芮云軍 楊迎

[摘 要] 在大學(xué)物理實驗教學(xué)中，部分學(xué)生表達(dá)出希望繼續(xù)深入實驗研究的愿望，為此開設(shè)了《大學(xué)物理實驗拓展》選修課進(jìn)行教學(xué)。該課程的開設(shè)對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新實踐能力起到了積極的作用，同時教師在指導(dǎo)過程中，也提升了自己的教學(xué)水平和解決實際問題的能力?？梢哉f真正實現(xiàn)了師生的“教學(xué)相長”，值得借鑒。

[關(guān)鍵詞] 大學(xué)物理實驗;拓展;創(chuàng)新實踐;教學(xué)相長

[基金項目] 南京工業(yè)大學(xué)教學(xué)改革項目（2019JXGG2011）;江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃重點（國家級）項目（20181029108X）

[作者簡介] 芮云軍（1977—），男，江蘇丹陽人，博士，副教授，主要從事大學(xué)物理實驗教學(xué)研究;楊 迎（1987—），男，湖北隨州人，講師，博士，主要從事光學(xué)工程教學(xué)與實驗研究。

[中圖分類號] G642 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）43-0265-02 ? ?[收稿日期] 2020-03-25

物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，對理工科學(xué)生來講，扎實的實驗?zāi)芰蛯嵺`探究能力是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要方面，而《大學(xué)物理實驗》課程可以承載培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的功能。但是現(xiàn)行大學(xué)物理實驗課的內(nèi)容，特別是經(jīng)典實驗，大都是驗證性的。強(qiáng)調(diào)動手能力的培養(yǎng)，忽視創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。實驗課體系按學(xué)科分類，忽視各學(xué)科間的滲透和交融，已不適應(yīng)時代發(fā)展的需要[1]。

另外，工科學(xué)生的物理實驗課時明顯偏少，學(xué)生只能進(jìn)行一些基礎(chǔ)性實驗的學(xué)習(xí)與操作，主要是進(jìn)行基本理論、基本方法、基本技能的“三基”系統(tǒng)訓(xùn)練?？梢哉f，學(xué)生的創(chuàng)新意識剛剛被有所啟發(fā)，就“戛然而止”，非常不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。所以我們通過對《大學(xué)物理實驗拓展》課程的建設(shè)，積極進(jìn)行物理實驗教學(xué)模式的研究與實踐，使學(xué)生對物理實驗的興趣延續(xù)，更加勇于提出實驗過程甚至生活中的物理問題，積極思考，培養(yǎng)創(chuàng)新意識與創(chuàng)新實踐能力;同時教師作為指導(dǎo)者，也要不斷學(xué)習(xí)，提高理論和業(yè)務(wù)水平，解決實際問題，實現(xiàn)師生之間的“教學(xué)相長”。

一、大學(xué)物理實驗課程改革的發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)的一些高校已經(jīng)進(jìn)行了積極的教學(xué)改革并且取得了不小的成果。復(fù)旦大學(xué)的呂景林教授等人以演示實驗作為切入點，開創(chuàng)了新的實驗教學(xué)模式[2]。通過“物理演示實驗拓展”“基礎(chǔ)物理建?！钡日n程，搭建學(xué)生的創(chuàng)新實踐平臺，培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力和創(chuàng)新思維的品質(zhì)。華東師范大學(xué)的尹亞玲教授等人采用“問題教學(xué)”作為教師教學(xué)的主要形式，調(diào)動學(xué)生提問的興趣[3]。結(jié)合科學(xué)論文和課外探究，實現(xiàn)對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和探究學(xué)習(xí)能力的最大激發(fā)。

對于國外高校，其物理實驗教學(xué)的目標(biāo)就是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，運用科學(xué)方法論解決理論及實踐中問題的能力[4，5]。俄亥俄州立大學(xué)和密西西比州立大學(xué)的基礎(chǔ)物理實驗教材中，開設(shè)“課外實驗（home work）”“小項目研究性實驗（short project）”，例如制作一個無線電發(fā)射裝置，一個直流電機(jī)或可變電壓電源。馬里蘭大學(xué)的科學(xué)教育中心曾編寫過一本有關(guān)“自制儀器”的書籍，從簡易天平到電流表等75種儀器的自制方法都作了詳細(xì)的介紹，指導(dǎo)學(xué)生自主探索和研究。

二、《大學(xué)物理實驗拓展》選修課建設(shè)

培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力，除了教師教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變和教學(xué)內(nèi)容的更新外，還必須提供給學(xué)生探索和實踐的自由空間，給學(xué)生提供創(chuàng)新的舞臺。下面談?wù)勎覀兊慕虒W(xué)經(jīng)驗。

1.搭建實驗創(chuàng)新平臺

學(xué)生的“奇思妙想”能夠變成現(xiàn)實，依賴于大學(xué)物理實驗創(chuàng)新平臺的建設(shè)。學(xué)院物理實驗教學(xué)中心專門開辟出兩間大教室進(jìn)行拓展實驗。在拓展實驗室里有各種實驗工具，如電表、導(dǎo)線、螺絲刀、鉗子、電焊機(jī)、老虎鉗等。教室里配有黑板，投影儀，可以定期開展小組討論和創(chuàng)新實驗講解。其次，借助于信息技術(shù)，建立虛擬儀器實驗平臺，對于難以觀察的，復(fù)雜的實驗進(jìn)行模擬和數(shù)值計算，使之成為拓展實驗的補充。

