毋志民 ,江 金 ,曾 毅 ,馮 慶

(重慶師范大學(xué),重慶 400047)

創(chuàng)新研究型物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革初探

毋志民 ,江 金 ,曾 毅 ,馮 慶

(重慶師范大學(xué),重慶 400047)

從培養(yǎng)高水平創(chuàng)新型人才的教育目標(biāo)出發(fā),通過(guò)對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容和考評(píng)體系的改革,建立了以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo),分級(jí)、分層次的教學(xué)模式,大量開設(shè)創(chuàng)新研究型物理實(shí)驗(yàn),有效地提高了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

物理實(shí)驗(yàn);創(chuàng)新能力;教學(xué)體系;教學(xué)內(nèi)容;考評(píng)體系

物理學(xué)在人才的科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)中占有重要的地位,而物理學(xué)是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的一門科學(xué),縱觀物理學(xué)的發(fā)展,絕大多數(shù)的物理概念和規(guī)律都是通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)總結(jié)得出,并不斷加以驗(yàn)證的。物理實(shí)驗(yàn)是科學(xué)實(shí)驗(yàn)的先驅(qū),體現(xiàn)了大多數(shù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的共性,在實(shí)驗(yàn)思想、實(shí)驗(yàn)方法以及實(shí)驗(yàn)手段等方面是各學(xué)科實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ),在培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維和創(chuàng)新能力,培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力,特別是與科學(xué)技術(shù)發(fā)展相適應(yīng)的綜合能力等方面起著重要作用[1]。因此,物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅應(yīng)該重視科學(xué)知識(shí)的傳授和技能的訓(xùn)練,讓學(xué)生從感性上理解物理概念、認(rèn)識(shí)物理規(guī)律、獲取物理知識(shí);更應(yīng)該重視對(duì)學(xué)生終身學(xué)習(xí)愿望、科學(xué)探究能力、創(chuàng)新能力和科學(xué)精神的培養(yǎng),培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力,特別是與科學(xué)技術(shù)發(fā)展相適應(yīng)的綜合能力[2-4]。

但是,長(zhǎng)期以來(lái),我國(guó)大部分高校的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本上處于一種封閉的狀態(tài),多年不變的教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容與當(dāng)今飛速發(fā)展的前沿科學(xué)新理論,新技術(shù)嚴(yán)重脫節(jié),陳舊落后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備,因襲多年的傳統(tǒng)教學(xué)模式、方法和手段更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的步伐。原有的物理實(shí)驗(yàn)被人為地分割為基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)與近代物理實(shí)驗(yàn)兩門獨(dú)立課程,其中基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)又被分為力、熱、電、光等各自獨(dú)立部分[5]。物理實(shí)驗(yàn)實(shí)際上只是處于理論教學(xué)的從屬地位,其內(nèi)容往往只是教科書上已有的基本物理規(guī)律、定律的簡(jiǎn)單重復(fù),并且20世紀(jì)后期科學(xué)技術(shù)發(fā)展的巨大成就很少能在基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)中得到反映[6]。因此,學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課越來(lái)越感到枯燥無(wú)味,相當(dāng)嚴(yán)重地阻礙了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性、創(chuàng)造性以及現(xiàn)代科學(xué)思維方法的形成[7-8]。此外,物理實(shí)驗(yàn)課往往是一個(gè)班的學(xué)生或是一部分學(xué)生在同一時(shí)間,用同一種方法,按同一種要求和模式,用相同的儀器做同一個(gè)實(shí)驗(yàn),這種教學(xué)模式使學(xué)生產(chǎn)生嚴(yán)重的依賴心理,不利于提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力,不利于引導(dǎo)學(xué)生突破思維定式的障礙,不利于學(xué)生創(chuàng)新思維方法的形成和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)[9]。

