卓越工程師計劃對大學物理實驗教學改革的影響

何永凡， 周 紅， 李玉龍

(成都大學電子信息學院，四川成都610106)

0 引言

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”(簡稱“卓越計劃”)是貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》的重大改革項目，也是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措，旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強國戰(zhàn)略服務(wù)，對促進高等教育面向社會需求培養(yǎng)人才，全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量具有十分重要的示范和引導作用［1］。目前，我國開設(shè)工科專業(yè)的本科高校1003所，占本科高校總數(shù)的90%;高等工程教育的本科在校生達到371萬人，研究生47萬人。該計劃對促進高等教育面向社會需求培養(yǎng)人才，全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要的示范和引導作用。成都學院(以下簡稱“我?！?是“卓越計劃”試點的地方應(yīng)用型本科院校之一?！白吭接媱潯本哂?個特點:①行業(yè)企業(yè)深度參與培養(yǎng)過程;②學校按通用標準和行業(yè)標準培養(yǎng)工程人才;③強化培養(yǎng)學生的工程能力和創(chuàng)新能力［2］?！按髮W物理實驗課程”課程是目前理工類院校普遍開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程是一門創(chuàng)新性和實踐性較強的課程，既強調(diào)知識的綜合性、實用性，又強調(diào)創(chuàng)新能力、綜合分析和解決生產(chǎn)實踐問題的能力，這也是“卓越工程師”培養(yǎng)計劃所要求的。本文分析“大學物理實驗課程”課程的教學現(xiàn)狀，并進一步提出相應(yīng)的改革措施。

1 “大學物理實驗課程”課程教學現(xiàn)狀

(1)學生的應(yīng)用能力差，創(chuàng)新意識淡薄。大學物理實驗作為系統(tǒng)培訓學生實驗技能和實驗方法的開端，特別強調(diào)應(yīng)用，但是現(xiàn)在有相當一批學生學習很被動，沒有養(yǎng)成實驗動手的習慣，所以解決實際問題沒有章法，沒有知識應(yīng)用能力，更沒有創(chuàng)新的欲望，教師教什么，學生學什么。

(2)實驗實施問題較多。我校的各院系各專業(yè)開設(shè)相同的物理實驗內(nèi)容，課程設(shè)置沒有針對性，專業(yè)特點不突出;實驗內(nèi)容單一，驗證性實驗過多，設(shè)計性和綜合性實驗較少，缺乏吸引力，不利于發(fā)揮學生的創(chuàng)造力;教師對實驗過程的引導和控制不夠，學生蒙混過關(guān)現(xiàn)象較普遍;實驗儀器數(shù)量有限，部分學生沒有動手實踐的機會;實驗的考核體系不科學，評價的主要依據(jù)是實驗報告，產(chǎn)生重報告，輕操作的認識。

