通过实验培养学生的创新能力

改革实验教学　培养创新精神

李承跃¹　马　利²

（¹电子科技大学物理电子学院　成都　610054；²成都市大田坎小学　成都　610066）

摘要：探讨大学物理实验教学中存在的问题，提出物理实验教学改革的设想，在物理实验教学中重视培养创新能力、协作精神、理论联系实际、动手能力和工程训练能力的培养。加强学生实践能力和创新能力的培养，将教学与实践创新直接联系在一起，鼓励学生动手和开展创新、创业活动，培养学生实践与创新精神。

关键词：物理实验教学　创新精神　教学改革

创新是一个民族的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。创新也是科学研究的灵魂，是知识经济时代教育工作的核心要求。高等教育的根本任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才，加强实践能力的培养是高等教育改革与发展的趋势。实验教学在培养创新精神中的重要作用已引起人们的普遍关注。

物理学是一门实验科学，大学物理实验是物理学的一门基础实验课，物理的发展与创新无不与物理实验紧密联系着，因此，在物理实验教学中需重视创新精神的培养。

一、物理实验教学存在的问题

物理实验是一门理论和实践紧密联系的基础实验课，课程目的是为了帮助学生深入地理解物理的基本理论和概念；培养学生的动手能力、独立思考能力及探索创新等综合能力。然而从教学现状看，物理实验课的目的并没有完全实现，主要存在着下列问题。

1.1　学生方面存在的问题

学生对实验的目的不明确，因而导致相当多学生对实验预习、实验报告采取应付态度，实验过程中“偷工减料”，拼凑数据，抄袭结果等现象较严重。学生自己做过实验的内容、现象、结果并没有在多数学生中产生比较深刻的记忆和迁移效果。部分学生在实验后较短时间内就已经把有关实验现象、结论遗忘。对一些可以借用实验手段或利用实验方法解决的问题，显得束手无策，对要求用已学过的理论解释实验方法、实验条件、实验现象或自行设计实验方案，感到力不从心。

1.2　教材体系和教学内容存在的问题

1．教材体系不合理，内容重复

大学物理理论及力学、声学、热学、电磁学、光学、原子核物理等课程的实验内容设置条块分割，各自为政，没有整体性和系统性，实验内容重复，但又职责不明。

2．实验内容陈旧，缺乏实用性、新颖性

现行实验内容主要分成三大部分：基本技能训练、物理性质实验、物理应用，主要以验证性实验为主。在内容编排上一般采取如下形式：原理、器材、实验过程和步骤、安全注意事项、思考题。实验过程和步骤中的内容编写多数以“菜单”式样列出，较详尽地列出每一步骤所需的仪器、材料、连线数量及操作顺序步骤等，没留给学生独立思考的余地。

1.3　教学方法存在的问题

现行的教学方法受教材内容局限。由于教材的内容已极为详细和具体，因此在组织教学时就采用教材展示的模式。一般程序如下：①实验课前要求学生做好预习报告。②实验课中先由教师讲解实验原理、方法、步骤及注意事项，学生按照教师讲授的、或教材中的方法按部就班地操作。③实验后要求学生做出实验报告，实验报告的格式一般由教师提供。④要求学生在报告中对数据或者现象进行分析和讨论。而实验中所需仪器的调试和校准检验等准备性工作，实验结束后仪器整理等结尾性工作均由教师完成。学生只参与了“实验测试”这一中间环节，学生在实验中的参与形式反映出强烈的“套路”和“验证”色彩。

通过对上述存在问题的分析，可看出学生在实验过程中无需太动脑筋，学生思维处在被动和消极状态中，学习积极性调动不够，学生的主体作用没有得到真正的发挥，影响教学质量，不利于创新精神的培养。

二、改革物理实验教学，重视创新精神培养

2.1　改革教材和教学内容，优化实验教学

要从根本上突破“验证教学”这种旧模式，就必须优化实验教学。优化实验教学中应以培养学生能力为主要目的，同时注意经济效益，即以少量的投入得到同样的效果，或以同样的投入得到更好的效果。要达到以上目的，必须重视教材建设。教材内容的编排应注意基础和探索相结合，动手和动脑相结合，探索性实验占一定的比例；注意联系实际和生产；基本操作能力是探索性实验和设计实验的基础，所以基本操作应保留合理的比例，并进行科学的安排；编写实验内容上要改变过细过具体的做法，以引导思路，提供“工具”的灵活形式为主，促使学生主动探索；对一些必要的验证性实验尽可能在提高应用性和趣味性的角度加以改进；避免现行的基础实验项目相互重复的现象，统筹安排各相关课程的实验内容，使之既能相互衔接，重复的项目又有所侧重。

