大學物理實驗教學中學生創新能力的培養

羅小霞 謝國亞

【摘 要】 大學物理實驗教學是提高學生實驗能力和科學素養的重要途徑。傳統的實驗教學模式存在著內容重復、缺乏創新、與理論脫節等問題，影響了學生的良好發展。文章針對這些問題，探討了如何在大學物理實驗教學中培養學生的創新能力，具體包括貫徹高水平教學理念、推行創新教學模式、加強師生互動、活化學生創造性思維等等。

【關鍵詞】 大學；物理實驗教學；創新思維；創新能力

一、創新能力與大學物理實驗

（一）創新能力概述

創新是指創造或發現新思路、新方法、新產品、新服務、新文化、新市場等，能夠帶來實際的經濟或社會價值的過程。創新能力則是指一個人或組織在面對未知挑戰時，能夠產生新思路、新方法、新產品等創新成果的能力。創新能力涉及多個方面，包括原創性、想象力、發現問題、解決問題、探索性思維、風險意識、合作能力等。創新能力對于個人和組織而言都非常重要，只有不斷創新才能跟上時代的步伐，時刻保持競爭優勢。

（二）創新能力在大學物理實驗中的體現

1. 打破傳統思維模式解決問題

傳統教學模式，學生較少參與到實驗過程中，因而不能真實地體驗科學探索的樂趣和創造過程中的挑戰。現代物理實驗教學更多的是讓學生參與實踐和實驗，以親身體驗培養學生思辨能力以及創新能力。這就需要打破傳統的思維模式和學習方式，讓學生在實踐中自主探索和思考。

例如在傳統力學實驗的學習中，教師通常給出一個標準答案，學生通常只是默默地對結果進行確認，沒有機會去發現問題或重新考慮哪些問題可以給出更好的解釋。這時，教師可以引導學生從自己的條件和愿望出發，在實驗中主動探索和思考，例如探討杠桿平衡的原理，而不是簡單地解決杠桿問題所需的固定答案。在這個過程中，學生可以通過思考和交流，打破傳統思維模式，探討實驗現象背后的物理原理。這種交互式的學習方式能夠激發學生的興趣，提高學生對物理學的思考和學習，大大提高學生的創新思維能力。

2. 用不同的角度看待問題和解決問題

實驗研究時，教師不應該限制學生的思維方向，而應該采取鼓勵和引導的態度，讓學生自由地探討和創新。比如在高中物理教學中經常會用實驗來驗證牛頓三定律。這個實驗過程相對固定，學生難以展現創新能力。但是在大學物理實驗中，學生可以嘗試用不同的角度看待物理問題，探索未知的領域。例如讓學生研究大氣層中的聲音傳播，通過實驗加深對聲波傳播性質的理解和認識，推動學生尋找解決方案，幫助他們產生更深刻的思考和創新想法。

在實驗中，學生可以學習和探索不同的實驗方法和工具，不斷嘗試搜尋更好的解決方案。例如通過測量物體的密度使學生了解聲學共振法；在電學實驗中，引導學生使用計算機編程和電子技術來研究信號的特性。

3. 尊重學生的實驗思路和探索意愿

學生自主探索和創新的能力，在大學物理實驗中得到了充分的發揮。同樣的，教師也應該尊重學生發現事物的思路和想法，并給予支持和鼓勵。他們應該受到鼓勵，去探索自己感興趣的科學問題，提出自己的創造性解決方案。在實驗進行過程中，讓學生自由發揮，在實驗前提下可以自己獨立地探討問題，獨自思考和解決問題，讓學生有更多的探索空間和思維獨創性。

二、師生在大學物理實驗教學中培養創新能力的作用

（一）教師的作用

1. 知識的傳授和引導

作為教師，必須熟練掌握物理學的基本知識和實驗技能。在實驗教學過程中，教師必須有清晰精確、流利的語言表述能力，能夠將復雜的物理學原理、分析方法和實驗技能轉化為學生容易理解和接受的概念和方法。