2 “大學物理實驗課程”教學改革措施

2.1 性能測試實驗與開放設(shè)計性實驗相結(jié)合

如何在學時不變的前提下，在充分掌握主要的教學內(nèi)容的基礎(chǔ)上，能讓學生結(jié)合專業(yè)特點和優(yōu)勢選擇自己專業(yè)相關(guān)的實驗內(nèi)容，針對這個問題，我們將實驗內(nèi)容分為了性能測試實驗、開放設(shè)計性實驗。同時將實驗內(nèi)容設(shè)置為必做實驗和選做實驗，必做實驗強調(diào)實驗的基本技能和實驗素質(zhì)，教師可做詳細講解，使學生了解實驗的基本步驟，為后續(xù)選做實驗提供基礎(chǔ);選做實驗強調(diào)“專業(yè)特色”和“創(chuàng)新”，由學生負責實驗方案的制定，實驗步驟的完成，而教師不做詳細介紹，主要負責實驗?zāi)康脑O(shè)定，實驗過程引導監(jiān)督以及實驗結(jié)果的檢查［3］。這樣在不增加學時的前提下增加了實驗內(nèi)容，也給了學生一定自主選擇權(quán)，讓學生能結(jié)合專業(yè)特點和愛好主動思考選題。比如針對電氣，自動化卓越班的學生，我們保留了惠斯通電橋，示波器使用，分光計的調(diào)整等一些實現(xiàn)基本技能為目的實驗，為該部分必做性能測試實驗外;將光電效應(yīng)，超聲聲速測量，音頻信號光纖傳輸，霍爾元件測磁場等能結(jié)合專業(yè)技術(shù)和特點的實驗設(shè)置為該部分的設(shè)計性的選做實驗，要求學生必須按照自己的專業(yè)培養(yǎng)目標完成選做實驗的項目，把專業(yè)特征目標所規(guī)定的具體的知識、能力和素質(zhì)要求落實到具體的實驗教學環(huán)節(jié)中。這部分實驗學生以模擬的工程實際為背景，通過介紹(I)接受(T)應(yīng)用(U)，讓學生從不知道到知道，從知道到理解，從理解到應(yīng)用，從應(yīng)用到分析評價，從分析評價到創(chuàng)造，完成專業(yè)培養(yǎng)目標實現(xiàn)的矩陣，讓學生在實踐中去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，得到書本上沒有的知識。［5］

2.2 不斷拓展課程的空間和時間

“卓越計劃”的大學物理實驗課程按計劃和教學進度在課堂進行教學，但對學生工程能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不應(yīng)局限于教室。可以通過利用多種空間、不同的時間進行，我們從這方面入手，這部分實驗不設(shè)固定內(nèi)容，優(yōu)先邀請高年級學生做報告，介紹他們在大學生實踐創(chuàng)新訓練項目和畢業(yè)設(shè)計中和大學物理實驗有關(guān)聯(lián)的內(nèi)容，發(fā)揮高低年級學生之間的易交流、易接受的榜樣作用。再補充以教師科研講座，介紹實驗知識在科研中的應(yīng)用，列舉一些與學生的專業(yè)或?qū)I(yè)知識相聯(lián)系的物理原理和實驗技術(shù)。如在做“霍爾元件測磁場”實驗時，可以對霍爾元件已發(fā)展為品種多樣的磁傳感器產(chǎn)品族的應(yīng)用作一些介紹。如:霍爾加速度傳感器，以測量汽車行駛時的縱向和橫向的加速度，霍爾壓力傳感器和微位移傳感器等，做“超聲聲速測量”實驗時，可以將空氣中聲速、引入到液體、固體中的聲速測量。將邁克爾遜干涉儀的應(yīng)用領(lǐng)域拓展到測量玻璃的折射率，融入光電技術(shù)測量微小位移量的相關(guān)實驗系統(tǒng)中去，以提高測量精度和拓寬應(yīng)用范圍。不同的實驗結(jié)合了不同的應(yīng)用，讓學生提前接住到與自己專業(yè)相關(guān)的物理原理和技術(shù)，使學生對于實驗知識在將來的工程應(yīng)用有更深入的認識［5］。利用多種空間、不同的時間舉辦各樣的科創(chuàng)興趣小組，例如可以對廢舊儀器拆裝并進行修理、或組合成新的實驗器具。促進學生進一步理解和了解儀器的設(shè)計和工作原理，提高學生動手能力。并組織學生開展知識技能競賽，把學科競賽作為實踐創(chuàng)新的有效載體，挑選一些有興趣和有潛力的學生參加一些大學生課外科技作品競賽，通過競賽提高學生的實踐創(chuàng)新能力［8］。

