在大学物理教学中培养学生创新能力的研究与实践

韩 晶 姜 伟 白继元 李 滨

黑龙江工程学院电气与信息工程学院 黑龙江哈尔滨 150050

全球科技迅速发展，国家间的竞争日益激烈，一个国家在国际上的竞争力由其创新能力决定。我国的战略目标是逐步建设成为创新型国家并跻身前列。为此，需要一支数量和结构合理且具有创新精神和创新能力的人才队伍。大学物理课程中的一些思维方法，如模拟与抽象、比较与分类、类比与假说、分析与综合、演绎与归纳等[1]，在培养学生科学的思维能力和创新意识等方面起到重要作用。笔者所在的教学团队力求将教学过程与创新能力培养过程结合起来，对本校大学物理教学的实际情况做了一些研究，并进行了改革实践。

1 大学物理课程教学改革

1.1 课堂教学的改革

课题组对我校少学时(64学时)的大学物理课程的教学内容、课程体系做了相应的调整。考虑到大一学生的知识水平，不太可能在科学上有所创新，主要是掌握科学的思维方法，在专业领域的技术上产生创新的意识。所以在保证基本的大学物理教学体系的情况下，根据专业特点和侧重对教学内容进行必要的取舍与整合，为专业学习做好必要的理论铺垫。例如，土木类、车辆工程等专业，侧重讲授力学、振动与波、热学等内容。电子科学与技术、计算机技术等专业侧重讲解电磁学和光学以及近代物理等相关内容。并且每部分都会选取与专业相关的实例，比如激光技术、纳米技术、太阳能应用、原子能应用、光纤技术、超导技术、航空技术、核能应用等，使学生了解最新的科技成果和前沿动态[2]。

在教学方法上，采用启发式教学，同时结合课堂分组讨论。创设物理情境、启发学生思考，激发探究欲望。把物理学的思想方法贯穿于课堂学习中。以工程实际问题引入，激发学生解决问题的欲望，待课程结束后，问题迎刃而解，增强学生学习知识的自信心。归纳类似的现象，探寻本质，得出规律，讨论哪些问题可以建立共同的模型，使学生思考新知识与已有知识之间的联系，加深对新知识的认识。例如，在讲解循环过程、卡诺循环时，提前给学生布置任务，查找空气能热水器的工作原理及与传统热水器比较的优缺点。在课堂上讲解热机和制冷机的工作原理，让学生进行比较分类并得出结论，空气能热水器在工作原理上与制冷机一致。归纳出相同工作原理的还包括冰箱、空调等。空气能热水器最大的优点是节能和环保。在讲解电磁感应、涡电流时提出问题：“为什么在高频电路中可以用空心导线代替实心导线”，当学生理解趋肤效应后，问题迎刃而解。引导学生利用数学知识解决已经建立模型的物理问题，感受高等数学在物理学中的重要性，同时还要强调所包含的物理意义。在教学中引入物理学史，使学生了解物理学的发展进程，了解物理学家科学探索道路的历程，激发学生探索知识的欲望和冲破旧思想的创新精神[3]。例如，普朗克“离经叛道”地提出能量量子化，解释了黑体辐射的实验结果，使得近代物理蓬勃发展。爱因斯坦突破传统思想的束缚，放弃了当时公认的牛顿时空观和伽利略变换，抛弃了以太假说，创立了全新的时空观。另外，针对我校大班授课并且学时较少的情况，安排时间进行课外辅导，开设科学新技术类选修课，多渠道、多角度地增加师生交流。鼓励一些已经具有创新意识的学生提出创新的想法。

改变评价学生成绩的机制。采取平时分项考核与期末综合考试相结合的方式。学生的平时成绩包括：课堂讨论表现、平时作业情况、小测验、小论文撰写等。通过课堂讨论，对学生进行发散思维训练，学生们畅所欲言、互相启发，加深对知识的理解，在有限的时间内提出数量众多的创造性设想。为了进一步启发学生的创新理念，要求学生对教学过程中涉及的某一现象或某一理论撰写小论文提出自己的观点。学生通过査找资料，收集相关信息及素材，与教师研究讨论完成小论文，培养学生创新地应用所学知识的能力。

1.2 多媒体网络化教学

大学生接受新事物、新方法的能力很强，是最容易接受线上教育的群体。利用网络化教学可以培养学生的自学能力和创新意识。我们建立了大学物理微信公众号，为学生搭建了一个自主学习的平台，平台上有教学文件(教学内容、学习建议)、教学资源(习题及答案、课件、应用练习)、知识拓展(物理前沿、天文天体、军事科技、物理小识、微慕在线)等栏目。课题组老师还录制了大学物理在线课程，同时推荐给学生一些国家级精品共享课程。通过线上学习，扩大了学生的视野，激发了学生的学习兴趣，对创新能力的培养也很有帮助。

2 相关实践教学

大学物理实验是大学物理教学内容的有力补充。我校采取开放式实验教学模式，不仅对实验室在时间、仪器设备上开放，而且在实验设计和方法上也开放，并且录制了大学物理实验在线课程。将实验室的资源公布到网上，学生可以根据专业和兴趣进行网络选课。在实验项目上除了验证性实验以外，还增加了迈克尔逊干涉仪测空气的折射率、电表改装、光的色散研究等设计性、综合性实验。通过实验，学生不仅能够深化对理论知识的理解和掌握，还可以增强他们的实验能力和创新能力，培养创造意识和创新精神。

3 结语

国家需要创新型人才，大学物理在培养学生创新素质与创新能力中起到重要作用。课题组通过改革教学体系、教学方法、考核机制、实验教学、增加多媒体线上教学等激发学生学习的积极性和主动性，培养其创新意识和创新能力。课题组将持续跟踪改革的效果，在教学实践中不断完善和修正，以促进学生创新能力和综合素质的提高。