教師在物理實驗教學中，應該以講解、演示為線索，讓學生對實驗儀器有一個直觀的認識，并對實驗原理有大致的了解。教師要理解、掌握所教授物理實驗的內容和步驟，讓學生從學習中獲取知識。教師可以通過視頻演示、實物演示等形式，幫助學生理解所學物理實驗的內容、方法、過程和原理。

2. 培養學生的實驗設計和分析能力

真正的物理實驗教學應該以學生為中心，讓學生在自主、自由、積極的環境中去探索和發現問題，以此來培養他們的實驗設計和分析能力。教師在實驗教學中，主要負責把握正確的學習方向，并提供建議和指導。

教師應該鼓勵和引導學生的創造性思維，從實驗數據中挖掘出更多的信息，并及時進行匯總、分析，進而在實驗中完成自我探索和實踐。教師需要不斷改進和完善實驗教學方式，不斷吸納學生的反饋和意見，并考慮實驗方案的改進和優化。

3. 建立互動與交流的教學環境

在大學物理實驗教學中，教師與學生之間的溝通和交流是至關重要的。教師可以通過傾聽學生的反饋和建議，了解學生的實踐經驗與體會，多次與學生溝通交流，以便不斷提供更好的教育體驗。

建立良好的互動與交流環境，有助于教師更好地發揮教學作用。教師還要不斷了解學生的思想、需求和問題，在實驗過程中指導學生進行思考和挑戰，開闊學生的視野。整個實驗過程中，教師與學生的互動和交流也是實現教學目標的必要環節。

（二）學生的作用

1. 學生在大學物理實驗教學中的角色

學習者，學生是學習的主體，通過參與實驗來鞏固和加深理論知識。在實驗中，學生能夠感受物理知識的真實性，一些學生難以理解的現象通過實驗可以被直觀地呈現在學生面前。

參與者，學生是參與實驗的主體，他們需要在實驗中積極參與，負責實驗設備的調試與搭建，在實驗中充分探索實驗現象背后的物理規律。

創造者，在大學物理實驗教學過程中，學生可以提出自己的實驗設計方案，并通過實驗驗證自己的想法。在這個過程中，學生變成了創造者，增強了創新意識和實踐動手能力。

溝通者，在實驗中，學生需要與同學、教師等人進行溝通交流，相互討論和解決問題。溝通不僅可以促進學生之間的團隊合作，還可以促進學生與教師之間的互相理解。這也是學生在大學物理實驗中的一項重要職責。

2. 大學物理實驗教學對學生的作用

能夠增強學生的實驗能力，學生在大學物理實驗教學中需要自己手動搭建實驗設備、調試實驗儀器，并收集實驗數據，通過這個過程來提高學生的實驗能力。

能夠增強學生的深度理解，理論知識學好了，要知道如何應用。學生在實驗中可以更深入地了解實驗現象，對所學知識的理解也更加深入。

能夠培養學生的團隊合作意識，在大學物理實驗教學中，學生需要和同學合作完成實驗，進行溝通和交流。增強學生的團隊合作意識，培養學生的團隊精神，有助于他們今后的工作和生活。

能夠提高學生的思維能力，大學物理實驗不僅是對學生實驗能力的考驗，也是對學生思維能力的考驗。學生通過實驗將理論知識與實際問題相聯系，并且在實驗操作過程中需要做出一些判斷，這可以訓練學生的認知能力和判斷能力，提高他們的思維能力。

能夠培養學生的創造力，大學物理實驗是學生在實驗室進行的標準實驗，學生可以按照自己的思路進行實驗設計。在這個過程中，學生要思考如何驗證自己的想法，這可以培養學生的創新意識和實踐動手能力。

三、如何在大學物理實驗教學中培養學生的創新能力

（一）培養學生的動手能力

大學物理實驗通常包含多個或一系列相關實驗，學生需要在實驗課上進行動手操作和實驗設計。為了更好地培養學生的動手能力，教師應該設計多差異化的實驗，并注重在每個實驗中培養學生的動手能力。實驗講究張弛有度，要分別在技能、步驟等方面進行設計，以達到更好培養學生動手能力的目的。