而自主創(chuàng)新能力是國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)的核心,建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家,核心就是把增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力作為發(fā)展科學(xué)技術(shù)的戰(zhàn)略基點(diǎn),推動(dòng)科學(xué)技術(shù)的跨越式發(fā)展,培養(yǎng)高水平創(chuàng)新人才,形成有利于自主創(chuàng)新的體制機(jī)制。重慶師范大學(xué)作為師范類院校,畢業(yè)的學(xué)生在國(guó)家創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)中起著承上啟下的作用。當(dāng)前,學(xué)校與學(xué)院正處于學(xué)分制改革的關(guān)鍵時(shí)期,大力提倡對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),鼓勵(lì)教師結(jié)合自己的科研課題對(duì)學(xué)生進(jìn)行分類指導(dǎo),并出臺(tái)了相應(yīng)的政策予以支持。因此,從面向21世紀(jì)科技發(fā)展和人才科學(xué)素質(zhì)需求的角度來(lái)考慮,物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革,必須建立一種適合當(dāng)代科技發(fā)展、有利于培養(yǎng)具有深厚的基礎(chǔ)知識(shí)的創(chuàng)造性人才的教學(xué)新體系。教學(xué)內(nèi)容應(yīng)反映當(dāng)代教育思想和高科技成果,教學(xué)方法和手段應(yīng)改變過(guò)去的單一模式,建立多級(jí)開放實(shí)驗(yàn)室,滿足不同層次的學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究的需求,大力提高學(xué)生的創(chuàng)新能力,將創(chuàng)新精神融入到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各各環(huán)節(jié)中[4]。

1 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革

采取以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教學(xué)方法和教學(xué)模式,以提高本科生的科學(xué)素養(yǎng)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和科學(xué)精神為教學(xué)目標(biāo),打破傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)按力、熱、電、光進(jìn)行劃分的教學(xué)體系,變孤立實(shí)驗(yàn)為以比較、聯(lián)系、發(fā)展為特征的認(rèn)識(shí)和實(shí)踐過(guò)程,建立物理實(shí)驗(yàn)循序漸進(jìn)的階梯式教學(xué)模式和分級(jí)、分層次教學(xué)體系。以基本實(shí)驗(yàn)儀器的使用、常用物理量及物理參數(shù)的測(cè)量、主要物理測(cè)量方法的訓(xùn)練為主線,以培養(yǎng)素質(zhì)、培養(yǎng)能力、培養(yǎng)創(chuàng)新精神為宗旨,建立分級(jí)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)體系結(jié)構(gòu)[10]。

一級(jí)實(shí)驗(yàn)為預(yù)備性實(shí)驗(yàn),針對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰^差、高中階段做實(shí)驗(yàn)較少的學(xué)生開設(shè),內(nèi)容以中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)為主,主要包括基本測(cè)量方法和數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)知識(shí)。通過(guò)預(yù)備性實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)的基本能力和數(shù)據(jù)處理的基本方法,使學(xué)生養(yǎng)成按操作規(guī)范進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)的良好習(xí)慣。

二級(jí)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)性、提高性實(shí)驗(yàn),內(nèi)容側(cè)重在實(shí)驗(yàn)技巧方法的提高、主要儀器設(shè)備的使用、基本實(shí)驗(yàn)技能和基本知識(shí)等方面的訓(xùn)練。通過(guò)二級(jí)實(shí)驗(yàn),使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、實(shí)驗(yàn)素質(zhì)和分析解決問(wèn)題的能力得到明顯提高。

三級(jí)實(shí)驗(yàn)為綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),內(nèi)容主要為一些力、熱、電、光相互滲透的綜合性提高實(shí)驗(yàn)和只給學(xué)生題目、設(shè)計(jì)要求、提供實(shí)驗(yàn)所需儀器的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),使學(xué)生在自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、解決問(wèn)題的過(guò)程中,充分發(fā)揮自己的聰明才智,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

四級(jí)實(shí)驗(yàn)為近代物理實(shí)驗(yàn),內(nèi)容大多體現(xiàn)物理學(xué)前沿領(lǐng)域的成果和發(fā)展,通過(guò)本課程能把近現(xiàn)代物理領(lǐng)域中的一些重要的實(shí)驗(yàn)、它們的思想方法、研究手段和一些新的應(yīng)用技術(shù)和重要的實(shí)驗(yàn)技術(shù)介紹給學(xué)生,拓寬學(xué)生的知識(shí)面。

五級(jí)實(shí)驗(yàn)為研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn),供學(xué)生選修,鼓勵(lì)教師(包括理論課教師)結(jié)合自己的科研課題開設(shè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,讓學(xué)有余力的學(xué)生以小組申報(bào)的方式參與進(jìn)來(lái),使學(xué)生接受真實(shí)科學(xué)研究環(huán)境和氛圍的熏陶,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)。

通過(guò)循序漸進(jìn)的階梯式教學(xué)模式和分級(jí)、分層次教學(xué)體系,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能解決實(shí)際問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生在正確獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、判斷、歸納與綜合,逐步培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)。

