吉曉瑞，楊曉紅，孟廣伊，張 嬌，江 翠，李雙美，王為民

(沈陽(yáng)工程學(xué)院 基礎(chǔ)教學(xué)部，遼寧 沈陽(yáng) 110136)

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生提高實(shí)踐和創(chuàng)新能力

吉曉瑞，楊曉紅，孟廣伊，張 嬌，江 翠，李雙美，王為民

(沈陽(yáng)工程學(xué)院 基礎(chǔ)教學(xué)部，遼寧 沈陽(yáng) 110136)

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，首先應(yīng)對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教材的內(nèi)容進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，給學(xué)生呈現(xiàn)一個(gè)清晰的思路，讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有一個(gè)宏觀的認(rèn)識(shí)而非拘泥于細(xì)枝末節(jié)，從而達(dá)到無(wú)需教師提示，學(xué)生能夠獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的程度，學(xué)生會(huì)從心理上得到一種成就感。用改造現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備和真實(shí)的創(chuàng)新競(jìng)賽，啟發(fā)學(xué)生根據(jù)基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)原理大膽進(jìn)行創(chuàng)新。通過(guò)拋出問(wèn)題，給學(xué)生留出充分的想象空間，并且從心理上給予正確評(píng)價(jià)、充分的肯定。

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)；實(shí)踐能力；創(chuàng)新能力

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程是理工類學(xué)生必修的一門基礎(chǔ)課程，是本科生接受系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開(kāi)端。物理實(shí)驗(yàn)課覆蓋面廣，具有豐富的實(shí)驗(yàn)思想、方法、手段，能為學(xué)生提供綜合性很強(qiáng)的基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，它在培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、活躍的創(chuàng)新意識(shí)、理論聯(lián)系實(shí)際和適應(yīng)科技發(fā)展的綜合應(yīng)用能力等方面具有其他實(shí)踐類課程不可替代的作用。許多從事大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教育工作者從諸多方面提出了目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中存在的一些問(wèn)題，如重理論輕實(shí)踐、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)多等[1]。同時(shí)也探討和嘗試了許多途徑來(lái)提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，如：利用趣味實(shí)驗(yàn)引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,增加探索性實(shí)驗(yàn)[2]，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體[3]等。經(jīng)過(guò)多年的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并針對(duì)沈陽(yáng)工程學(xué)院的實(shí)際情況，試探討一下如何從實(shí)驗(yàn)教材的編寫、增長(zhǎng)學(xué)生見(jiàn)識(shí)、學(xué)生心理的把握等方面引導(dǎo)學(xué)生自主提高實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

一、鍛煉學(xué)生通過(guò)思考將知識(shí)轉(zhuǎn)化成技能以解決問(wèn)題

杜威倡導(dǎo)問(wèn)題解決的教學(xué)模式，認(rèn)為大量的實(shí)踐和發(fā)現(xiàn)活動(dòng)都與學(xué)生問(wèn)題解決有關(guān)，他認(rèn)為：一個(gè)人必須有他自己的目的和問(wèn)題，并能自行思考。在教育中，要引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用智慧去探究或探索以解決問(wèn)題，在解決問(wèn)題的過(guò)程中獲得真知[4]。對(duì)于現(xiàn)在的學(xué)生，由于成長(zhǎng)環(huán)境都很優(yōu)越，整個(gè)成長(zhǎng)過(guò)程中也沒(méi)有接觸過(guò)多少生產(chǎn)勞動(dòng)，普遍缺乏動(dòng)手能力，但是，學(xué)生的理論知識(shí)都很強(qiáng)。因此，合理引導(dǎo)學(xué)生的思維，讓學(xué)生在每一步操作當(dāng)中都能獲得成就感，那么他們的自信心就會(huì)逐步增強(qiáng)，他們自然而然地會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生興趣，會(huì)主動(dòng)去探索，并自覺(jué)地將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐當(dāng)中，這樣既能深入了解知識(shí)體系，又能鍛煉能力。那么，如何恰當(dāng)?shù)貙W(xué)生的思維引入到實(shí)驗(yàn)當(dāng)中就成為關(guān)鍵問(wèn)題。

