生的創新能力與創新思維，充分發揮物理實驗課程的育人優勢。