2 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革

物理實(shí)驗(yàn)具有很強(qiáng)的時(shí)代性和社會(huì)性,它必須與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)接軌,才能保證物理實(shí)驗(yàn)永遠(yuǎn)是一門充滿活力、生機(jī)勃勃的課程,才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性與創(chuàng)造性。因此,要對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行篩選和改造,編寫新的物理實(shí)驗(yàn)教材,把物理實(shí)驗(yàn)從原有的輔助教學(xué)、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式中脫離出來(lái),和教師的科研課題相結(jié)合,多開設(shè)創(chuàng)新研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)[10]。

針對(duì)以傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)為主的一、二級(jí)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行推陳出新,一方面有目的、有選擇的淘汰一些內(nèi)容陳舊的實(shí)驗(yàn),另一方面補(bǔ)充開設(shè)一批具有時(shí)代性、前沿性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,采用一些現(xiàn)代的實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法,培養(yǎng)學(xué)生利用通用計(jì)算軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析的能力。激發(fā)學(xué)生的興趣,開闊學(xué)生的視野,提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

在開設(shè)三級(jí)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí),由教師給定基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)題目,給學(xué)生提供選擇的實(shí)驗(yàn)條件,由學(xué)生自己擬定實(shí)驗(yàn)方案,確定實(shí)驗(yàn)條件,選擇實(shí)驗(yàn)參數(shù),并基本獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程。對(duì)同一實(shí)驗(yàn)題目,同一物理量的測(cè)量,在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中,鼓勵(lì)學(xué)生選擇不同的實(shí)驗(yàn)方案,自制實(shí)驗(yàn)工具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)后再組織學(xué)生討論各方案成功或失敗的原因、誤差來(lái)源及減小誤差的方法。通過(guò)這種自由度大,自主力強(qiáng)的實(shí)驗(yàn),能夠有效激發(fā)學(xué)生積極思考、主動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)探索,培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、動(dòng)手能力和思維能力,更以趣味性和探索性在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神方面發(fā)揮獨(dú)特的功能和作用。

近代物理實(shí)驗(yàn)是物理類專業(yè)高年級(jí)學(xué)生開設(shè)的一門重要基礎(chǔ)課程,它內(nèi)容廣泛,綜合性強(qiáng),所涉及的知識(shí)面廣,包含物理、電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科的專業(yè)知識(shí)以及多學(xué)科交叉滲透的領(lǐng)域。因此在開設(shè)近代物理實(shí)驗(yàn)時(shí),注重實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的前沿性和實(shí)用性,在物理系優(yōu)勢(shì)學(xué)科平臺(tái)的基礎(chǔ)上,大量引入對(duì)近代物理學(xué)發(fā)展和現(xiàn)代應(yīng)用技術(shù)有重要影響的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,及時(shí)地把一些前沿科研成果轉(zhuǎn)化成新的物理實(shí)驗(yàn),使學(xué)生能接觸和了解與本學(xué)科相關(guān)的最新進(jìn)展;同時(shí)根據(jù)國(guó)家和地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)人才專業(yè)技能的要求,設(shè)置一系列與實(shí)際生產(chǎn)密切相關(guān)的應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,提高學(xué)生的專業(yè)實(shí)驗(yàn)技能。只有將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與學(xué)科建設(shè)緊密結(jié)合起來(lái),才能使近代物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不斷地發(fā)展和進(jìn)步。

五級(jí)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目針對(duì)學(xué)有余力的同學(xué)開設(shè),由老師結(jié)合自己的科研課題給出實(shí)驗(yàn)題目,為學(xué)生提供足夠的條件,學(xué)生以團(tuán)隊(duì)的形式閱讀文獻(xiàn)資料,選擇自己感興趣的實(shí)驗(yàn)題目,擬定實(shí)驗(yàn)方案,配置實(shí)驗(yàn)設(shè)備,裝作儀器部件或搭建電子線路,測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,最后寫出研究性小論文,進(jìn)行論文答辯,成效分析等。在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題完全由學(xué)生自己解決,教師只是在必要時(shí)間加以適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo),對(duì)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間和最終結(jié)果不做硬性規(guī)定,學(xué)生可以根據(jù)自己的時(shí)間、能力和興趣來(lái)安排,鼓勵(lì)學(xué)生將好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以研究論文的形式發(fā)表。通過(guò)研究型創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),使學(xué)生受到類似于專業(yè)科研人員做科研形式的訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),為學(xué)生以后從事教學(xué)科研工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 物理實(shí)驗(yàn)考評(píng)體系的改革

