吳旌賀

(河南教育學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院，河南 鄭州 450046)

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近代物理課創(chuàng)新教育教學(xué)方法研究

吳旌賀

(河南教育學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院，河南 鄭州 450046)

摘要：近代物理學(xué)是眾多杰出科學(xué)工作者的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的薈萃,其中的諸多案例是引導(dǎo)與培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力不可多得的典范.就近代物理學(xué)的實際教學(xué)過程中, 如何更好地將典型人物和典型事例融入近代物理知識的傳授,從而有目的有意識地對學(xué)生進行創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)做出一些嘗試性的理論與實踐探索.

關(guān)鍵詞：近代物理；創(chuàng)新教育；物理研究方法

0引言

去年“兩會”后，“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”成了最時髦的詞語.“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”首先是人的問題.沒有創(chuàng)新的人才，不可能有創(chuàng)業(yè)的成功，沒有創(chuàng)新的教育，不可能有創(chuàng)新的人才[1].創(chuàng)新是一個民族興旺發(fā)達的不竭動力，在以科技創(chuàng)新為主導(dǎo)的當(dāng)今世界, 能否在創(chuàng)新機制的引導(dǎo)下，不斷培養(yǎng)出一批批創(chuàng)新型人才, 已成為檢驗高等教育成功與否的重要標(biāo)志[2].本文就近代物理學(xué)的實際教學(xué)過程中，如何更好地將典型人物和典型事例融入近代物理知識的傳授，從而有目的有意識地對學(xué)生進行創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)做出一些嘗試性的理論與實踐探索.

1束縛大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的因素

1.1只重視結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，忽視內(nèi)容更新

就教材而言，其內(nèi)部的知識結(jié)構(gòu)多為普通物理的范疇, 對近代物理知識點的介紹甚少，離近代物理學(xué)的教學(xué)目標(biāo)甚遠.所使用的物理教材普遍存在著部分內(nèi)容陳舊、繁瑣的問題, 比如：在物理系開設(shè)的專業(yè)必修課中有關(guān)力、熱、光、電、聲等內(nèi)容的介紹，多為學(xué)生中學(xué)階段曾經(jīng)接觸學(xué)習(xí)過的問題, 大學(xué)階段無非采用了多媒體課件的形式，變換了一下教學(xué)手段而已,這遠遠滿足不了求知欲旺盛的大學(xué)生的需求[3-4].

1.2只重視知識傳授，忽略能力培養(yǎng)

在具體的備課、授課過程中，一些教師的課程設(shè)計思路較狹窄，課程內(nèi)容設(shè)置較傳統(tǒng)，教學(xué)方法較保守，不少教師仍以傳統(tǒng)知識的教授為主，忽略書本之外多方面知識的融入，缺乏以提升學(xué)生綜合能力為目標(biāo)的多元化教學(xué)手段的運用.在這種創(chuàng)造性不強的教學(xué)過程中，僵化的教學(xué)模式勢必會束縛學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，被動的學(xué)習(xí)很大程度上影響了學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展.從而帶來了學(xué)業(yè)成績好，動手能力弱、實踐活動能力欠缺的不良后果[4].

2近代物理教育融入學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的方法

2.1改革教學(xué)內(nèi)容，補充最新科研成果

近代物理學(xué)的發(fā)展日新月異，各領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)出了大量的高新技術(shù)和激動人心的新發(fā)現(xiàn)，這使得近代物理學(xué)這門課的教學(xué)內(nèi)容需要與時俱進，進行授課內(nèi)容的調(diào)整、更新、拓展和補充.為了更好地探索新的研究領(lǐng)域，這就需要從事近代物理一線教學(xué)的老師，懷著“站在巨人的肩膀上，而這個巨人不斷在行走”的教學(xué)理念，在前人已有成果的基礎(chǔ)上，及時地將傳統(tǒng)知識與前沿科學(xué)相對接, 以啟迪思維, 加深理解.在具體方法上, 對于學(xué)生普遍感興趣的內(nèi)容，通過專題講座的方式,展現(xiàn)物理學(xué)的魅力，激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)的熱愛[5-6].

