基于工程素質(zhì)培養(yǎng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系研究與實(shí)踐

朱愛(ài)敏，吳泉英，王 軍，徐宗寧，樊 斌，潘 濤，姚慶香

（蘇州科技學(xué)院，江蘇 蘇州 215009）

工程素質(zhì)是指從事工程實(shí)踐的工程專業(yè)技術(shù)人員的一種能力，是面向工程實(shí)踐活動(dòng)時(shí)所具有的潛能和適應(yīng)性。工程素質(zhì)實(shí)質(zhì)上是一種以正確的思維為導(dǎo)向的實(shí)際操作，具有很強(qiáng)的靈活性和創(chuàng)造性。工程素質(zhì)的形成并非是知識(shí)的簡(jiǎn)單綜合，而是一個(gè)復(fù)雜的漸進(jìn)過(guò)程，將不同學(xué)科的知識(shí)和素質(zhì)要素融合在工程實(shí)踐活動(dòng)中，使素質(zhì)要素在工程實(shí)踐活動(dòng)中綜合化、整體化和目標(biāo)化［1－3］。物理實(shí)驗(yàn)是工科學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后的第一門(mén)實(shí)驗(yàn)課課程，物理實(shí)驗(yàn)在學(xué)生工程素質(zhì)培養(yǎng)過(guò)程中具有重要作用，我校的辦學(xué)定位是以“工”為主，培養(yǎng)應(yīng)用型人才。因此，我們對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)不斷進(jìn)行改革，逐步形成基于工程素質(zhì)培養(yǎng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，在實(shí)踐中取得較好的成效。

1 工程素質(zhì)培養(yǎng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革思路

依據(jù)學(xué)校辦學(xué)定位與專業(yè)設(shè)置，以學(xué)生工程素質(zhì)培養(yǎng)為指向，構(gòu)建物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。堅(jiān)持“工程導(dǎo)向、服務(wù)專業(yè)、多方結(jié)合、提升素質(zhì)”的理念，在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、提高實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置中加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，堅(jiān)持物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)為專業(yè)服務(wù)，對(duì)不同專業(yè)開(kāi)設(shè)不同的實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化專業(yè)訓(xùn)練。采取“多方結(jié)合”的物理實(shí)驗(yàn)多元化教學(xué)途徑，使物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)走出課堂，與蘇州地方經(jīng)濟(jì)和新興產(chǎn)業(yè)等結(jié)合，實(shí)現(xiàn)學(xué)生從理論思維向工程思維訓(xùn)練的轉(zhuǎn)變，力求構(gòu)建一個(gè)有寬度（實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富）、有厚度（基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和提高實(shí)驗(yàn)）、有高度（創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)）的新結(jié)構(gòu)體系，使學(xué)生素質(zhì)全面提升［4－8］。

2 基于工程素質(zhì)培養(yǎng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系及實(shí)踐

依托江蘇省物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、江蘇省實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革項(xiàng)目、蘇州市工程技術(shù)研究中心和蘇州市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，以三個(gè)層次實(shí)驗(yàn)為主體，設(shè)計(jì)“標(biāo)準(zhǔn)型＋專業(yè)特色型”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊，通過(guò)“五結(jié)合”多元化實(shí)驗(yàn)教學(xué)途徑，構(gòu)建基于工程素質(zhì)培養(yǎng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，見(jiàn)圖1。標(biāo)準(zhǔn)型模塊是所有工科專業(yè)的公共實(shí)驗(yàn)?zāi)K，專業(yè)特色型模塊針對(duì)不同專業(yè)設(shè)置不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)踐體系具有層次性、遞進(jìn)性和可持續(xù)性，有利于學(xué)生能力的培養(yǎng)。

2.1 “三個(gè)層次”實(shí)驗(yàn)

2.1.1 第一層次——基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

工程素質(zhì)的培養(yǎng)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握基本知識(shí)點(diǎn)，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)基本技能，進(jìn)行工程技能的訓(xùn)練。通過(guò)驗(yàn)證性基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和零級(jí)實(shí)驗(yàn)（教學(xué)大綱以外的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)），初步形成探究科學(xué)問(wèn)題的思考方式，訓(xùn)練學(xué)生初步進(jìn)行工程思維的能力。

圖1 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系框圖

2.1.2 第二層次——提高實(shí)驗(yàn)

以學(xué)校土木工程與環(huán)境工程優(yōu)勢(shì)學(xué)科為背景，學(xué)生在掌握基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展設(shè)計(jì)及綜合實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，在實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮土建環(huán)境類和應(yīng)用物理類學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)，開(kāi)設(shè)不同內(nèi)容的綜合實(shí)驗(yàn)，延伸實(shí)驗(yàn)教學(xué)的空間，盡早讓學(xué)生介入工程實(shí)踐與工程設(shè)計(jì)，逐步培養(yǎng)學(xué)生由理論思維向工程思維過(guò)渡。