另外，將學(xué)生歷年來在省、市各類物理實驗、光電設(shè)計競賽中的案例，編寫成冊，供學(xué)生查閱。同時，這些競賽作品也陳列在教室里，成為看得見、摸得著的“奇思妙想”的導(dǎo)火線，引領(lǐng)學(xué)生不斷開拓創(chuàng)新。比如，同學(xué)通過往屆競賽作品，“邁克爾遜干涉儀測量透明物體折射率”之后，設(shè)計出了能夠使物體的光程差發(fā)生連續(xù)變化，高精度測量的旋轉(zhuǎn)平臺，撰寫了科技論文且申請了專利[6]?？梢?，創(chuàng)新實驗平臺的建立，極大地激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)作熱情和實踐能力。學(xué)生的創(chuàng)新實驗方案正是在這里得到了有效實施。

2.教師創(chuàng)新團(tuán)隊建設(shè)

需要指出的是，“激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)創(chuàng)新能力”在很大程度上需要指導(dǎo)教師的因材施教，與教師自身創(chuàng)新能力的提升。清華大學(xué)物理系在培養(yǎng)國家乃至全世界一流物理學(xué)人才和各行各業(yè)棟梁方面，進(jìn)行了長期的研究和實踐[7]。提出了“廣攬名師、營造環(huán)境，因材施教、自由發(fā)展，體驗探究、發(fā)掘興趣”的人才培養(yǎng)模式。

我院在《大學(xué)物理實驗拓展》選修課的教學(xué)上，將一線骨干教師組建教師團(tuán)隊。成員中大部分從事大學(xué)物理理論教學(xué)和實驗教學(xué)已經(jīng)接近20年，經(jīng)驗豐富。很多教師還同時承擔(dān)自然科學(xué)的研究項目，對于激發(fā)學(xué)生興趣，探索未知世界有著自己獨到的見解;對文獻(xiàn)的收集，調(diào)研，項目的完成，進(jìn)度的規(guī)劃和相關(guān)論文的撰寫，也有著豐富的經(jīng)驗。重要的是，教師團(tuán)隊采用“共同備課，定期研討”的形式，不斷開發(fā)新實驗，推陳出新。

例如在靜態(tài)法測量金屬絲楊氏模量的實驗改造中，有老師設(shè)計出利用光電池輸出電流的大小來計算金屬絲的伸長量。因為光電流與光照強(qiáng)度成線性關(guān)系，金屬絲的伸長，導(dǎo)致與之相連的擋板發(fā)生移動，從而光照強(qiáng)度線性變化。將經(jīng)典物理實驗與光電技術(shù)聯(lián)系起來，將先進(jìn)科技成果應(yīng)用到教學(xué)實驗中，擴(kuò)大了學(xué)生和教師的知識面。

3.學(xué)生創(chuàng)新團(tuán)隊的建設(shè)

《大學(xué)物理實驗拓展》選修課中，科技作品的完成者是學(xué)生，所以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，組建學(xué)生創(chuàng)新團(tuán)隊非常關(guān)鍵。我們首先以“專業(yè)混搭”進(jìn)行學(xué)生組合，這利于實驗內(nèi)容的創(chuàng)新，更有利于思維創(chuàng)新。不同專業(yè)學(xué)生，對器件的應(yīng)用有不同的理解，采用的方法也不同，所以在相互交流過程中，容易激發(fā)創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的實踐能力。

例如，在分光計測量三棱鏡頂角的實驗中，很多同學(xué)對“三個綠十字像”產(chǎn)生了好奇。物理專業(yè)的學(xué)生考慮畫出光路圖解釋上述原因，而機(jī)械工程專業(yè)的學(xué)生則利用“三個綠十字像”的相對位置測量，“定量”計算出三棱鏡三個角的具體度數(shù)[8]。所以不同專業(yè)學(xué)生的組合有利于取長補短，思維創(chuàng)新，使合作更高效。另外，以“新老結(jié)合”的形式，在每個課題小組中，安排一名高年級同學(xué)，讓其參與實驗研究。

三、總結(jié)

建設(shè)一門新課程，不但需要教師課前做好充分準(zhǔn)備，也需要學(xué)生的積極參與。我們從這幾年開設(shè)《大學(xué)物理實驗拓展》選修課的實踐表明，實驗創(chuàng)新平臺、教師團(tuán)隊、學(xué)生團(tuán)隊的建設(shè)同等重要，而在科技制作的過程中，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新實踐能力，同時要求教師做好表率，提升教學(xué)水平和科研能力。實現(xiàn)師生“教學(xué)相長”。

參考文獻(xiàn)

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[3]尹亞玲，王博文，柴志方，等.混合教學(xué)模式在大學(xué)物理實驗課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].物理實驗，2017（31）：41-47.

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[6]蔣呼瀟，陳博文，芮云軍.一種測量液體折射率的角度旋轉(zhuǎn)裝置[P].中國：201921862588.6.

[7]王亞愚.清華物理系本科人才培養(yǎng)理念與實踐[J].物理與工程，2018（28）：3-4.

[8]芮云軍，徐駿，夏友為，等.一種快速測定三棱鏡頂角的方法[J].時代教育，2011（12）：1-3.