開放式物理實驗教學(xué)的探索和實踐

劉扭參，李俊青

(河南工程學(xué)院數(shù)理科學(xué)系，河南鄭州 451191)

開放式物理實驗教學(xué)的探索和實踐

劉扭參，李俊青

(河南工程學(xué)院數(shù)理科學(xué)系，河南鄭州 451191)

在分析傳統(tǒng)實驗教學(xué)弊端的基礎(chǔ)上，結(jié)合河南工程學(xué)院物理實驗教學(xué)示范中心在開放實驗室建設(shè)工作中的探索，綜合闡述了開放實驗教學(xué)的基本內(nèi)涵，探討了開放式實驗教學(xué)對學(xué)生綜合能力培養(yǎng)方面的實踐效果，并根據(jù)實踐中的經(jīng)驗教訓(xùn)對開放實驗室建設(shè)工作的進(jìn)一步開展提出幾點建議.

大學(xué)物理實驗;開放式;創(chuàng)新能力;實驗改革;實驗室管理

0 引言

實驗課程的根本目的是培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，并最終解決問題的能力.然而，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)手段，多遵循“按部就班”的原則，即要求學(xué)生在規(guī)定課時內(nèi)使用規(guī)定器材完成既定的實驗項目，這一做法極大地限制了學(xué)生的主觀能動性，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力［1－3］.因此，為彌補(bǔ)傳統(tǒng)實驗教學(xué)上的不足之處，可增設(shè)開放實驗教學(xué)，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的［4－5］.

1 開放實驗教學(xué)綜述

開放實驗教學(xué)的概念是相對于傳統(tǒng)實驗教學(xué)而言的，傳統(tǒng)教學(xué)的實驗課程、實驗項目由實驗教師確定，實驗時間由校方統(tǒng)一安排.學(xué)生要在指定學(xué)時內(nèi)，依照實驗指導(dǎo)書的實驗步驟，完成實驗內(nèi)容.實驗?zāi)Ｊ剿腊褰┗?，學(xué)生被動接受，極大地限制了其主觀的創(chuàng)造性思維.開放實驗打破了傳統(tǒng)實驗方法，對實驗內(nèi)容、實驗方式、實驗對象和時間進(jìn)行全面開放.

1.1 開放實驗內(nèi)容

目前，全國幾乎所有高校大學(xué)物理實驗內(nèi)容基本都由實驗教師安排決定，學(xué)生不能根據(jù)自己的專業(yè)和興趣自由選擇.這樣的教學(xué)方式極大地限制了學(xué)生的主觀能動性，壓制了學(xué)生的創(chuàng)新性思維.近年來，不少高校為克服這一弊端，不斷嘗試各種手段進(jìn)行改革，如根據(jù)專業(yè)不同把實驗項目分為必做和選做，如此一來學(xué)生在一定程度上可以自由選擇實驗內(nèi)容，從而一定程度上調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性.但這些做法依然具有相當(dāng)大的局限性，學(xué)生可選擇的實驗項目十分有限，更不可能進(jìn)行創(chuàng)新性實驗.開放實驗內(nèi)容就是要在實驗設(shè)施允許的條件下，全面開放實驗內(nèi)容，學(xué)生可依據(jù)自己的實際情況選擇適當(dāng)?shù)膶嶒瀮?nèi)容.在條件具備的情況下，允許學(xué)生根據(jù)自己的需求在一定限度中改進(jìn)或自制實驗器具，從而充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，提高學(xué)生的綜合素質(zhì).

1.2 開放實驗方法

傳統(tǒng)教學(xué)中實驗方法主要是按照實驗指導(dǎo)書及指導(dǎo)教師講解按部就班地完成指定項目.實驗原理、思路及操作步驟均已事先確定.開放實驗方法突破傳統(tǒng)教學(xué)思路的束縛，以激發(fā)學(xué)生自主創(chuàng)新能力性、鍛煉學(xué)生實踐操作能力為首位，盡可能營造便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)的開放環(huán)境.各部門可根據(jù)設(shè)備器材、指導(dǎo)教師人數(shù)、實驗室容量及基本實驗課程情況，安排實驗室開放的相關(guān)事宜.具體實驗內(nèi)容和實驗方案設(shè)計，可由學(xué)生與指導(dǎo)教師商議后，根據(jù)實驗室實際條件決定.

1.3 開放實驗對象和時間

實驗室及實驗設(shè)備要對全體教師和學(xué)生進(jìn)行全面開放，對象不僅包括相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，而且要在條件允許的情況下，盡可能滿足其他有這方面興趣的學(xué)生的需求.在條件具備的情況下，可一定程度上面對社會開放，這樣既可大大提高實驗設(shè)備的利用率，也滿足了更多有意于此的人的需求.基本實驗課程一般由教務(wù)處統(tǒng)一安排，實驗時間、地點基本固定.將各時段閑置實驗室及設(shè)備器材統(tǒng)籌安排，在一定人員監(jiān)管下，開放給學(xué)生進(jìn)行課外實驗.