在精简课时的情况下，过分强调教材的完整性、系统性显然是不合适的，也是不可能的，因此必须精选必做实验，扩大选做实验。必做实验应选择对物理实验有特别意义的项目，能顾及学科实验中的主要内容，如基本操作训练，应用典型实验等。对这些实验要求学生务必熟练掌握，并实行笔试和操作考试，以保证达到最基本的教学要求。这是学生做探索性实验和设计实验的基础，如果没有扎实的基础，创新也就无从谈起。

选做实验涉及的内容应广泛、方法应新颖，具有实用性且注入新技术；选做实验也可以是一些文献实验或趣味物理实验；选做实验可以只配备少量几套甚至一套仪器，这样可加快实验内容的更新，陈旧和过时的仪器被逐渐淘汰，实用性强的，现代化程度高的实验能迅速增加，学生的知识面就能扩大。选做实验让学生自主选择，可大大提高学生的学习积极性和主动性，变“要我做实验”为“我要做实验”，有利于学生创新精神的培养和个性发展。

2.2　开辟物理实验园地，是培养创新精神的有效途径

建立学生实验园地，同时配备辅导教师，学生可以凭学生证登记进入园地，在园地内进行自己喜爱的实验活动。实验活动中可实行“损坏无过，创新有奖”的原则，学生可以不必担心损坏仪器的赔偿，能大胆地动手实验，探索设计一些新的实验，或进行一些新颖的、实用性的研究。在教师的指导下，对实验方案、实验现象、实验结果进行分析、总结，但不过分追求实验结果的严格评定，而是注意科学性与趣味性的结合，注意培养学生的创新精神、创新能力、创新人格。在园地里的实验内容，可在老师的指导下学生自己选题，自己确定实验的内容和深度，自己设计实验方案，自己准备实验，自己解决实验中出现的疑难问题、异常现象，直至最后完成实验。这一过程将是培养创新人才的有效途径。

2.3　多形式的实验室开放

实验室开放^[1]有别于传统的教学模式，是教学改革的一项重要内容。实验室开放对提高学生的实验操作技能、切实开展综合性或设计性实验项目、推动并帮助学生开展科研和毕业设计成效显著，是培养学生实践动手能力和创新精神的有效途径。

实验室的开放，对于我们全面掌握和深入融会知识，培养科学思维和创新能力有着至关重要的作用。开放性实验可帮助学生感受、理解知识的产生和发展过程，学习和掌握学科的基本研究方法，培养学生的科学精神和创造性思维习惯以及收集、处理信息和分析问题、解决问题的能力。传统教学实验中，每个实验步骤都经过了前人无数次的总结和实践，无需自己设计，只需按部就班，按方抓药即可。而开放实验则不同，它是由学生根据自己实验题目的要求，独立拟定实验方案，设计实验技术路线，完成实验过程。指导老师负责对实验方案进行审查，在实验过程中给予必要的启发和引导，实验完成后对实验结果的报告进行评价。

基本技能实验^[2]实行有限开放或不开放；综合性、设计性实验实行预约式开放；选择性提高性实验实行全天候开放；研究性创新性实验实行自由式开放的形式。按照实验教学的目的和要求，根据人才培养的认知规律，不拘一格地选择和实行不同的开放形式，为学生的个性发展提供良好的条件。

2.4　改革教学方法是培养创新精神的重要环节

1．加强实验演示，保证学生操作的规范性

实验教学中使用的新仪器、新设备的性能、安装和使用方法、规范化操作和注意事项等一系列内容，老师应重点讲，并逐一警示可能出现的不规范操作，反复强调不规范操作有可能带来的隐患，如激光、高压等。要给学生讲清楚预测事故发生的思路和采取有效防范的措施，消除学生实验时不敢大胆动手操作的胆怯心理，这也是磨炼学生心理意志品质和处理突发事故能力的过程。

实验教学手段的创新是培养具有创新性高素质人才的重要技术保障。综合运用录像、幻灯、投影、CAI多媒体、网络教育等多种现代化的教学手段，产生图、文、声、像并茂的效果，刺激学生的科学灵感，加强对知识的理解和认识，加大知识信息传播的力度与深度。今后这些多媒体的教学工具必然向微型化、高技术化方向发展，定能极大地提高智能化实验教学的质量。