2.1.3 第三層次——?jiǎng)?chuàng)新實(shí)驗(yàn)

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是實(shí)現(xiàn)學(xué)生的理論思維走向工程思維的重要環(huán)節(jié)，依托“江蘇省物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”、“蘇州市動(dòng)態(tài)力敏傳感器工程技術(shù)研究中心”和“蘇州市微機(jī)電薄膜技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”等一批教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)，在江蘇省教學(xué)改革項(xiàng)目“一般工科院?；A(chǔ)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心后續(xù)建設(shè)的研究與實(shí)踐”和學(xué)校“質(zhì)量工程”教學(xué)改革項(xiàng)目的推動(dòng)下，結(jié)合蘇州地方新興產(chǎn)業(yè)和省高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科“土木與環(huán)境工程學(xué)科群”，搭建一批創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)，拓展學(xué)生的工程思維與工程設(shè)計(jì)能力，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)和創(chuàng)新實(shí)踐能力。

2.2 “五個(gè)結(jié)合”的多元化實(shí)驗(yàn)途徑

2.2.1 結(jié)合一 —— 實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)習(xí)基地相結(jié)合

通過(guò)與相關(guān)企業(yè)建立學(xué)生實(shí)習(xí)基地，拓展課堂教學(xué)。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生完成一個(gè)學(xué)期實(shí)驗(yàn)后，工科學(xué)生的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與實(shí)習(xí)基地的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)相結(jié)合，學(xué)生以課題組的形式，參與實(shí)習(xí)基地產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。如“串聯(lián)諧振電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”，整個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)從方案論證至實(shí)驗(yàn)實(shí)施是以學(xué)生課題組的形式在實(shí)習(xí)基地結(jié)合產(chǎn)品開(kāi)發(fā)完成的，由學(xué)生參與的“新型變頻串聯(lián)諧振高壓試驗(yàn)裝置”已批量生產(chǎn)，并獲2009年度蘇州市科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)習(xí)基地的結(jié)合創(chuàng)建了社會(huì)資源為教學(xué)服務(wù)和教學(xué)資源為社會(huì)服務(wù)的互動(dòng)新機(jī)制。校企合作共同開(kāi)展教學(xué)基地建設(shè)、課程創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和工程素質(zhì)培養(yǎng)模式研究，有效提高了學(xué)生的就業(yè)能力，縮短了學(xué)生就業(yè)后的適應(yīng)期。

2.2.2 結(jié)合二——實(shí)驗(yàn)教學(xué)與教師科研相結(jié)合

學(xué)生工程素質(zhì)的培養(yǎng)與教師科研緊密結(jié)合，及時(shí)把學(xué)科最新發(fā)展成果引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，將部分科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、方法和手段取得創(chuàng)新。開(kāi)設(shè)課題型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性和探究性學(xué)習(xí)，著重培養(yǎng)創(chuàng)新能力。如《普通物理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)》課程中的實(shí)驗(yàn)多數(shù)來(lái)自于教師科研課題，學(xué)生參與教師科研，發(fā)表相關(guān)的實(shí)驗(yàn)論文，并在前期設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在大四階段將相關(guān)課題的深入研究作為畢業(yè)論文工作，僅應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)近兩年獲江蘇省優(yōu)秀畢業(yè)論文二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。如：學(xué)生參與教師承擔(dān)的江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目，學(xué)生參與光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)，提高學(xué)生的工程素質(zhì)與能力。相關(guān)研究成果已發(fā)表于省級(jí)以上學(xué)術(shù)期刊，申請(qǐng)與授權(quán)發(fā)明和實(shí)用新型專利多項(xiàng)。

2.2.3 結(jié)合三——實(shí)驗(yàn)教學(xué)與學(xué)科競(jìng)賽相結(jié)合

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與學(xué)科競(jìng)賽緊密結(jié)合，在開(kāi)設(shè)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中注重課堂教學(xué)的延伸，通過(guò)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室把設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)一步拓展，學(xué)生申報(bào)省級(jí)或校級(jí)學(xué)生科研項(xiàng)目，完成的科研作品參加省高校大學(xué)生物理及實(shí)驗(yàn)科技作品創(chuàng)新競(jìng)賽或挑戰(zhàn)杯等競(jìng)賽。近年來(lái)，學(xué)生主持江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目23項(xiàng)，創(chuàng)新項(xiàng)目的成果自制成多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)作品，獲“江蘇省高校大學(xué)生物理及實(shí)驗(yàn)科技作品創(chuàng)新競(jìng)賽”獲2項(xiàng)特等獎(jiǎng)、4項(xiàng)一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)。參加“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品和創(chuàng)業(yè)計(jì)劃大賽，獲國(guó)家三等獎(jiǎng)、江蘇省二等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)共8項(xiàng)，學(xué)生獲全國(guó)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽三等獎(jiǎng)2項(xiàng)和省級(jí)測(cè)繪儀器操作技能大賽等獎(jiǎng)項(xiàng)16項(xiàng)。

