西北农林科技大学理学院 解迎革 李 霞 王国栋
[摘 要]文章对如何发挥大学物理实验课程来提高学生创新能力进行了探索和实践，相关改革思路清晰，措施得力，对学生创新能力的培养具有促进作用。相关工作将对大学物理实验课程在教学改革、科学研究、教学水平等方面的发展起到积极的推动作用。
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关键词 ]创新能力；大学物理实验；自主设计性实验
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1671-0568(2014)35-0054-02
基金项目：本文系西北农林科技大学2013年教改课题“《大学物理实验）教学中引入自主设计性实验内容、促进学生创新能力的培养” (编号：JY1302097)、2014年高等学校教学研究项目“农林院校大学物理课程教学现状分析及对策研究” (编号：JZW201415xb)的科研成果。
大学物理实验是大学生学习和巩固物理知识，强化科学态度，培养综合创新能力的基础性、实践性教学课程，其教学理念、教学方法和教学效果不仅直接影响学生对物理学基础知识的理解和掌握，而且关系到学生今后学习其他学科的治学态度、科学精神和创新能力的塑造和培养，它在培养学生科学思维方式、科学实验能力、创新意识和创新能力等方面都具有不可替代的作用。
传统的物理实验教学模式下，物理实验仅是理论教学的辅助手段，强调的是物理理论的再现，只能起到巩固理论知识的作用，在注重创新的时代已经显示出它的弱势。在这种模式的影响下，高校实验室的作用受到严重制约，实验室设备陈旧，实验师资队伍不整齐，教学质量谈不上创新能力的培养。学生只是被动地按照教师和讲义给定的方法和步骤按部就班地操作，学生没有探索的空间和时间，学生独立解决问题的能力得不到很好的锻炼。教学内容的安排方式过细，属于验证性实验、简单知识应用和技能训练的经典物理实验内容偏多，而综合性、设计性、研究性实验内容不足，物理学的新发展和新应用更是极少反映，很难激发学生的学习兴趣。另外，由于师资及经费方面的不足，实验课开发程度不够，影响学生自主学习的积极性。
大学物理实验课程对国内大多高校来讲是一门重要的基础课程，本课程为学生进行创新活动提供指导和平台，对于提高学生的综合创新能力，应该能够发挥更积极的作用。教学活动应该以学生为中心，实行以学生自主创新为基础的实验教学模式，应该具有更广泛的自主性、探索性和综合性。
一、大学物理实验与创新教育的联系
大学物理实验和创新教育的联系可以体现在以下方面：①物理实验为开拓创新打下坚实基础。物理实验与物理理论之间互相依赖。物理学的原理、定理是在总结大量的物理实验事实基础上概括出来的，而物理实验总是在一定的理论指导下进行，对实验现象的观察和描述也离不开一定的理论知识背景。 阔物理实验涉及的知识面广、内容丰富，其他学科知识在物理实验中的渗透日趋广泛。实验过程中从设备安装、调试到实验现象的观察，实验数据的测定及实验结果的分析需要学生灵活运用自己所掌握的相关理论知识独立完成，使学生独立性和自主性得到加强。通过完成物理实验，可以促进对多学科知识的理解和掌握，为开拓创新打下坚实的基础。 ②物理实验为创新教育提供素材。基础物理实验过程中学生去发现实验中的问题，提出改进意见，重新设计实验方案等使实验充满发现创新的机遇。综合设计性物理实验，是在继承基础知识和基础物理实验基础上的创新，更加丰富了创新机遇，是创新教育的活教材。 ③物理实验为创新教育提供环境。物理实验为学生的设想和实验方案提供了实践环境，实施过程中实现了个人的创新愿望。可以激励创新的良好实验环境帮助学生解放思想，大胆创新，努力创新。④创新教育为物理实验注入活力。
创新教育注重学生对未来社会的应变能力，具有明确的创新教育目标意识，逐步形成某一方面的专业知识和专业技能，为今后成为这方面的专门人才奠定基础，这些创新个性的自由全面发展无疑给实验教学注入了活力，使他们有能力设计新的实验方案，维修和改进实验仪器，使实验教学真正发挥以学生为主体，教师为主导的作用。
二、大学物理实验教学改革相关思路
大学物理实验教学应以培养和开发学生的创新思维、创新精神和创新能力为目的，为学生提供一个展现和发挥自身才能的空间和环境，从而最大限度地调动学生学习的积极性、主动性，在学生自我获取知识的过程中尽可能多渗透科学研究的各个元素，使学生从被动接受的客体型学习向主动参与的主体型学习过渡。
1.教学内容的创新。随着经济和社会的发展，学生的就业压力日益增大，学生希望获取实用的知识和技能的需求是正常的，教学内容与生产和生活的紧密相关会激发学生的积极主动性和主观能动性。传统的验证性实验主要是对理论的验证，并围绕验证的实现进行实验设计，与现实生产生活联系较少，这是许多学生感觉到实验课程枯燥无味的原因之一。大学物理实验教学内容体系大多包括基础性实验、提高综合性实验和综合设计性实验三个层次，实验内容的设置能够符合学生的认知规律，但是更应该符合学生的实际水平和学生专业的学科背景，应该侧重于培养学生用物理学思想分析、解决实际问题的能力，培养学生的实际操作技能。因此，研究内容应密切联系学生的实际，涉及面宽、针对性强，题目背景清除，时间目的明确。研究结果以创造性解决实际问题为度，力争做到方法科学合理、构思巧妙新颖、装置简洁实用。
