大学物理教学中创新能力培养的三个途径

董梅峰 宋新祥

(中国石油大学 山东 青岛 266555)

大学物理中所有物理规律的得来可以总结为以下三种：第一种通过做实验直接得到物理规律；第二种由已有的规律出发，通过严谨的数学推导得到新的物理规律；第三种通过“假设”得到新的理论.下面就物理规律得出的途径不同分别进行相关的教学内容设计，通过不同的教学内容培养学生科研创新所需的各方面能力.

1 设计实验分析实验的能力培养

物理学从某种意义上讲可以说是一门实验科学，物理规律的由来大多是由实验而来，而实验能力的培养是科学研究所必须具备的.

1.1 实验设计能力的培养

由此可见，通过设计实验和实验结果分析能不能得到物理规律，指导思想是非常重要的.再比如，在“电磁感应定律”章节中，实验研究得到了法拉第电磁感应定律后可以穿插以下内容：

电磁感应定律是由科学家法拉第于1831年8月29日通过实验得到的实验规律.而在1831年之前有许多科学家从事该领域的研究，也做了相关的实验，其中1823年,瑞士物理学家科拉顿(Colladon,1802～1892年)曾企图用磁铁在线圈中运动获得电流,他用一个线圈与检流计连成闭合回路,为了使磁铁不至于影响检流计中的小磁针,特意将检流计放在隔壁的房间里,用磁棒在线圈中插入或拔出,然后一次又一次跑到另一房间里观察检流计是否偏转,未能发现电磁感应现象.该实验看来比较令人遗憾，如果当时科拉顿发现了电磁感应现象，那么电磁感应定律就早8年得出了.但仔细分析一下科拉顿实验失败的直接原因是其指导思想的错误，他认为感应电流有保持，在这个错误的指导思想下当然得不到科学的物理规律.

总之，实验之前要有扎实的理论思想做指导，指导思想的正确与否可直接导致实验结果的成败.通过以上讲解可培养学生分析问题、设计实验、分析实验结果的能力.

1.2 分析实验结果在结果中发现问题的能力培养

即

公式说明感应电荷与磁通量的变化量成正比.以上就是设计冲击电流表的原理，在1822年科学家安培用此原理设计出了冲击电流表，但并没有给出电磁感应定律，如果他细心地分析下去就会发现电磁感应定律，而他错过了发现电磁感应的机会.通过以上讲解使学生意识到在科研过程中养成良好的科研分析总结能力的重要性.

1.3 实验过程中培养学生不怕失败的精神

例如,法拉第发现电磁感应现象并不是偶然的机遇，他进行科学实验研究的过程也不是一帆风顺的，其坚持做了10年之久的科学实验，在这期间经历了无数次的实验失败，但扎实的理论基础和不怕失败的精神使他坚信“既然电能生磁；反过来磁也能生电”.通过以上讲解让学生在科学研究过程中培养不怕失败的精神.

2 严谨的数学推导的能力培养

由已有的科学理论为基础，通过严谨的数学推导可以得到新的物理规律，这就需要具备扎实的物理和数学基础.

比如，在教学中推导得到静电场高斯定理时，中间经历了严谨的数学推导，同时也可以指出高斯是一名数学家、天文学家和物理学家，当时他的数学很好，享有“数学王子”之称，所以其能通过严谨的数学推导得出了静电场的高斯定理.通过以上讲解可以培养学生严谨的数学推导能力.

3 敢于突破传统观念提出自己见解的能力培养

当已有的理论解释不了实验现象时，就需要科学家敢于突破传统观念的束缚，大胆地提出自己的见解，从而形成新的物理理论，也就是现在物理学中的假设理论.

4 总结

以上通过相关的实例介绍了如何在大学物理教学中设计课堂培养学生的科研创新能力.同时在教学中也要结合教学章节与前沿知识的联系，给学生提供不同的当代物理研究的热门科研方向，供学生选择并在教师的指导下深入研究，从而使学生萌发科学研究的想法.例如,在大学物理中固体物理的“量子理论和激光”章节中，与激光有关的当代研究领域比较多，可以给学生指出几个方向供有兴趣的学生选择研究，比如,激光测量方面的研究、激光器的研究、激光武器的研究、激光通信等等.通过类似的指导，可以激起学生课余时间进行科学研究的兴趣，并且给学生提供了一个科学研究的方向.

另外，在教学中指导学生把所学知识运用到实际当中，给学生提供实习的机会.利用大学物理实验室的条件，指引学生用所学的物理知识设计实验仪器，从而培养学生的实验创新能力.例如,在大学物理波动光学部分引导学生利用光的干涉，可以测量微小物理量的特点动手设计相关的演示实验仪器，可以更好地培养学生动手能力.多年来在教学中不断地尝试设计旨在培养学生创新能力的课堂教学，已取得了良好的效果.

参考文献

1 贾瑞皋.大学物理教程(上、下册).北京：科学出版社，2009

2 郭奕玲，沈慧君.物理学史.北京：清华大学出版社，2006