2．精讲多练，培养学生动手能力

实验着重学生动手操作技能的培养，因此教学中应采用少讲、精讲、多练的办法，画龙点睛地讲授实验的关键，启发式地交代实验中可能出现的问题，让学生多看、多动手、多动脑、自己去做实验。在练习中逐步提高动手操作技能，但在练习中难免出现问题和不规范操作，教师应加强巡视，及时发现问题，及时纠正，培养学生良好操作习惯和动手能力。

3．引入实验讨论，培养学生解决实际问题能力

对实验过程中可能出现的一些问题或一些“反常”的物理现象，引入实验讨论的方法。实验过程中由于各种原因，如操作失误、仪器故障等都可能导致实验的“反常”。学生因知识局限而无法解释，教学中若能及时抓住这些“反常”现象，组织学生进行讨论、质疑、追根究底，最后合理解释“反常”现象，将大大激发学生的学习兴趣。通过“反常”现象的探究，使学生具备了探索的素质和能力，当其经过专业知识的深造，必将升华为创新能力。

4．合理安排实验课时，培养学生思考探索能力

在实验课总课时已基本确定的情况下，除实验内容必须精选外，还应合理安排实验课时，特别是探索性实验更应如此。课时安排应保证学生有足够的时间去思考和设计实验方案，同时又能保证学生有充分连续的时间按自己的设计思路去完成实验，针对实验过程中发现的问题，有时间进行不断的调整和修正，对引起“反常”现象的原因有探究的时间。

5．充分发挥技术人员的积极性和实验室管理制度的建设

实验技术人员队伍的建设是实验室建设的关键^[3]。目前，我国高校中普遍存在着实验室队伍学历层次、职称结构、年龄结构不合理等现象；另外，实验技术人员长期在实验教学工作中承担了繁杂的实验组织、准备和辅导等工作，地位和待遇偏低，这些原因导致实验队伍不够稳定。因此，要有计划地安排实验技术人员进修学习，提高素质和业务水平；并将实验技术人员的职称晋升与实验课时挂钩，提高实验技术人员的待遇，对一些从事特殊工作的岗位，适当增加他们的岗位津贴，以调动实验技术人员的积极性；同时着力引进高学历的实验技术人员，促进实验技术人员的队伍建设。

改变“重建设、轻管理”的思想，强化“建设重要，管理更重要”，“管理出效率，管理出效益”的意识。实践证明，制度建设是管理工作的生命线，是规范管理行为的关键，有了制度才能使管理工作有章可循，离开制度建设，管理工作将一事无成。

三、改革考核方法培养创新精神

物理实验考核方法有笔试和操作考试两种，但都离不开教材，只要熟读教材就能通过笔试，只要会按教材提供的方法操作，就能通过操作考试。这种考试方式在某种程度上误导了学生死读书，不能激发学生的创新性。新的考核办法应以学生的平时实验成绩为主，重点考查学生的实验能力和基本操作技能，期末增加设计实验或文献实验的考查，在规定的时间内，让学生设计和完成一个教材上没有且从未做过，但要求能创造性地运用实验的知识和能力的小实验。这种考试的“答案”并非唯一，教师根据学生设计方案的优劣、操作过程的正确以及是否有创新性等因素来评定成绩。这样的考试能使学生的实验能力和创新能力的差距反映出来，也有利于提高学生独立自主解决实验问题的能力和培养学生的创新精神。

高等教育的目标就是要培养基础扎实、知识面宽、能力强、素质高的全面发展高级人才。必须改革单纯重视知识传授的教育观念，加强素质教育和创新能力的培养。

总之，一切创新活动都是向现有事物的挑战，加强物理实验教学中创新精神的培养，需对现行的物理实验从内容到教学方法进行改革，也需对现行的实验管理模式及体制进行改革，这是一个意义重大的理论问题，也是扎实艰苦的实践问题，需不断地努力和探索。

参考文献

[1] 刘春宇. 以人为本 因材施教—— 新形势下高校实验室工作创新初探[J]. 长春理工大学学报：社会科学版，2005，（3）：43-45.

[2] 林金忠. 提高大学生创新实践能力的实践与探索. 职业与教育，2007，6：66-67.

[3] 周孟然，李良光，杨茂宇，等. 深化实践教学改革促进大学生创新能力的培养. 北华航天工业学院学报，2007，增刊：87-89.