劉海霞 蓋磊 趙培剛

(中國海洋大學信息科學與工程學院 山東 青島 266100)

作為國家創(chuàng)新體系中不可缺少的、重要的組成部分，高等院校肩負著專業(yè)人才與創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重任.創(chuàng)新人才的培養(yǎng)既是時代的要求，也是永恒的主題.所以，在大學教育中應以人為本，以培養(yǎng)學生實際應用動手能力為核心，注重提高學生綜合素質，激發(fā)學生的創(chuàng)新潛能和創(chuàng)新思維，為學生提供自主探索的、多方位的、綜合的實踐機會，將創(chuàng)新意識轉化為創(chuàng)新實踐.

為了加強高等院校人才培養(yǎng)過程中實驗教學的作用，改變學生實踐動手能力不強的現(xiàn)狀，進一步改變單一的、傳統(tǒng)的灌輸式教學方法，我們進行了創(chuàng)新性近代物理實驗研究并在實驗教學中予以實施.目的就在于探索和推廣研究性學習和個性化培養(yǎng)的教學方式，真正體現(xiàn)以學生為主體，教師為主導的創(chuàng)新性實驗教學模式，激發(fā)學生的主觀能動性、積極性和創(chuàng)造性，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識， 形成良好的創(chuàng)新教育氛圍.創(chuàng)新實驗注重培養(yǎng)學生的科學思維、探究精神、實踐能力和創(chuàng)新能力，促進學生自主學習、合作研究性學習，進而促進高等教育教學改革，使得教學質量得到進一步提高[1].

1 近代物理創(chuàng)新性實驗內容及選題思路[2,3]

近代物理創(chuàng)新實驗教學的目的是搭建一個平臺，以便能夠發(fā)揮和展現(xiàn)學生創(chuàng)新實踐能力.因此 實驗內容的確定必須遵循難易適度，科學性、實踐性、可行性要強，選題層次要高于課堂教學，但是不能過高追求難度.本科生是創(chuàng)新培養(yǎng)的起步階段，應立足于學科知識綜合運用，學生自主選擇、自主設計的原則.

1.1 近代物理創(chuàng)新性實驗全面開放

創(chuàng)造力是每個大學生都有的一種潛質，而創(chuàng)新是每一個大學生都應具備的重要能力之一.因此，創(chuàng)新性近代物理實驗對全體選課的學生完全開放.

(1)創(chuàng)新性實驗面向所有學生開放，不設置學業(yè)門檻，鼓勵和提倡全體選課學生集思廣益，充分發(fā)揮學生的主動性、積極性、探究性和創(chuàng)造性，找尋、選取和確定創(chuàng)新性實驗.

(2)實驗設備、實驗房間、實驗時間完全開放.對于每一個選定的創(chuàng)新實驗，除了安排固定課時外，教學周的每個工作日都可以提前與教師預約，以獲得實驗時間.同時實驗室內的所有儀器都可以選擇和使用.如果要使用本院系其他實驗室的儀器、設備和場地，教師可以負責聯(lián)系協(xié)調和借用.

1.2 創(chuàng)新性實驗選題及設計思路

創(chuàng)新性實驗選題既要考慮學生原有的認知水平和專業(yè)特點，又要考慮實際教學過程中的可操作性.

創(chuàng)新性實驗內容的選取應從多方位、多角度、多層次、多類別、形式多樣化方面考慮.同時還要具備一定的新穎性、實用性、探索性、綜合性以及實驗原理和實驗方法的多樣性，以近代物理為立足點，輻射其他學科.既可以是以本課程為依托，尋找出與科研、工程、生活和社會應用實際緊密聯(lián)系的實驗內容，也可以是學生進行必做和選作實驗過程中發(fā)現(xiàn)的一些現(xiàn)象和問題作進一步探索和研究的內容，以及使用計算機編程進行數(shù)值計算和模擬的實驗等， 甚至還可以寫出實驗原理和實驗技術方面的綜述作為創(chuàng)新內容.創(chuàng)新實驗完成后要以科技論文格式撰寫出實驗研究報告或研究論文.