2.3 采用“任務(wù)驅(qū)動”教學方法

專業(yè)培養(yǎng)目標的矩陣采用介紹(I)接受(T)應(yīng)用(U)是獲得某一知識或能力的具體的三個環(huán)節(jié)，而“任務(wù)驅(qū)動”是實現(xiàn)矩陣的最好的一種教學方法，適用于學習操作類的知識和技能。“任務(wù)驅(qū)動”在教學過程中，將教學內(nèi)容圍繞著若干個實際問題展開，每個實際問題分配一個專門單元來解決，每個單元又分解成若干個任務(wù)。任務(wù)是教師制定、學生完成的，學生通過任務(wù)訓練學習知識，所有任務(wù)完成后，通過任務(wù)組裝掌握應(yīng)用［10］。

為了加強實驗過程控制引導，完成專業(yè)培養(yǎng)目標的矩陣的三個環(huán)節(jié)。目前“任務(wù)驅(qū)動”教學在我校開放設(shè)計性實驗的研究性學習活動中全面采用，我們將實驗過程分為幾個階段。

(1)確立實驗研究“任務(wù)”，選好課題。選題既要兼顧本學科發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，又要考慮到學生的年齡特點和身心發(fā)展特征，讓每個學生都能在適合自己發(fā)展水平的范圍內(nèi)得到發(fā)展。以學生已經(jīng)掌握的基本知識為前提，突出綜合性、探索性和創(chuàng)造性的特點創(chuàng)建一個實驗任務(wù);比如:(將邁克爾遜干涉儀的應(yīng)用拓展為設(shè)計性實驗，把測量玻璃的折射率為實驗課題的任務(wù):根據(jù)玻璃加入一條光路中產(chǎn)生光程差，造成中央條紋發(fā)生位移，設(shè)計實驗方案，測量玻璃折射率);

(2)學生根據(jù)已定的課題和所學的知識收集查閱相關(guān)資料，寫一份課題預(yù)案，(如用邁克爾遜干涉儀測量玻璃折射率實驗原理，理論計算公式，研究測量的方法)，指導老師根據(jù)實驗方案對實驗進行調(diào)整，協(xié)助同學提供完成實驗任務(wù)的條件;指導學生明確實驗中要解決的問題或要測定的指標，明確實驗思路，實驗原理，實驗方法，完善實驗方案;

(3)學生根據(jù)自己設(shè)計任務(wù)要求和實驗條件，組合出基本的實驗裝置流程，學生進入實驗室后，教師根據(jù)實驗類型確定講解內(nèi)容(僅強調(diào)實驗要求和注意事項)，之后由學生根據(jù)實驗方案以小組為單位獨立完成實驗，得到實驗數(shù)據(jù)，教師檢查確認。在這一過程中，教師對實驗過程進行監(jiān)控，并對學生的實驗作風和科學態(tài)度，測定的實驗數(shù)據(jù)進行打分。

(4)對實驗結(jié)果的精確度和誤差來源進行分析與討論，寫出任務(wù)總結(jié)報。開放設(shè)計性實驗的研究性學習在一定程度上擺脫了驗證性實驗受到的各種限制，指導教師擁有較多的決定權(quán)，學生有較多的選擇權(quán)，因而教學方式及手段更靈活，彌補了在能力培養(yǎng)方面的種種不足。通過此活動讓學生在研究中實現(xiàn)工程能力和創(chuàng)新能力，具體體現(xiàn)是四會:會思考、會運用、會借鑒、會查資料［12］。

2.4 按照專業(yè)培養(yǎng)計劃方案構(gòu)造設(shè)計性試驗平臺

我校各理工科院系積極制定各自專業(yè)標準的培養(yǎng)計劃方案，作為學校不可或缺的大學物理實驗課程教學，我們可以為各專業(yè)的學生提供設(shè)計性試驗的平臺［14］，比如:(機械專業(yè)的學生可以力學的物理試驗儀器的改進方面展示自己的專業(yè)，而電氣自動化的學生則在光學與電磁學試驗儀器的改進方面一展身手，而物理實驗數(shù)據(jù)可以為軟件專業(yè)的學生提供實踐平臺)。