2．教学方式的创新。创新性的实验教学方法是实施物理实验创新教育的重要环节。 田传统的教学方法强调学生实际操作动手能力和实验技巧，忽视了学生对实验原理理解、实验技术问题的分析处理、实验数据处理及误差来源分析、实验结果的正确描述等科研素质的培养。创新性实验教学方法重视教学过程中师生共同进行的不断探索创新，教师不仅仅是“教”，更重要的是“导”，与学生一起分析实验原创思想和实验设计精妙之处，引导学生正确掌握实验观测技术和实验数据处理分析方法，探索实验结果的物理规律等。实验过程中单人单组、团队协作和分组讨论等方式可以结合起来，使得学生的自主性和积极性能够充分发挥。
3．教学和科研同行。大学生要创新需要在实践中成长。科研过程不同于实验课，教师总能解决学生遇到的各种问题，这容易使学生产生依赖性进而懒于思考和探索，科学研究的是未有定论的问题，结果难以预料，过程更可能出现始料不及的问题和困难，一个小小的疏忽大意将可能使结果缪之千里。所以，在科研中更能培养学生的责任心和严谨的工作态度，这要求指导教师勤于监督，帮助他们养成实事求是、尊重实验结果和事实的好习惯，这是实验工作者的根本，也是一个人做人的根本。任课教师负责或参与的课题及各种创新性实践活动都可以鼓励学有余力的学生加入进去，通过解决一个个实际问题，学生在课堂上学到的知识和技能得到巩固和提高，为他们解决各种问题提供了思路，积累了经验。
4．实验考核方式的创新。创新型的大学物理实验教学考核方式提倡摒弃过去惯用的实验报告，采用论文的形式报告或科研汇报整个实验过程和结果。我们不能过分注重学生实验结果的正确与否，实验过程检验了学生对所学各学科知识的掌握程度，反映了学生的创新性思维意愿及能力，实验过程中学生所提出的合理的、有创新的设计方案可以在论文形式的报告或科研汇报中能够得到充分体现。
三、大学物理实验教学改革相关举措
针对大学物理实验教学改革的相关思路，我们采取了如下措施，以期切实提高实验教学质量，提升学生实践能力和创新能力。具体的措施如下：
1．开放的实验室管理系统。实验室的开放不但是时间、空间的开放，更多的是内容和方法上的开放，应充分体现质量工程中以人为本的理念。为了培养学生的自主创新能力，保护学生的原创精神，实行全方位、多层次的开放式教学是实验教学改革的必然趋势和发展方向，是对传统实验教学观念、内容和管理模式的挑战。 最终目标是形成布局合理、层次分明、教学科研互动的实验室体系，营造一个良好的创新氛围。具体的操作过程中，可以针对学生的需求采用不同的模式，如一、二年级学生实行常规课程教学实验开放，高年级实行综合自主实验开放，毕业生和研究生实行研究式实验开放，开展有计划、分阶段、分层次的开放模式，面向教师及科研人员可建立科学研究课题长期开放，提高教学质量和科研水平。这样不但可以充分、高效地利用实验室现有资源，更主要的是学生始终参与自己感兴趣的实验当中，学生在自觉学习和锻炼过程中，成为主动的求知者、参与者和探索者。此外实验内容、试验方法、实验教学评价等都应向学生开放，这一系列措施的实施可以使实验室成为培养大学生自主创新能力最适合的教学环境。
2．具有创新精神和创新能力的教师队伍。具有创新精神和创新能力的教师队伍是研究性教学的保证。它要求我们不断转变教育观念，树立创新教育观，培训创新型教学的青年教师队伍，使得教学由“经验型”转向“科研型”，由“教书型”转向“学者型”。 教师和学生一道，共同关心实验课教学过程中存在的各方面问题，有针对性地提出研究课题题目：共同关注小课题研究的进展；共同面对研究中遇到的困难和问题：共同探询分析问题的可行性思路；共同探索解决实际问题的最佳办法。在思想方法上能够给予学生有意义的启发，在研究的各个环节中能够给予学生实质性的指导。同时在指导学生进行小课题研究与探索过程中不断加强自身建设，积累经验教训，逐步拓展知识面，扩充知识量，更新知识结构，学习新技术、新方法、新理论，从这一方面看，达到了提高实验课教员科学研究能力和业务、知识水平的目的。
四、大学物理教学相关改革初步的成效
面向学生创新能力培养的大学物理实验课程教学相关改革，为大学生创新意愿的建立、创新意识的培养、创新能力的提高提供了一个开放而先进的实践平台。目前各项工作仍在进行，从目前来看效果良好，学生主动参与课程的积极性比以前明显提高，达到预期效果，主要表现在：①学生参与创新的能动性和能力得到提高。大学物理实验课程为学生提供了开放的创新实践机会，学生在本课程结束后，其他课程学习过程中碰到的问题仍愿意利用物理实验室进行实践，在这个过程中学生不断发现问题、解决问题，自身的综合能力明显提高。近几年来，本课程教师帮助学生申请和指导完成国家级和校级大学生创新型实验计划项目共计20余项，指导学生发表sci收录论文5篇；②教师水平提高。指导学生参与科学创新的过程也是教师难得的学习机会，使自己的教学、科研水平得到提高；③实验室仪器设备的高效利用。创新实践平台的构建有利于实验仪器设备的维护、管理和充分利用，不但提高了实验设备的利用率，更重要的是提高了实验设备的使用价值。
面向学生创新能力培养的大学物理实验课程改革。本着鼓励学生进行自主研究和探索，培养创新能力的根本宗旨。遵循以学生为主体的教学理念，坚持开放式教学模式，调动学生参与科研创新的积极性、主动性。扩大实验教学内容的综合性、与先进科学技术的渗透性。所采取的措施得力，效果明显。只要我们认真对待创新教育，采用创新教学的方法，就能使学生的创新潜能得到开发和利用，造就大批创新人才。
（编辑：易继斌）