2 創(chuàng)新性實驗教學的方法和策略 [4～7]

創(chuàng)新性近代物理實驗最大的難點在于創(chuàng)新性實驗的來源、選擇和確定.創(chuàng)新性近代物理實驗選題要經過仔細的篩選、對比和設計，既要有新穎性，還要有新現(xiàn)象、新內容.與此同時還要考慮到學生所具備的專業(yè)認知水平和實驗技能，盡可能讓他們在比較熟悉的專業(yè)基礎理論或實驗技術知識方面做延伸、拓展和遷移.既要做到與本專業(yè)課程相關聯(lián)，還要有一定的深度和廣度.因此，我們在近代物理實驗教學中采取了以下方法.

2.1 提出完成一個創(chuàng)新實驗的要求

在近代物理實驗開課初期，就對學生提出完成一個創(chuàng)新實驗的要求，同時把創(chuàng)新性實驗選題思路及要求告知學生.通過實驗討論課，把在現(xiàn)代科學技術、社會生產及生活實際中與近代物理實驗中實驗原理和實驗技術的相關應用作為實例進行介紹.另外特別重點強調： 教師不提供任何具體的實驗選題，只起到引導、建議、指導和把關的作用；創(chuàng)新性實驗全部由學生自主選題、獨立設計、獨立完成.真正體現(xiàn)問題式和課題式教學.另外創(chuàng)新實驗操作是在學生完成必做和大部分選做實驗后，開始著手進行.

2.2 創(chuàng)新實驗選題的引導和建議

為使學生能夠較快地找到創(chuàng)新實驗開展的切入點，我們主要進行了下面的引導和建議[8].

首先,接觸和閱讀科研文獻，我們提供大量的與近代物理實驗原理或實驗技術有關的科研、工程或生活實際應用方面的科研論文資料供學生閱讀，選取的論文資料主要包含了一些著名的物理實驗產生的背景以及在現(xiàn)代物理學發(fā)展史中所產生的作用和 影響，還包含了在現(xiàn)代科學研究、生產工程、技術及生活的實際應用等方面內容.另外也提供了如維普( www．cqvip．com)、中國期刊全文數(shù)據(jù)庫( www．cnki．net) 、萬方數(shù)據(jù)庫( www． wanfangdata．com．cn)等一些專業(yè)網(wǎng)站，供學生對相關論文資料進行更廣泛的查閱和參考.

除此之外,還要求學生就感興趣的問題利用網(wǎng)絡資源更廣泛的、進一步查閱資料，以便開闊學生視野，拓展學生思路，幫助學生選擇和擬定出題目，建議學生可在以下方面選題:

首選與科研、工程、社會和生活實際應用緊密關聯(lián)的創(chuàng)新性實驗.

其次,通過計算機編程進行數(shù)值計算或仿真等模擬物理原理和現(xiàn)象的題目.

第三,進行選做和必做實驗過程中，留意學生出現(xiàn)的問題，推薦給學生相關的研究資料，引導學生進行深入研究和探索，尋找原因和答案.

學生也可以通過廣泛、大量閱讀，篩選、歸納、總結后，撰寫綜述性論文.

2.3 相動式教學及把關

創(chuàng)新性實驗必須把學生定位為主體角色，讓學生真正感受到自己在自主設計和創(chuàng)新實驗中的主人公作用，而教師轉變?yōu)榘殃P、引領、建議和督導的角色.充分激發(fā)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，發(fā)揮學生的主動性、積極性和創(chuàng)造性，使學生逐漸掌握發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、分析問題、解決問題的方法， 從而提高其創(chuàng)新實踐能力[9].

學生通過查詢閱讀資料后，經過思考、篩選、對比，自己構思和制訂實驗方案，草擬出實驗目的，寫明實驗原理、采用的實驗方法、所需的實驗設備、測試用的樣品材料和所要獲得的數(shù)據(jù)結果.然后與教師進行充分討論和交流，教師就設計思想的合理性、實驗條件及技術可行性全面考慮，根據(jù)實驗室所具備的軟、硬件條件，指導學生修改和完善，制定出合理可行的實驗方案.