2.5 多樣性的實驗成績評定方式，促進學生實驗?zāi)芰Φ奶岣?/h3>

建立合理科學、準確有效、具有可操作性的考評辦法和考核制度，發(fā)揮考核對實驗教學的推動作用，調(diào)動學生的積極性，是提高物理實驗質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。為了避免學生產(chǎn)生了“重報告，輕操作”的現(xiàn)象，真實反映學生的實驗?zāi)芰?、?chuàng)新能力，實驗考核可以采取多種考核方式相結(jié)合的綜合評定方法，考核方式主要有:日常性能測試實驗考查，包括預(yù)習報告、實驗操作、實驗報告三個部分，占總成績的(60%)，，綜合性設(shè)計性實驗項目小論文的成績評定(40%)。綜合性和設(shè)計性實驗小論文，根據(jù)實驗方案的可行性和創(chuàng)新性、實驗結(jié)果的正確性和小論文的規(guī)范性等要素進行集體講評和考核。由于考評方案具有多樣化特點，即兼顧了學生的三基的訓練，同時也給學生提供了廣闊的思考空間和自由度［15］。

3 結(jié)語

“大學物理實驗課程”課程具有很強的綜合性和實踐性，應(yīng)培養(yǎng)學生獨立思考，自主分析問題，解決問題的能力，才能真正使學生掌握該門課程，才能實現(xiàn)“卓越計劃”的主要目標:那就是面向工業(yè)界、面向世界、面向未來，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才。

［1］ 教育部.關(guān)于實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的若干意見［EB/OL］.WWW.jyb.cn，2011-02-18.

［2］ 張韋韋.教育部啟動實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”［J］.教育與職業(yè)，2010(7):20.

［3］ 王振義，王勇智.基于“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的實驗教學改革探索［J］.科技資訊，2012(9):184-185.

［4］ 李國梁，周文紅，馬建春.物理探究性實驗教學模式的研究［J］.現(xiàn)代教育科學(教學研究)，2012(2):21-25.

［5］ 袁劍波，鄭健龍.工程實踐能力:培養(yǎng)應(yīng)用型人才的關(guān)鍵［J］.高等工程教育研究，2012(3):35-37.

［6］ 汪 泓.打造卓越工程師搖籃，培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才［J］.上海工程技術(shù)大學教育研究，2010(1):9-10.

［7］ 肖 利，李海波，劉茂軍.全面實施物理實驗改革培養(yǎng)學生創(chuàng)新素質(zhì)［J］.實驗室研究與探索，2007，26(4):102-103.

［8］ 劉文清，趙餃嵐，喬曉華.基于“卓越工程師教育培井計劃”的我校工程教學改革構(gòu)想［J］.內(nèi)蒙古財經(jīng)學院學報，2010，8(5)1-4.

［9］ 李書偉，劉紹娜.“卓越工程師培養(yǎng)計劃”下實踐教育的思考［J］中國現(xiàn)代教育裝備，2011(6):138-140.

［10］ 張智鈞.試析高等學校卓越工程師的培養(yǎng)模式［J］.黑龍江高教研究，2010(12):11-15.

［11］ 顧秉林.中國高等工程教育的改革與發(fā)展［J］.高等工程教育研究，2004(5):5-8.

［12］ 龔 克.關(guān)于“卓越工程師 ”培養(yǎng)的思考與探索［J］.中國大學教學，2010(8):4-5.

［13］ 林 健，談實施.“卓越工程師培養(yǎng)計劃”引發(fā)的若干變革［J］.中國高等教育，2010(17):30-32.

［14］ 上海交通大學高教研究所課題組.培養(yǎng)下一代卓越的國際化工程師-“全球工程教育卓越計劃”研究綜述［J］.高等工程教育研究，2007(1):24-28.

［15］ 李 惠，廖煉忠，郭 磊.地方綜合性大學本科實踐教學規(guī)范的建立與實踐［J］.實驗技術(shù)與管理，2009，26(4):117-120.