二、注重實(shí)驗(yàn)教材的編寫

實(shí)驗(yàn)教材是指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的參考書，教材內(nèi)容是否具有針對(duì)性直接影響到學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作。物理實(shí)驗(yàn)教材一定是要自己編寫的，不能直接選用已經(jīng)出版的其他實(shí)驗(yàn)教材。已經(jīng)出版的實(shí)驗(yàn)教材所包含的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以及實(shí)驗(yàn)儀器可能與已有的實(shí)驗(yàn)室儀器不完全匹配，如果選這樣的教材，就是對(duì)學(xué)生的不負(fù)責(zé)任。前些年實(shí)驗(yàn)室購(gòu)置了一大批實(shí)驗(yàn)儀器，由于時(shí)間緊任務(wù)重，當(dāng)年教師未能及時(shí)編寫出配套的實(shí)驗(yàn)教材，無(wú)奈選用了一本自認(rèn)為與實(shí)驗(yàn)室設(shè)備相近的教材，結(jié)果當(dāng)年的教學(xué)情況不是很理想，盡管教師對(duì)大部分實(shí)驗(yàn)都事先發(fā)放了補(bǔ)充材料，學(xué)生也做了預(yù)習(xí)，但操作效果還是不盡如人意。第二年，我們自己編寫了實(shí)驗(yàn)教材，教學(xué)效果明顯好轉(zhuǎn)，教師授課輕松，學(xué)生也能順利完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)?？梢?jiàn)合適的實(shí)驗(yàn)教材對(duì)于老師和學(xué)生來(lái)講都是十分必要的。

目前，由于大部分學(xué)生預(yù)習(xí)不夠積極，所以不能要求學(xué)生對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)都上網(wǎng)查資料以及翻閱其他參考書，在這種情況下，實(shí)驗(yàn)教材的內(nèi)容安排就顯得尤為重要。如果知識(shí)交代得面面俱到，會(huì)限制學(xué)生的發(fā)散思維，學(xué)生思維會(huì)出現(xiàn)“固化”；若知識(shí)交代得過(guò)于膚淺空洞，學(xué)生一時(shí)之間不能深刻領(lǐng)悟，又會(huì)覺(jué)得實(shí)驗(yàn)很難，無(wú)法企及，從而失去興趣。所以如何掌握好這個(gè)度是教師應(yīng)不斷探索的重要課題。

教材中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)從開(kāi)篇的實(shí)驗(yàn)背景介紹和實(shí)際應(yīng)用，到最后的結(jié)論得出及拓展思維題目，每一個(gè)環(huán)節(jié)都很重要，類似鏈條一樣，環(huán)環(huán)相扣。學(xué)生從第一節(jié)鏈條依次遞進(jìn)，最理想的狀態(tài)是學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)背景的介紹能夠讓學(xué)生了解為什么做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，能夠解決什么問(wèn)題，在日常生活中實(shí)驗(yàn)原理都可以應(yīng)用在什么領(lǐng)域，是怎么應(yīng)用的。對(duì)于這些問(wèn)題不能吝惜篇幅，一定要詳細(xì)闡述，這也是很好的普及物理學(xué)史的過(guò)程。學(xué)生會(huì)感覺(jué)到這個(gè)實(shí)驗(yàn)做起來(lái)很有意義，所能應(yīng)用的領(lǐng)域距離自己也并不遙遠(yuǎn)，所以會(huì)產(chǎn)生向往的心理。物理實(shí)驗(yàn)?zāi)康木褪菫閷W(xué)生解決問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)要根據(jù)難易程度來(lái)設(shè)計(jì)，要讓學(xué)生通過(guò)努力在要求的時(shí)間內(nèi)能夠完成。當(dāng)學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)后，心里就會(huì)得到一種滿足感，會(huì)對(duì)自己做出充分肯定，從而增強(qiáng)自信心，會(huì)對(duì)下一個(gè)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生渴望。