學生通過進一步修改和完善自己的實驗設計方案后，可到實驗室做實驗，獨立自主完成自擬的項目.在完成實驗的過程中，遇到無法解決的問題，及時聯(lián)系指導教師，通過討論和溝通，獲得合理的解決方案.學生完成獲得全部實驗數(shù)據(jù)后，要自己進行數(shù)據(jù)處理，并按照規(guī)范的科技論文格式撰寫出實驗報告.

3 我們的嘗試及創(chuàng)新內容舉例

近代物理實驗課教學按照必做實驗、選做實驗、創(chuàng)新性實驗三層次教學模式進行教學.學生完成必做實驗、選做實驗的同時，必須開始查閱論文資料，尋找創(chuàng)新實驗的入手點.常規(guī)下是在完成必做實驗和選做實驗后，創(chuàng)新性實驗進入實際操作階段，創(chuàng)新性實驗動手實驗測試的課時安排一般不超過8～16學時，時間跨度不超過一個月.選擇出的創(chuàng)新實驗主要以本專業(yè)課程為依托，難度適中，采用的樣品材料易于獲得，具備實施條件，大致能在規(guī)定的時間內完成，達到鞏固、加深、擴大學生專業(yè)知識面的目的.

2016年秋季學期，我們對本系2014級物理專業(yè)和光科專業(yè)學生(總計90人)實施了創(chuàng)新設計實驗教學，近70%的學生選擇了創(chuàng)新設計性實驗.

在創(chuàng)新性實驗選題的過程中，學生充分發(fā)揮了自主設計、自主探索的積極性，完成了許多有實際意義的測試： 如微波測量牛奶的含水量，學生選擇了不同品牌的純牛奶，進行了水分的比較和測定.還有學生測量了不同種光源的色度，如LED光源，普通使用的節(jié)能燈，取得了良好的結果.也有學生對鉛錫組分合金在不同比例下的熔解熱進行研究，得到了與實際情況比較相符的結論.另有學生發(fā)現(xiàn)在光磁共振實驗中出現(xiàn)雙量子及多量子躍遷現(xiàn)象，并進行了探索研究，對光磁共振實驗中雙量子及多量子躍遷的物理機制進行了分析，得到了部分可信的、合理的解釋.另外還有學生利用Matlab和Multisim軟件在混沌實驗中的應用.以經典的洛倫茲( Lorenz)為例，以蔡氏電路為研究對象，通過選擇和改變數(shù)值參數(shù)， 觀察混沌現(xiàn)象產生的條件，混沌現(xiàn)象由量變到質變的演化過程，觀察混沌吸引子的不同狀態(tài)，從而加深理解混沌狀態(tài)改變的基本規(guī)律.還有一組學生自己尋找選擇了對耦合節(jié)拍器的同步現(xiàn)象進行了較全面的研究.其他學生也通過閱讀大量文獻資料，寫出了不同題目的綜述型科技論文，如核磁共振原理及應用， 介紹了核磁共振的發(fā)展歷史和基本原理以及在醫(yī)療診斷方面的應用和未來發(fā)展前景；如對微波檢測含水量技術方面寫出了綜述型論文，闡述了微波測量物料水分的基本原理和實驗裝置，介紹了國內發(fā)展現(xiàn)狀及應用.選修近代物理實驗課的學生積極參與，通過多層次，多角度、多方面、多種類型，選擇創(chuàng)新性實驗內容.學生還選擇了其他一些題目，在此不一一列舉.

在創(chuàng)新實驗完成的過程中，盡管有些操作不夠嚴謹，獲得的數(shù)據(jù)分布不盡合理和準確，但在創(chuàng)新實驗的完成中， 我們更加注重學生在研究和探索過程中的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，強調知識的遷移、重構與實際應用.允許實驗不成功，重在參與.

4 創(chuàng)新性近代物理實驗所產生的教學效果

學生在掌握了原有知識體系的基礎上，通過廣泛的查詢和閱讀科技論文，大大開闊了視野和思路，通過自主選擇和設計，發(fā)掘創(chuàng)新實驗，是真正意義上的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的體現(xiàn).