2 開放實驗教學(xué)的初步實踐

在我?！皩W(xué)以致用，全面發(fā)展”的應(yīng)用型人才培養(yǎng)教育觀念指導(dǎo)下，物理實驗中心對開放實驗室建設(shè)進(jìn)行了初步嘗試，并取得了一定的成果，積累了寶貴的經(jīng)驗.另外，我們目前已制定了配套的開放式實驗管理制度，并在實踐中不斷完善修改.接下來，我們將逐步拓展開放實驗內(nèi)容和對象的范圍，增加開放實驗時間，爭取最大限度地利用有限的實驗設(shè)施，滿足更多學(xué)生的相關(guān)需求.

2009年物理實驗中心就進(jìn)行了開放實驗的嘗試，把每周六、日作為實驗室開放時間，將實驗室中的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)實驗進(jìn)行全天開放，開放的實驗項目數(shù)為20個，但由于受場地人員的限制，以及當(dāng)時開放性實驗項目多為驗證性實驗，所以真正意義上的開放實驗還未建立.

隨著物理實驗中心先進(jìn)實驗儀器設(shè)備的增加，2010年實驗中心嘗試成立了開放實驗室，以激發(fā)學(xué)生自主創(chuàng)新能力、鍛煉學(xué)生實踐操作能力為首位，盡可能營造便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)的開放環(huán)境.第一，實驗室開放時間由每周末兩天，延長為每周五、六、日三天;第二，實驗內(nèi)容開放:目前，開放的實驗項目已達(dá)到32個，其中綜合性物理實驗項目和設(shè)計性物理實驗項目達(dá)近60%.這樣，除了規(guī)定的基本實驗項目外，還有其他實驗項目可供選擇，不同層次的學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和所學(xué)專業(yè)自主進(jìn)行選擇;第三，實驗教學(xué)方式開放，在實驗課程中，教師負(fù)責(zé)準(zhǔn)備實驗條件，簡單講解實驗內(nèi)容、設(shè)備使用要點、咨詢答疑及維持課堂紀(jì)律、實驗安全等.具體的實驗步驟、儀器操作、數(shù)據(jù)測量記錄和處理等均由學(xué)生獨立完成.因此，開放式實驗對學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和實踐操作技能要求較高.

近三年來的開放實驗教學(xué)的實踐探索證明:開放實驗教學(xué)切實可行，且行之有效.在物理實驗課程的改革實踐中，我們充分認(rèn)識到，教學(xué)實驗必須“兩手抓，兩手都要硬”，一手抓基礎(chǔ)知識和實驗技能的訓(xùn)練，做好面廣量大的基礎(chǔ)實驗教學(xué)，另一手更要重視學(xué)生自主創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，加強(qiáng)創(chuàng)新型研究人才的培養(yǎng).實驗教學(xué)改革的核心就是激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，營造“創(chuàng)新型研究”的學(xué)習(xí)氛圍，從而提高實驗教學(xué)質(zhì)量.

3 開放實驗的實際困難與解決方案

開放實驗教學(xué)較之傳統(tǒng)實驗教學(xué)，確實在培養(yǎng)學(xué)生的綜合實踐能力等方面具有極大優(yōu)勢.但是在實現(xiàn)開放實驗教學(xué)的實踐探索中，無法避免會遇到各式各樣的困難.具體情況如下:

(1)隨著開放實驗時間、地點的增加，參與其中的學(xué)生人數(shù)不斷增加，這在加快開放式實驗室建設(shè)進(jìn)程的同時，也無可避免地給實驗室管理人員造成了極大的困難，設(shè)備的損耗也急劇上升.為解決上述問題，我們專門制定了相應(yīng)的管理制度.首先，參加開放實驗的學(xué)生必須提前給實驗室管理教師提交申請預(yù)約，確定實驗時間及所需設(shè)備，這樣一來，不僅能減少實驗室管理人員的工作負(fù)擔(dān)，也能盡量避免學(xué)生集中、設(shè)備供不應(yīng)求的高峰和學(xué)生稀少、設(shè)備閑置的低谷，提高開放實驗室的有效利用率.此外，學(xué)生實驗前須充分了解實驗內(nèi)容和所用到的儀器設(shè)備.同時，每一個開放實驗項目安排專人管理實驗器材，以盡量減少實驗設(shè)備的損耗.條件允許的情況下，學(xué)校若能設(shè)立各類開放實驗項目專項基金，將更有利于保障實驗設(shè)備的維護(hù)、修理及更新工作.

(2)盡管開放實驗?zāi)茌^大地激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，但完成后學(xué)生并不能像其他課程一樣修得一定學(xué)分，而完全僅憑個人興趣.在進(jìn)行開放實驗的過程中，一些學(xué)生僅完成了部分工作就因為實驗遇到困難、其他課程任務(wù)繁重或興趣轉(zhuǎn)移等緣故而半途而廢.為此，校方可對學(xué)生參與開放實驗的完成情況進(jìn)行考核，據(jù)此獎勵若干學(xué)分作為計入應(yīng)修學(xué)分或課外學(xué)分.對于完成具有獨創(chuàng)性成果的學(xué)生以及開放實驗過程中表現(xiàn)積極突出的學(xué)生，經(jīng)指導(dǎo)教師推薦、綜合討論后，在獎學(xué)金及其他相關(guān)獎勵的評定中可酌情給予加分，從而進(jìn)一步調(diào)動學(xué)生參與開放實驗積極性并增強(qiáng)堅持到底的信心.