實(shí)驗(yàn)儀器部分，我們?cè)诹谐鏊鑳x器之后，又附上實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖以及各個(gè)部件的拆分實(shí)物圖，讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器有一個(gè)直觀的了解。而且，適當(dāng)?shù)貙?shí)驗(yàn)儀器、元件的功能、用途和使用方法作以簡(jiǎn)單介紹，會(huì)大大減少學(xué)生在預(yù)習(xí)中所遇到的困難。因?yàn)槲覀儼l(fā)現(xiàn)，由于不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分別被安排在不同的實(shí)驗(yàn)室里，本次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生不可能對(duì)下一個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器有系統(tǒng)的了解，學(xué)生往往會(huì)反饋說(shuō)對(duì)教材所述的儀器名稱及性能等根本不清楚。其實(shí)往往只是個(gè)很簡(jiǎn)單的問(wèn)題，只要看一下實(shí)物馬上就會(huì)懂，就是因?yàn)闆](méi)看到實(shí)物，學(xué)生花了大量的預(yù)習(xí)時(shí)間，效果還不理想。

就實(shí)驗(yàn)室來(lái)講，由于上實(shí)驗(yàn)的學(xué)生較多，實(shí)驗(yàn)課銜接又很緊密，實(shí)驗(yàn)室已無(wú)法滿足所有學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行觀摩的需求。為了避免造成混亂，我們將儀器實(shí)物圖等放在教材中，收到了很好的效果。實(shí)驗(yàn)原理部分也是學(xué)生最撓頭的部分，大部分學(xué)生對(duì)于文字?jǐn)⑹龅脑砟軌蚝芎玫亟邮芎退伎?，但?duì)于一些復(fù)雜的公式推導(dǎo)則會(huì)失去耐心。對(duì)于文字?jǐn)⑹鰞?nèi)容，重在“接地氣”，就是根據(jù)理論課教學(xué)的深淺度做出安排，尤其對(duì)于那些在理論課中未涉及的知識(shí)，一定要在原理當(dāng)中補(bǔ)充，使學(xué)生的思維能夠連貫而不出現(xiàn)知識(shí)的“斷層”。對(duì)于公式的推導(dǎo)部分，則要盡可能做到詳細(xì)，盡量不出現(xiàn)“顯而易見(jiàn)、由此可證”等文字。對(duì)于操作步驟部分，則不必做詳盡的描述。由于實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊呀?jīng)提出，儀器、元件的功能及使用方法也適當(dāng)?shù)亟榻B過(guò)，實(shí)驗(yàn)原理也十分明確了，學(xué)生此時(shí)的任務(wù)就是積極思考、動(dòng)手操作。數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，要求學(xué)生自行對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行不確定度的計(jì)算及修約，因?yàn)榇诉^(guò)程能夠鍛煉學(xué)生對(duì)引起實(shí)驗(yàn)誤差的因素進(jìn)行科學(xué)的分析和評(píng)定，但可以做適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，因?yàn)楫吘箤W(xué)生對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)接觸的比較少。拓展思維題目部分更不能簡(jiǎn)單列出幾個(gè)問(wèn)題草草了事，其實(shí)這部分正是在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新。在此部分，可用真實(shí)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)儀器圖片作為例子，圖文并茂地向?qū)W生說(shuō)明只要肯思考、肯動(dòng)手，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)就在自己身邊。

三、通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的拆卸和組裝開(kāi)拓學(xué)生的眼界

目前，學(xué)生之所以缺乏動(dòng)手能力，一方面是因?yàn)榻處煕](méi)能充分調(diào)動(dòng)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，另一方面是因?yàn)閷W(xué)生沒(méi)有實(shí)踐經(jīng)歷。物理實(shí)驗(yàn)課作為學(xué)生在大學(xué)較早接觸的一門實(shí)踐類課程，應(yīng)極力為學(xué)生“開(kāi)拓眼界”創(chuàng)造機(jī)會(huì)。小到扳手、鉗子、電烙鐵、二極管、三極管、電容器，大到電鋸、電鉆等儀器用具，教師都應(yīng)當(dāng)將它們介紹給學(xué)生。實(shí)驗(yàn)教師都很清楚儀器設(shè)備的使用及工具、標(biāo)準(zhǔn)件的操作，但學(xué)生并沒(méi)有這樣的閱歷，教師應(yīng)當(dāng)在教學(xué)中盡量幫助學(xué)生解決問(wèn)題，以增長(zhǎng)他們的實(shí)踐能力。對(duì)于每一樣實(shí)驗(yàn)儀器，無(wú)論其是否貴重，教師都應(yīng)當(dāng)拿出一套作為樣機(jī)，允許學(xué)生自行拆卸和組裝，以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。物理實(shí)驗(yàn)課并不能僅局限于讓學(xué)生熟練地掌握對(duì)實(shí)驗(yàn)的操作，讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)儀器的拆卸和組裝同樣重要。通過(guò)拆裝過(guò)程，學(xué)生能夠?qū)?shí)驗(yàn)儀器有全方位的了解。