4.1 充分激發(fā)學生自主學習的積極性 拓展了知識面

(1)在教學過程中對學生采用了課題式和問題式教學.首先我們選取了較為豐富的、與本專業(yè)實驗密切相關的科技實驗論文資料供學生閱讀.通過廣泛的閱讀科研論文，使學生能夠快速積累和擴大知識面，讓學生對本專業(yè)的發(fā)展史及應用現(xiàn)狀和前沿動態(tài)有比較深入的了解，提高了個人科研素質.通過查詢資料開闊視野，拓寬知識面，讓學生尋找到感興趣的熱點，并充分了解當前熱點， 把專業(yè)知識與實際應用相結合，培養(yǎng)了學生的自主學習能力、實踐能力和創(chuàng)新能力.

(2)在創(chuàng)新性設計實驗中，不設門檻，不限實驗選題范圍，真正做到讓學生自主選題，自主設計.減小了選題的局限性，從而讓學生獲得較大的選擇權和自由度.為學生充分發(fā)揮創(chuàng)新思維和實踐能力提供較大的空間，激發(fā)學生的學習興趣和主動性.

(3)實驗時間和實驗室完全開放，為學生提供彈性的實驗時間和實驗空間，學生能夠根據(jù)自己的時間靈活安排實驗，既可避免使用實驗儀器設備可能產生的“撞車”現(xiàn)象，也為有興趣深入探索研究的學生提供了更多的機會，從而獲得了較好的實驗教學效果，進一步提高了實驗教學質量.

4.2 提高學生的實踐能力和創(chuàng)新能力

創(chuàng)新性近代物理實驗的選題和設計，是模擬和預演科學實驗或科學研究的過程.創(chuàng)新性實驗的實施，首先，使學生了解實驗或科研的一般程序.其次，對大量相關的文獻資料進行瀏覽和閱讀，對不同的實驗原理、實驗方法、實驗儀器、實驗過程等進行對比與研究，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識.第三，可以充分調動學生自主學習的積極性，激發(fā)學生學習和鉆研科學的興趣.第四，創(chuàng)新性近代物理實驗，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，更有利于培養(yǎng)學生獨立思考問題、獨立分析問題以及綜合運用知識去解決問題的能力[10].

4.3 促進了教與學的相互提高

在創(chuàng)新設計研究性實驗中，學生選題后與教師進行充分討論和交流， 教師就設計思想的合理性、實驗條件及技術可行性與學生溝通分析并提出問題，根據(jù)實驗室所具備的軟、硬件條件，指導學生修改和完善，制定出合理可行的實驗方案.

學生花費了更多的時間去思考問題和探究實驗，因此提出了很多具有一定深度和廣度的問題.其中許多是教師也不甚了解和熟悉，甚至是未曾涉足的學術問題，這就迫使教師也要查找和閱讀更多的文獻資料，通過不斷學習來更新知識，充實自己，這樣才能對學生進行指導.由此在師生之間形成了相互促進、相互激勵，教與學相長的關系.

4.4 獲得了較好的教學效果

創(chuàng)新近代物理實驗是模擬和預演科學研究的過程，獲得了學生的認可，學生對此抱有極大的熱情和強烈的探索研究欲望， 有近70%的學生參加了創(chuàng)新項目.

創(chuàng)新性實驗教學旨在改變學生實踐動手能力不強的現(xiàn)狀，通過實施開放式、個性化的教學，極大地提高了學生的實踐興趣，使教學的目的、內容、方法和模式與學生的需求相吻合，取得更好的教學效果.

5 結束語

創(chuàng)新實驗項目的開發(fā)與實施，彌補了實驗課教學的單一和不足，為學生搭建了自由發(fā)揮和自主實踐的平臺.創(chuàng)新實驗教學模式是真正意義上的以學生為主體的教學模式，同時創(chuàng)新實驗的過程也讓學生懂得了從事科學研究必須具備嚴謹、認真和勇于探索、不怕艱辛的優(yōu)良品質.