例如， 在講到納米材料的內(nèi)容時，專門邀請我院研究納米材料的博士給大家作了一場(納米材料在前沿領(lǐng)域的應(yīng)用研究)報告，這不僅打開了學(xué)生們的科技之窗，豐富的圖片和視頻也給大家展示了許多課本上沒有的科技成果，進一步加深了大家深度學(xué)習(xí)納米科技的興趣.另外, 介紹近代物理學(xué)中與現(xiàn)代科技發(fā)展密切相關(guān)的新興學(xué)科或新技術(shù).例如：當(dāng)講到粒子物理的部分，正好2015年諾貝爾物理學(xué)獎頒發(fā)給日本和加拿大的物理學(xué)家，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了中微子振蕩的現(xiàn)象，從而證實了中微子具有質(zhì)量這一事實.筆者以此為出發(fā)點，介紹了從幾十年前最初提出想法，經(jīng)過大氣中微子實驗、太陽中微子實驗、反應(yīng)堆中微子實驗等曲折而艱難的研究過程，使得學(xué)生接納更多的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)知識.

2.2改革教學(xué)方法

2.2.1采用現(xiàn)代教育技術(shù)手段, 提高課堂教學(xué)效果

近代物理學(xué)課程涉及的領(lǐng)域超出一般人所能接觸到的范圍，傳統(tǒng)的教學(xué)方法已不能滿足現(xiàn)代教學(xué)的需要.要想改變這種單一的教學(xué)模式, 就要從學(xué)生現(xiàn)有的知識、能力水平出發(fā),采用講授、講座、討論、寫小論文等多種教學(xué)形式和方法.充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展所帶來的諸多便利條件，采用多媒體輔助教學(xué), 把從各種媒體收集到的圖片、視頻等相關(guān)內(nèi)容較為直觀地展示給學(xué)生;充分利用網(wǎng)絡(luò)帶來的教學(xué)信息傳遞條件,鼓勵學(xué)生上網(wǎng)查詢資料，接納新信息[6].比如：在講到暗物質(zhì)相關(guān)內(nèi)容時，筆者把暗物質(zhì)探測作為一個小課題布置給學(xué)生，讓他們查詢目前的研究方法和進展.學(xué)生們通過查詢得知：2015年12月16日，中國首顆空間科學(xué)衛(wèi)星“悟空”進入太空探尋暗物質(zhì)粒子.除此之外，中國首個也是目前世界巖石覆蓋最深的實驗室 “中國錦屏地下實驗室”也已于2010年12月12日投入使用.國際上,大型強子對撞機(LHC)也為暗物質(zhì)的產(chǎn)生和研究提供了實驗基礎(chǔ)和驗證場所.學(xué)生們通過自己調(diào)研不僅了解了相關(guān)科技的最新發(fā)展，獲取課堂上得不到的知識，而且認識到今后幾年將是加速器實驗和宇宙學(xué)暗物質(zhì)實驗進一步加速發(fā)展的關(guān)鍵時刻，激發(fā)了物理學(xué)習(xí)的興趣.