學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)的考核與評(píng)價(jià)始終是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要環(huán)節(jié),也是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的難點(diǎn)之一?？己说闹饕康氖菣z驗(yàn)教與學(xué)的效果,促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容的完善和教學(xué)方法的改進(jìn),促進(jìn)素質(zhì)教育、創(chuàng)新教育和人才培養(yǎng)。同時(shí),考核制度也是引導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)學(xué)習(xí)方法的有效途徑[7]。因此,通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革,逐步建立了“重平時(shí)、重操作、重能力、重創(chuàng)新”科學(xué)、公正的考核與評(píng)價(jià)機(jī)制,以引導(dǎo)學(xué)生在平時(shí)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程就十分注意自身素質(zhì)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),引導(dǎo)他們由過(guò)去的“學(xué)習(xí)、考試型”向“學(xué)習(xí)、思考、研究、創(chuàng)新”型學(xué)生轉(zhuǎn)變。

根據(jù)分級(jí)、分層次的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,對(duì)三級(jí)及以下的實(shí)驗(yàn)考核主要包括三個(gè)部分:第一部分為平時(shí)考核,以實(shí)驗(yàn)操作技能和實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主,并結(jié)合出勤率和實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)等,本項(xiàng)占總成績(jī)的40%,其中出勤、預(yù)習(xí)占10%。第二部分為操作考核,在期末對(duì)每位同學(xué)隨機(jī)抽查一個(gè)本學(xué)期做過(guò)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行考核,現(xiàn)場(chǎng)完成操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告,本項(xiàng)占總成績(jī)的40%。第三部分為期終閉卷考試,試題均由題庫(kù)抽取,內(nèi)容包括誤差基礎(chǔ)理論、實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)操作思考題等,本項(xiàng)占總成績(jī)的20%。應(yīng)用這一考核形式,充分體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)考試著重實(shí)驗(yàn)操作與理論相結(jié)合的特點(diǎn),并使學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ玫襟w現(xiàn)。

對(duì)三級(jí)以上的物理實(shí)驗(yàn)考核主要由過(guò)程考核、研究性小論文和答辯等成績(jī)組成。過(guò)程考核考查學(xué)生的合作精神、觀察能力、實(shí)驗(yàn)操作能力、交流情況、學(xué)習(xí)態(tài)度以及創(chuàng)新性思維等綜合素質(zhì),本項(xiàng)占總成績(jī)的30%。研究性小論文是根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案的可行性和創(chuàng)新性、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性和小論文的規(guī)范性等要素進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定,本項(xiàng)占總成績(jī)的50%。答辯主要考查學(xué)生的思維能力、應(yīng)變能力和講演能力,本項(xiàng)占總成績(jī)的20%。在考核過(guò)程中重視創(chuàng)新,鼓勵(lì)學(xué)生將自己的研究成果以論文的形式放表,并對(duì)發(fā)表論文的學(xué)生直接給予“優(yōu)秀”的免考成績(jī)。

4 結(jié)束語(yǔ)

物理實(shí)驗(yàn)在人才的創(chuàng)新能力和科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)中占有重要的地位,通過(guò)對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容和考評(píng)體系的改革,建立了以“強(qiáng)化基礎(chǔ)、著重實(shí)踐、追求創(chuàng)新、提高素質(zhì)”為目標(biāo)的新的培養(yǎng)模式,將傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改變成創(chuàng)新研究型實(shí)驗(yàn),有效地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性,不僅能夠使同學(xué)們牢固地掌握所學(xué)內(nèi)容,更能有效的培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)。

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Preliminary Study on Teaching Reform of Innovation and Research Typed Physical Experiment

WU Zhi-min,J IANGJin,ZENG Yi,FENG Qing

(Chongqing Normal University,Chongqing 400047)

Based on cultivating advanced creating talents,through the teaching system,teaching content and evaluation system of the physical experiment reform,the hierarchical teaching model in which students are as key body and teachers as leading role have been constructed.The students’scientific literacy and innovation ability have been improved effectively through opening a large number of innovation research experiments.

physical experiment;innovation ability;teaching system;teaching content;evaluation system

G642

A

1007-2934(2011)03-0095-04

2011-01-25

教育部高等學(xué)校教學(xué)研究項(xiàng)目(WJZW-2010-42-XN);重慶師范大學(xué)教改項(xiàng)目(090008,090010)