教師指導是提高學生動手能力的關鍵環節。教師不僅要指導學生進行實驗，還要著重在展示和分析實驗時指導學生，體現學生創新思維、創新能力和動手能力的能力。在實驗中出現問題時，教師需要及時提供答案或幫助學生理解并解決問題。教師還要著力培養學生實驗技能，幫助學生掌握實驗方法和技巧。

大學物理實驗需要采用多種教學法來激發學生的學習興趣，增強學生的動手能力。例如教師可將學生分成小組，然后設置小組展示或小組辯論環節，讓學生設計并實施實驗，培養學生的實驗思維和實驗能力。學生可以在實驗過程中獲得與其他學生的互動，增強動手能力和知識共享能力，使學生在實驗中提升自己的創新能力。

（二）活化學生的創新思維

首先，采取全面訓練方法。全面訓練方法是指將課堂教學、實驗操作和實踐體驗相結合，基于科學實驗的基礎和過程，進行多方位、系統化、全方位的探究、探索和實踐。全面訓練方法可以培養學生的基礎能力、實驗能力和實踐能力，得到了教育學、心理學專家的普遍認可。在大學物理實驗教學中采取全面訓練方法，順應學生發展規律和潛能，能最大化地發揮學生的創新思維和實踐能力，從而推動教育創新和科技進步。

其次，需要多元化的方法和技巧。采用多元化的教學方法和技巧，可以促進學生的主動性，增加學生的參與感，增強學生的學習興趣。比如采用案例教學法，幫助學生深入了解物理原理和實驗過程，建立獨立思考和解決問題的能力。此外，模擬實驗、數值模擬、仿真實驗等技術手段，也可以在一定程度上提高學生的創新能力。

最后，需要注重創新思維的活化。創新思維的活化是指通過創造性的教學設計和組織活動，引導學生在實驗操作和課堂討論中發揮自己的創新能力。比如在大學物理實驗過程中，引導學生發現研究問題、探究解決方式的樂趣和重要性，通過許多人和團隊的努力，促進學生學習解決問題的方法。在教學過程中，教師可以通過開展有挑戰性的學生活動，如競賽、實驗室和課程設計，提高學生的智力競爭力、創新能力，活化學生的創新精神。

（三）創新演示實驗和設計性實驗

創新演示實驗是指采取物理實驗的方式，通過新穎的、有創意的展示形式，幫助學生理解物理現象和原理。創新演示實驗通常偏向于強化實驗過程中的創意和創新性，而不是強制實現早期的實驗教學協議。在創新演示實驗過程中，教師應該選取一些容易調試、比較獨特的物理實驗與學生共同學習，激發學生的興趣，從而提高學生的學習積極性和創造性。在演示過程中，教師應注重設計，積極與學生討論實驗方案，豐富教學內容。通過創新實驗的開展，學生不僅能了解物理現象的基本原理，增強物理實驗基礎能力，還能掌握實驗的設計技巧與操作方法，促進學生自主創新和批判性思維的發展。

設計性實驗是指通過創新性的設計物理實驗，培養學生的創新能力和動手能力。在設計性實驗中，學生需自主設計實驗，并完成實驗設計報告、實驗過程記錄和實驗結果分析等實驗工作，在此過程中，收集實驗數據、分析實驗數據、加深對知識理解、培養創新能力、提高動手能力是其重要任務。設計性實驗需要學生根據教師給定的實驗內容，獨立思考和設計實驗方案，并在實驗中尋找創新的解決方法。為了讓學生更好地完成這項任務，教師需要在實驗教學中給予學生足夠的自主權和靈活度，適當地引導和組織學生的實驗創新。通過開展設計性實驗，可以培養學生的分析能力、判斷能力和綜合能力，提高學生的創造性、獨立思考能力和實踐動手能力，為學生未來解決實際問題提供有力的支撐。

四、總結

大學物理實驗教學是培養學生成為具有實驗能力和探究精神的高素質人才的重要途徑。本研究總結了大學物理實驗教學中存在的問題，并提出了一些培養學生創新能力的方法。這些方法包括貫徹高水平教學理念、推行創新教學模式、加強師生互動和構建創新型學習環境等。這些舉措可以有效促進學生創新能力的培養，為未來科技創新事業培養更多的人才。

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