(3)與傳統(tǒng)實驗教學(xué)相比，開放實驗中指導(dǎo)老師的工作量及重要性更為突出.但是開放實驗教學(xué)課時不計入實驗指導(dǎo)教師的工作量，僅由教務(wù)處發(fā)給一定的工作量補(bǔ)貼.這種制度大大限制了實驗指導(dǎo)教師在開放實驗室建設(shè)工作中的積極性.對于這一問題，學(xué)校若能將實驗教師在各開放實驗項目中的指導(dǎo)工作課時計入相應(yīng)的教學(xué)工作量，可以在較大程度上提高實驗指導(dǎo)教師配合開放實驗室建設(shè)工作的積極主動性.

另外，受實驗場地、實驗設(shè)備種類及指導(dǎo)教師人數(shù)的限制，實驗室可提供給學(xué)生選擇的開放實驗項目的多樣性嚴(yán)重受到制約，更無法滿足學(xué)生進(jìn)行自主創(chuàng)新型實驗的需求.因此，在更進(jìn)一步挖掘?qū)嶒炇乙延袟l件潛力的基礎(chǔ)上，需要盡可能爭取學(xué)校給予工作支持和資金投入，進(jìn)而更新補(bǔ)充實驗設(shè)備、豐富實驗項目并發(fā)展實驗教師隊伍，調(diào)動實驗室各方人員的參與積極性，為進(jìn)一步開展開放式實驗室建設(shè)工作做好準(zhǔn)備.

簡而言之，開放實驗室是深化高等教育體制改革、加強(qiáng)高等院校素質(zhì)教育、培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新精神和綜合實踐能力的重要手段之一.開放實驗室不是簡單的場地設(shè)備的開放問題，而是一項系統(tǒng)性的工程，涉及實驗室的硬件軟件資源配置問題、實驗教師團(tuán)隊建設(shè)問題、科學(xué)規(guī)范管理制度的制定等多個方面，同時還要與基礎(chǔ)實驗課程的教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、學(xué)習(xí)方法等方面的改革相輔相成，并結(jié)合學(xué)校的實際情況和條件制定具體計劃.開放實驗教學(xué)已在我校物理實驗中心進(jìn)行了初步實踐，并取得了基本成功，但需改進(jìn)完善之處依然相當(dāng)多.在接下來的工作中，一方面要繼續(xù)加強(qiáng)開放實驗指導(dǎo)教師的相關(guān)培訓(xùn)工作，完善實驗管理人員的監(jiān)管職責(zé)，另一方面也要對開放實驗室配套的管理規(guī)章制度進(jìn)行進(jìn)一步完善.相信在開放性實驗室建設(shè)的實踐進(jìn)程中，實驗教學(xué)質(zhì)量必將得到全面提升，為教育培養(yǎng)出兼?zhèn)渚C合實踐能力與自主創(chuàng)新能力的創(chuàng)造型研究人才打下堅實的基礎(chǔ).

［1］ 張艷亮.大學(xué)物理實驗實施探究式教學(xué)的探索［J］.大學(xué)物理實驗，2009，22(3):104－107.

［2］ 趙子珍，覃以威，李丹.普通物理實驗教學(xué)改革初探［J］.實驗科學(xué)與技術(shù)，2009，7(5):68－69.

［3］ 張立輝，朱春蓮，徐彬.開放式物理實驗教學(xué)模式的探索與研究［J］.江漢大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2009，37(3):108－110.

［4］ 顧留華，夏海蘭，黨傳升.建立實驗室開放運行機(jī)制的思考與實踐［J］.實驗技術(shù)與管理，2008，25(2):157－159.

［5］ 劉琴.開放式實驗教學(xué)研究現(xiàn)狀及展望［J］.實驗科學(xué)與技術(shù)，2010，8(4):81－82.

Exploration and Practice on Opening Mode of Physics Experiment Teaching

LIU Niu-can，LI Jun-qing

(Department of Mathematical and Physical Science，Henan Institute of Engineering，Zhengzhou451191，China)

Based on the analysis on disadvantages of traditional experiment teaching，the connotation of open experiment teaching is generally elaborated，combined with the case of open experiment teaching which has been practiced in the physical experiment teaching demonstration center of Henan Institute of Engineering.And how it works in fostering the students’comprehensive ability is discussed based on that case.Then some countermeasures for further work on the open laboratory construction are proposed according to the lessons learned in practice.

college physics experiment;opening mode;ability of innovation;experiment reform;laboratory management

G642.0

A

1007－0834(2012)01－0058－03

10.3969/j.issn.1007－0834.2012.01.019

2011－12－20

河南工程學(xué)院2011年度教學(xué)研究項目(JY201114)

劉扭參(1963—)，男，河南郟縣人，河南工程學(xué)院數(shù)理科學(xué)系教授，主要研究方向:物理實驗教學(xué).