设计性物理实验与学生创新实践能力培养的探讨

【摘 要】理工科院校需要加强实践性课程培养学生的创新实践能力。在分析设计性物理实验课程教学内涵的基础上，详细阐明该课程对大学生创新实践能力产生的影响，并提出进一步改善设计性物理实验课程，加强创新实践教学效果的重要途径。

【关键词】设计性物理实验；创新实践能力；教学改革

大学生创新实践能力的培养是近年来理工院校实验教学改革的重点目标。创新实践能力不仅是一种智力特征，一种积极主动的思维方式，它也是一种人格特征，即学生必须有足够的学习兴趣、耐心和毅力，它是学生宝贵的精神财富，也是学生日后参加工作时最重要的竞争力。在理工科院校，大学物理实验课程是大学生必修的一门主要基础实践课程，在大学生的实践创新与实践能力培养方面有着其他课程难以取代的作用。在大学物理实验的各阶段性训练中，设计性物理实验属于较高层次的综合性实验，它对培养学生以创新实践为核心的综合素质起着关键性的作用。

一、开设设计性物理实验课程的必要性

传统的大学物理实验教学一般是预先给出实验原理、方案、步骤等内容，实验要求整齐规划，学生只要按部就班，按照老师、教材的要求做就可以了。这种教学方式在很大程度上束缚了学生发散性思维能力和想象力的养成，扼杀了学生探索的欲望和创新与实践能力，不利于创新人才的培养。由于传统的、机械的物理基础实验课程所存在的局限，必须开设科学合理的设计性物理实验课程。这是由设计性物理实验课程本身的特点所决定的：首先，在好的开放式设计性物理实验课程教学中，学生可以拥有自由移动的空间，可以自由地利用教学资源，这可以极大地调动学生的学习主动性；同时，在好的开放式设计性物理实验课程教学中，学生可以摆脱机械性的模仿操作，可以进行发散性思维和自由的想象，从而开阔学生视野，促进其创新实践能力的发展。目前大学物理实验教学环节中的设计性物理实验课程已被公认为是培养学生创新与实践能力，提高大学生科研素质的重要手段之一。

二、设计性物理实验课程教学的具体流程

设计性物理实验课的基本程序是：实验题目的选择，实验方案的设计，实验方案的修改，实验仪器的选择，实验过程的进行，实验数据的处理，实验报告的完成及实验总结与探索。

在设计性物理实验课程教学中，首先，在选题确定中，学生需要对设计课题进行仔细选择，选题既要具有综合性、典型性和探索性等特征，同时，又需满足学生在给定的时间内独立完成设计性物理实验内容的条件。其次，设计性物理实验课程教学中最关键的环节是实验设计和实验方案的选择，通常要求学生在充分理解基本原理的基础上，综合运用所掌握的基础理论知识、实验技能以及各种测量手段和实验方法，自行选题并设计实验方案、确定实验方法、选择配套仪器设备，进行实验测试，最后写出比较完整的实验报告或论文。总的来看，设计性实验课程是学生在没有教师的指导下，独立完成实验的教学，它是一种介于基本实验与科学实验之间的实验，是培养大学生将来进行科学实验的初级训练。

三、设计性物理实验课对促进大学生创新实践能力培养的三个阶段

1.前期准备阶段

在第一阶段的准备工作中，对同一选题，会有多种设计方案。在选择设计方案过程中，学生要通过比较几种方案的优缺点（也可寻求老师的帮助），最终找出一种更加合理和更加优化的实验方案。比如对“电位差计校准毫安表”的实验设计就要求学生设计出两种以上的电路图，并比较这两种电路图的优点与缺点，最后在老师的指导下选择其中一种最佳的实验方案。这种设计方案和最终选择方案就是对学生的一种创造性能力的培养，学生只有拥有较强的创造力才能设计出较理想的方案。因此设计性物理实验在提高学生创造力方面，是基础物理实验无法代替的。

2.实验操作阶段

在设计性物理实验的第二阶段，学生在进行实验的过程中，根据实验目的和实验条件，学生需要确定实验线路，选择合适的实验仪器、并对现有的实验仪器进行重新组装等，这些过程都需要学生调动积极性，需要学生认真动脑去思维、操作，由此可激起学生强烈的探索兴趣，促使学生积极主动的去思考，在实验过程中对所选仪器的组装和连线进行多方面思考，比如考虑用什么手段、什么仪器和什么方法来实现实验方案，同时分析为什么要这么做，或许那样做是不是可以达到更好的结果呢。有时在实验过程中出现的一些突发事件，仪器故障等也需要学生有一定的应急能力。因此在这个实验过程中可以提高学生分析问题和解决问题的能力，使学生手脑得到协调发展。在这一阶段可培养学生主动性思维和探索思维能力，这是基础性实验无法代替的。

3.实验总结阶段

在第三阶段，学生完成设计性物理实验后，一般要对实验数据进行处理，并对数据结果进行误差分析，然后写成实验报告的形式，有的还需要写出论文的形式，甚至修改成文并发表。这些需要学生查阅大量资料并认真完成实验报告，从而对培养学生的论文写作能力也有所提高。学生对实验结果进行处理，特别是对实验误差进行分析，并对实验结果做出一个正确的评价，这将有利于培养学生严谨思维、理论联系实际的学习和科研态度。

四、对进一步提高设计性物理实验教学效果的两点建议

1.设计性物理实验教学选题及内容的选取与开发

设计性物理实验教学的核心是选题及实验内容的确定。设计性物理实验题目的内容很广，难易程度也不相同，在选题时不应只注重突出实验内容的难度和复杂程度，而应强调实验设计的创新思路和新的方法。例如“重力加速度的研究”，该课题的研究任务是测定重力加速度，要求把测定值与本地区标准值相比较，相对误差要求小于 0.05 %。经搜集资料后发现，可提供多种实验方法，如单摆法、复摆法、自由落体法和气垫导轨法等。

2.教师在设计性物理实验教学中的角色定位

与传统物理实验课程相比，设计性物理实验前的准备工作更为重要，设计性实验教学对教师的要求更高。教师必须做好足够的教学准备，并对学生提出的各种方案进行分析研究修改，同时要注意激发而不是扼杀学生的“灵感”。此外，教师要检查整套仪器设备的各个部分工作是否正常，如仪器的机械部分是否稳定且不会动摇，仪器的水平面是否水平，光学仪器的反射面和折射面的表面是否清洁无灰尘，光学仪器系统应该准直，使镜面与光线方向保持垂直等。

五、结语

大学物理实验教学基本处于一种封闭的状态，多年不变的教学体制和教学内容与当今飞速发展的前沿科学新理论，新学科严重脱节。为了实现培养和提高人才全面素质，特别是具有创新精神和实践能力的要求，对如何开设大学物理设计性实验课程提出了更高的要求。在整个设计性实验过程中注重设计性物理实验的选题和转变教师在设计性实验教学中的角色定位，对提高大学生创造性实践能力的培养尤其重要。

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（作者单位：华南理工大学理学院物理系）