2.2.4 結(jié)合四 ——實(shí)驗(yàn)教學(xué)與學(xué)校優(yōu)勢(shì)學(xué)科相結(jié)合

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與“土木與環(huán)境工程學(xué)科群”優(yōu)勢(shì)學(xué)科中的實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合。獲蘇州市科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)成果 “液壓試驗(yàn)機(jī)智能數(shù)顯儀表”，經(jīng)過(guò)改進(jìn)用于土木類專業(yè)的力學(xué)實(shí)驗(yàn)，在應(yīng)用液壓試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行水泥預(yù)制塊破壞性試驗(yàn)中，測(cè)量破壞時(shí)水泥預(yù)制塊所承受的最大壓力。物理實(shí)驗(yàn)教師與環(huán)境專業(yè)的教師共同編寫(xiě)教材《物理性污染與防治》，該教材2006年由化學(xué)工業(yè)出版社出版，2009年獲得學(xué)校教學(xué)成果二等獎(jiǎng)。

2.2.5 結(jié)合五 ——實(shí)驗(yàn)教學(xué)與新興產(chǎn)業(yè)相結(jié)合

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與新興產(chǎn)業(yè)相結(jié)合。學(xué)校與昆山雙橋傳感器測(cè)控技術(shù)有限公司聯(lián)合成立蘇州市工程技術(shù)研究中心。利用這個(gè)合作平臺(tái)，開(kāi)展傳感器制作及傳感器測(cè)控技術(shù)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究，學(xué)生在此平臺(tái)上完成的作品“壓力傳感器與水位控制”獲江蘇省高校大學(xué)生物理及實(shí)驗(yàn)科技創(chuàng)新作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)。學(xué)生在教師指導(dǎo)下，成立課題組，研制開(kāi)發(fā)“太陽(yáng)能電池綜合實(shí)驗(yàn)儀”，該實(shí)驗(yàn)儀器已批量生產(chǎn)，在教學(xué)中得到使用并已申請(qǐng)專利。與蘇州木蘭電子科技有限公司合作開(kāi)展的基于“物聯(lián)網(wǎng)”的2.4GHz射頻技術(shù)，也已應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)與產(chǎn)業(yè)相結(jié)合的教育過(guò)程中，企業(yè)為學(xué)生提供了開(kāi)放的認(rèn)識(shí)、學(xué)習(xí)、實(shí)踐的環(huán)境，學(xué)生接受的教育是全方位的，它改變了以往封閉的剛性教育模式，拓寬了人才培養(yǎng)范圍，開(kāi)放的環(huán)境更有利于學(xué)生工程素質(zhì)的培養(yǎng)。

3 結(jié) 論

根據(jù)社會(huì)對(duì)專業(yè)人才的需求及應(yīng)用型本科人才的特點(diǎn)，通過(guò)建立與實(shí)施“三層次”與“五結(jié)合”的多層次、多元化的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，學(xué)生綜合素質(zhì)明顯提高，專業(yè)能力增強(qiáng)。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)從課堂內(nèi)系統(tǒng)的、綜合性的技能訓(xùn)練，到課外的自助式開(kāi)放實(shí)驗(yàn)、貫穿校內(nèi)學(xué)習(xí)全過(guò)程的專業(yè)素質(zhì)拓展訓(xùn)練和校外實(shí)習(xí)相結(jié)合的培養(yǎng)，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研合作實(shí)現(xiàn)工程教育，加強(qiáng)學(xué)生工程意識(shí)，突出工程素質(zhì)培養(yǎng)。

［1］查建中，何永汕.中國(guó)工程教育改革三大戰(zhàn)略［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2009.

［2］魏克湘，劉迎春，董麗君，等.工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)體系的研究與實(shí)踐［J］.中國(guó)人民大學(xué)教學(xué)，2011（1）：74－76.

［3］陳鐵華.突出工程素質(zhì)培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建與實(shí)施［J］.中國(guó)電力教育，2011（4）：123－125.

［4］秦惠潔，劉建民.實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)創(chuàng)新人才的實(shí)踐與建議［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2001（5）：11－14.

［5］宗士增，曹洪.優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)體系 建立大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐長(zhǎng)效機(jī)制［J］.中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2011（9）：80－83.

［6］楊更社，李樹(shù)剛，等.依托行業(yè)特色優(yōu)化專業(yè)結(jié)構(gòu) 培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才［J］.中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2011（1）：30－33.

［7］王守倫.以社會(huì)需求為導(dǎo)向，培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才［J］.中國(guó)高等教育，2007（7）：55－56.

［8］蔣玉榮.實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研創(chuàng)新相結(jié)合的探索與實(shí)踐［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2012（6）：112－115.