2.2.2引進探究性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)自主分析能力

區(qū)別于“填鴨式”教學(xué)，“探究式”學(xué)習(xí),注重學(xué)生獨立思考能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng).作為一種精心設(shè)計的教學(xué)活動, 探究性教學(xué)要求學(xué)生在學(xué)習(xí)基本知識的同時,通過自主探究來分析問題、解決問題,以獲得更多的知識.探究性學(xué)習(xí)注重探究的過程, 又注重探究的結(jié)果,同時還提倡學(xué)生之間的合作交流.在近代物理教學(xué)中引進探究性學(xué)習(xí)的目的在于： 一方面是讓學(xué)生通過探究性學(xué)習(xí)有效地掌握科學(xué)知識和科學(xué)方法,獲得自己感興趣的知識, 看到了客觀物質(zhì)世界的豐富多彩, 領(lǐng)略到了物理學(xué)的博大精深.另一方面是讓學(xué)生成為真正的學(xué)習(xí)主體，在提出問題、分析問題、解決問題中,發(fā)現(xiàn)自己的學(xué)習(xí)潛能, 體驗到自主探究、合作探究的樂趣, 感受到探究性學(xué)習(xí)的魅力[6].

2.3加強近代物理實驗，提高動手能力

實驗教學(xué)有益于培養(yǎng)學(xué)生的洞察能力、動手能力和實驗創(chuàng)新能力.循規(guī)蹈矩難以有新的發(fā)現(xiàn)，無數(shù)次的實驗促成了科學(xué)發(fā)展史中的諸多偉大創(chuàng)新，物理實驗教學(xué)是創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的一個重要環(huán)節(jié).但是，與發(fā)達國家相比，實驗教學(xué)仍是我國高校物理教學(xué)過程較為薄弱的環(huán)節(jié).究其原因，主要因為：1.實驗經(jīng)費和設(shè)備緊張，近代物理實驗課時開設(shè)不足或者只開一些設(shè)備相對簡易的實驗課；2.實驗思想較為保守，尤其是怕?lián)p壞儀器，這嚴重束縛了學(xué)生的創(chuàng)新思維，影響了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng).為此我們應(yīng)學(xué)習(xí)科技發(fā)達國家一流大學(xué)的實驗經(jīng)驗，建立開放性實驗室.從實驗時間、實驗空間、實驗內(nèi)容等多個方面，全方位、多層次、寬口徑地保障物理實驗課的順利開展，鼓勵學(xué)生進行實驗思想的創(chuàng)新，多進行一些小發(fā)明和小創(chuàng)造，從而改變學(xué)生在實驗過程中的被動地位，真正提高物理實驗教學(xué)的質(zhì)量[7].

2.4加強教師進修，科研教學(xué)互相促進

現(xiàn)代教學(xué)對物理教師提出了更高的要求，專業(yè)知識的掌握、教學(xué)理念的選擇、教學(xué)方法的運用等，這些都是教師是否能夠勝任近代物理教學(xué)的重要因素.為此，教師必須從提高自身的多方面綜合素質(zhì)著手，通過進修學(xué)習(xí),不斷更新自己的知識儲備,優(yōu)化自身的知識結(jié)構(gòu).關(guān)注學(xué)科發(fā)展中的一些熱點、難點、前沿問題,只有這樣, 才能使自己的教學(xué)真正做到與時俱進.另外，對于教師和實驗技術(shù)人員還應(yīng)努力提高自己的科研水平，增進科研與教學(xué)的結(jié)合，使物理實驗教學(xué)既出成果,又出人才，這一點在高校物理實驗教學(xué)中的表現(xiàn)尤為突出.科研中教師對學(xué)生的鼓勵，不僅有利于學(xué)生更好地理解物理概念和規(guī)律,開闊視野, 拓寬知識面,了解學(xué)科前沿；同時也有助于培養(yǎng)學(xué)生的科研能力，激發(fā)教師的科研活力[7-8].