實(shí)驗(yàn)教師肩負(fù)著指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)、培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思維以及自覺(jué)的動(dòng)手能力的重任，因此，教師自身就應(yīng)該具備一定的獨(dú)立思維和動(dòng)手能力。教師對(duì)實(shí)驗(yàn)室所有儀器的內(nèi)部構(gòu)造及工作原理應(yīng)當(dāng)有全面的了解，而不是只懂得實(shí)驗(yàn)操作。對(duì)于學(xué)生在拆卸組裝過(guò)程中遇到的問(wèn)題，師生之間應(yīng)相互溝通，以達(dá)到教學(xué)相長(zhǎng)的效果。學(xué)生提出的問(wèn)題越尖銳，對(duì)老師越是一種考驗(yàn)和激勵(lì)。而學(xué)生也會(huì)感到他與教師討論實(shí)際技術(shù)問(wèn)題已超出了自己的學(xué)習(xí)范圍，內(nèi)心會(huì)獲得一種充實(shí)感和滿足感，這非常有利于學(xué)生創(chuàng)新思維的養(yǎng)成。

四、學(xué)生動(dòng)手維修實(shí)驗(yàn)儀器及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)儀器的制作

實(shí)驗(yàn)室有很多老舊儀器，有的即將報(bào)廢，讓學(xué)生對(duì)這些儀器進(jìn)行改造，使之重新恢復(fù)生機(jī)，可以充分鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)踐能力。物理實(shí)驗(yàn)室原有牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)用的讀數(shù)顯微鏡，大部分儀器物鏡下方的半透半反鏡都已經(jīng)損壞。目前市面上售賣的半透半反鏡規(guī)格和樣式已經(jīng)無(wú)法與老儀器相匹配。教師讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)夾具，經(jīng)過(guò)切割、打磨、改造和安裝，將所有老式儀器更換了新的半透半反鏡，而且非常牢固。邁克耳孫干涉儀的第一級(jí)黑色塑料鼓輪，中心軸與輪之間只靠壓緊摩擦傳動(dòng)，鼓輪很容易滑脫。學(xué)生將中心金屬軸打磨出平面，在塑料鼓輪的中心放置小小的金屬片作為擋板，摒棄了摩擦傳動(dòng)的方式，成功地解決了鼓輪滑脫問(wèn)題，牢固性也非常好。這些工作既鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，同時(shí)也為實(shí)驗(yàn)室節(jié)省了可觀的開(kāi)支。