2.5加強實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)探索精神

實踐環(huán)節(jié)是學(xué)生將夢想變?yōu)楝F(xiàn)實的實驗平臺，是書本理論知識的輸入轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實成果輸出的一個必備環(huán)節(jié).為此，在近代物理教學(xué)中，應(yīng)通過近代物理實驗、畢業(yè)設(shè)計、課題參與等措施,使學(xué)生明白完整的學(xué)習(xí)過程.對研究課題的選擇、實驗構(gòu)思的設(shè)計、理論創(chuàng)想的提出、科學(xué)技術(shù)的發(fā)明等一系列問題有一個清晰的認識.鼓勵學(xué)生全員參與，并給予必要的實驗條件和物質(zhì)保障, 使學(xué)生親身感受發(fā)明創(chuàng)造中的曲折與樂趣, 從而達到提高學(xué)生創(chuàng)新能力的目的.此外，在實踐過程中加強科研論文的寫作訓(xùn)練, 是培養(yǎng)學(xué)生探索精神的一種有效途徑.為了訓(xùn)練學(xué)生理論結(jié)合實踐的能力，教師可在專題性的實踐操作結(jié)束后，指導(dǎo)學(xué)生分階段地將一些實驗報告用小論文的形式來完成,等到學(xué)期課程結(jié)束時，學(xué)生可在若干小論文的基礎(chǔ)上進行分析整理，待編輯好科技論文后, 鼓勵學(xué)生向外投稿[7].

3近代物理學(xué)實施創(chuàng)新教育培養(yǎng)的收獲和成果

3.1開闊了學(xué)生的眼界、激發(fā)了物理學(xué)習(xí)的興趣

通過諸多近代物理、近代技術(shù)的深入講解，學(xué)生不僅開闊了眼界，認識到了物理學(xué)發(fā)展的日新月異，了解到近代物理學(xué)是一門充滿生機的科學(xué)；同時還激發(fā)了學(xué)習(xí)物理的興趣, 提高了他們的求知欲望，使他們認識到了物理學(xué)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的基礎(chǔ)地位、領(lǐng)先地位，了解到物理課的學(xué)習(xí)，絕不能僅停留在書面知識的機械化掌握，而應(yīng)緊密地聯(lián)系與應(yīng)用到我們?nèi)粘Ｉ钪械姆椒矫婷鎇3,6].

3.2培養(yǎng)創(chuàng)新的自信心、服務(wù)于社會對創(chuàng)新人才的需求

鼓勵學(xué)生加入到老師的物理課題團隊，以培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、探索精神、創(chuàng)造精神和科學(xué)素質(zhì)為立足點,在實踐中啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和物理興趣,同時由于學(xué)生參加的課題，都是學(xué)生自由自愿選擇的方向，這對于真正找到自己的物理興趣所在，考上理想的研究生，甚至今后的就業(yè)方向都至關(guān)重要.近年來，我校物理專業(yè)的畢業(yè)生正是由于有創(chuàng)新能力而受到用人單位的信賴.

由此可見，近代物理課在培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力、推進素質(zhì)教育方面具有不可替代的作用.因此我們要積極投身到創(chuàng)新教育的大潮中，不僅要把近代物理課上好，更要為我國創(chuàng)新教育的發(fā)展貢獻自己的力量.

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Study on Methodologies of Innovation Education in Modern Physics

WU Jinghe

(Colledge of Physics and Electronics Engineering, Henan Institute of Education, Zhengzhou 450046, China)

Abstract:Modern physics is an excellent discipline holds accumulative essences of ideas and abilities of innovation and contributed by numerous extraordinary scientists for generations, in which lots of cases are the perfect examples that give proper guidance and cultivation of students’ creative thinking and abilities. Focus on how to appropriately associate typical figures and cases with corresponding knowledge impartation during the process of practical teaching, and therefore purposely develop students’ innovative thoughts and capabilities, making some tentative explorations both theoretically and practically.

Key words:modern physics; creative education; physical research methods

收稿日期：2016-01-08

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(11502071)；河南省科技廳重點科技攻關(guān)項目(152102210307)

作者簡介：吳旌賀(1977—)，男，河南商丘人，河南教育學(xué)院物理系副教授，理學(xué)博士，主要研究方向:理論物理.

doi：10.3969/j.issn.1007-0834.2016.02.017

中圖分類號：G642.0

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1007-0834(2016)02-0070-03