教材中每個(gè)實(shí)驗(yàn)最后的拓展思維部分對(duì)學(xué)生的啟發(fā)都很大，有很多學(xué)生就是根據(jù)這部分的提示，自行設(shè)計(jì)出不少的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)儀器。如光柵光譜實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)“光柵”非常的感興趣；而超聲波測(cè)聲速實(shí)驗(yàn)，學(xué)生又對(duì)“超聲波”很感興趣。于是，學(xué)生經(jīng)過(guò)查閱資料，設(shè)計(jì)出利用超聲波測(cè)量水的比熱容。原理是提高超聲波的頻率，超聲波在水中傳播時(shí)，水將視為光柵，用鈉光燈經(jīng)凸透鏡聚光，光線經(jīng)過(guò)水槽，在水槽另一側(cè)的屏上將出現(xiàn)衍射條紋，測(cè)出衍射條紋間距，帶入公式即可計(jì)算出水的比熱容。學(xué)生在分光儀的調(diào)整與棱鏡折射率的測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，對(duì)準(zhǔn)直管很感興趣，牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)用讀數(shù)顯微鏡還可以精確讀出水平及豎直移動(dòng)的微小距離，于是，學(xué)生設(shè)計(jì)出微量液體折射率的測(cè)量實(shí)驗(yàn)儀器。實(shí)驗(yàn)原理是光源經(jīng)準(zhǔn)直管匯聚到讀數(shù)顯微鏡，毛細(xì)管中盛放微量液體，將毛細(xì)管放置在光路焦點(diǎn)處，讀數(shù)顯微鏡能夠測(cè)量出光線偏移的數(shù)值，代入公式即可得到液體的折射率。學(xué)生用光纖傳感器測(cè)量金屬絲的楊氏模量、用超聲波定位原理制作出可以語(yǔ)音輸出的盲人導(dǎo)航耳機(jī)、用超聲波定位原理制作出可以繞過(guò)障礙物具有跟蹤功能的行李托運(yùn)小車、用太陽(yáng)能電池板和蓄電池及逆變器等制作出可以收集日光燈等光源的光、可以數(shù)字顯示變壓輸出交直流電的綜合裝置……將往屆學(xué)生改造過(guò)的實(shí)驗(yàn)儀器、學(xué)生制作的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)儀器都擺放到現(xiàn)在的學(xué)生面前，并輔以展板說(shuō)明設(shè)計(jì)的思路及實(shí)驗(yàn)原理。學(xué)生能夠真切地感覺(jué)到創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)儀器的制作離自己并不遙遠(yuǎn)，維修儀器也是完全能夠做到的。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性極大地被調(diào)動(dòng)了起來(lái)。

經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)工作和對(duì)學(xué)生的了解，根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)儀器，我們自行編寫了實(shí)驗(yàn)教材，充分地吸引學(xué)生的注意力，引導(dǎo)學(xué)生的思維，調(diào)動(dòng)他們的實(shí)驗(yàn)積極性。讓學(xué)生根據(jù)教材的提示自主完成實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的心理得到極大的滿足，成就感油然而生，學(xué)生對(duì)接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生渴望。允許學(xué)生將實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行拆裝，將實(shí)驗(yàn)室全部的維修工具、儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)全部展現(xiàn)在學(xué)生面前，學(xué)生增長(zhǎng)了見(jiàn)識(shí)，同時(shí)也提高了動(dòng)手能力。在拆裝儀器過(guò)程中，由于學(xué)生深入了解了儀器結(jié)構(gòu)，從而會(huì)產(chǎn)生許多改進(jìn)儀器的好想法，將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中去設(shè)計(jì)改造儀器。用真實(shí)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)學(xué)生進(jìn)行教育，學(xué)生的參與性提高，自覺(jué)地鍛煉了實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

[1]李明雪.基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)五維一體教學(xué)改革[J].高師理科學(xué)刊,2015,35(3):87-90.

[2]鐘曉燕,田輝勇,王淑珍,等.注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索 [J].科教文匯,2015(314):51-52.

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[5]秦 宏,曲延華,黃 碩.應(yīng)用型本科電子技術(shù)課程工程實(shí)際能力的培養(yǎng)與實(shí)踐[J].沈陽(yáng)工程學(xué)院學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2009(4)：555-557.

(責(zé)任編輯 祁 剛 校對(duì) 伯 靈)

In College Physics Experiment Teaching Process Leading Students to Improve the Practice Ability and Innovation Ability

JI Xiao-rui,YANG Xiao-hong,MENG Guang-yi,ZHANG Jiao,JIANG Cui,LI Shuang-mei,WANG Wei-min

(Department of Basic Teaching，Shenyang Institute of Engineering，Shenyang 110136，China)

We rationally design the contents of the experimental books,present students a clear train of thought,and make the students have a macro understanding rather than in details about the project in order to make students independently accomplish the experiment without teacher′s prompt so that the students can get a sense of psychological accomplishment.With the typical example of renovating the equipment of the existing experiment and real innovation contest experimental apparatus as a starting point,to inspire the students to innovate according to the basic principle of the experiment.By throwing out problems,setting aside sufficient imaginary space to the students can correctly influence students psychologically.

physics experiment teaching;practice ability;innovation ability

2016-11-13

吉曉瑞(1980-)，男，吉林松原人，講師，博士，主要從事納米材料的合成與應(yīng)用研究。

10.13888/j.cnki.jsie(ss).2017.01.025

G642.423

A

1672-9617(2017)01-0122-04