工科大學(xué)物理實驗課程教學(xué)改革嘗試和研究

王征　朱祥

摘要：簡述了鄭州輕工業(yè)學(xué)院物理實驗教學(xué)改革的新進(jìn)展，詳細(xì)論述了物理實驗教學(xué)在大學(xué)教學(xué)中的定位、作用以及課程體系和教學(xué)方法的改革，并將實驗教學(xué)與應(yīng)用實踐相結(jié)合，開拓了學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)物理實驗教學(xué)新的教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：物理實驗；教學(xué)改革；創(chuàng)新能力

中圖分類號：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）24-0076-02

物理實驗課教學(xué)是高等理工科院校對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實驗基本訓(xùn)練的必修基礎(chǔ)課程，是本科生接受系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓(xùn)練的開端。在培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、活躍的創(chuàng)新意識、理論聯(lián)系實際和適應(yīng)科技發(fā)展的綜合應(yīng)用能力等方面具有其他實踐類課程不可替代的作用。[1，2]鄭州輕工業(yè)學(xué)院十分重視大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)和建設(shè)，物理實驗中心為河南省實驗教學(xué)示范中心。為提高物理實驗教學(xué)質(zhì)量，對課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)體系進(jìn)行調(diào)整和改革，將基礎(chǔ)物理實驗分為基礎(chǔ)實驗、提高性實驗、綜合性實驗和課題型應(yīng)用性研究實驗，建立了新的教學(xué)模式，提高了學(xué)生的動手能力和實驗素質(zhì)。

一、實驗教學(xué)定位與規(guī)劃

大學(xué)物理實驗是全校理工科院系各專業(yè)學(xué)生的一門重要的必修基礎(chǔ)課。物理實驗課程不僅為提高學(xué)生的實驗基本技能打下了良好的基礎(chǔ)，而且可以培養(yǎng)學(xué)生的思維方法、研究能力和創(chuàng)新精神。[3，4]更新教學(xué)觀念，是深化教學(xué)改革的前提和保證；轉(zhuǎn)變?nèi)瞬排囵B(yǎng)模式，是全面推進(jìn)素質(zhì)教育和深化教學(xué)改革的核心問題。根據(jù)高等學(xué)校人才培養(yǎng)目標(biāo)要求，實驗中心確立了實驗教學(xué)理念和實驗教學(xué)定位。

1.理念定位

將實驗教學(xué)與理論教學(xué)相結(jié)合，通過物理實驗更深入地了解和掌握物理學(xué)基本規(guī)律與原理；能力培養(yǎng)與素質(zhì)提高相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，實驗操作和實驗報告都要一絲不茍。課程實驗與工程訓(xùn)練、創(chuàng)新設(shè)計、科學(xué)研究有機(jī)結(jié)合，建立創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)課題型物理實驗。以學(xué)生為本，知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展，培養(yǎng)具有實驗創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才。

2.地位定位

把實驗教學(xué)作為提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新型應(yīng)用人才的基礎(chǔ)性工作，把實驗室作為校內(nèi)理工科專業(yè)學(xué)生基本實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的主要基地。

3.目標(biāo)定位

以省級實驗教學(xué)示范中心為契機(jī)，面向應(yīng)用、注重實踐、強(qiáng)化能力、培育創(chuàng)新型應(yīng)用人才；建設(shè)一支觀念新、素質(zhì)高、能力強(qiáng)的教師隊伍；深化課程體系、教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法改革。

二、實驗教學(xué)改革

傳統(tǒng)的物理實驗教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容陳舊，教學(xué)方法和手段較落后，已不能適應(yīng)新時期人才培養(yǎng)的要求。近年來，鄭州輕工業(yè)學(xué)院物理實驗課程教學(xué)改革一直在不間斷進(jìn)行，結(jié)合學(xué)院實際情況制定了適合自身特點的物理實驗教學(xué)方案，并分步實施。

1.課程體系改革

鄭州輕工業(yè)學(xué)院是以工科為主的學(xué)校，絕大部分專業(yè)為工科，涉及電氣、自動化、機(jī)電工程、化工、計算機(jī)、食品工程、電子科技、材料等方向；學(xué)生的基礎(chǔ)實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)十分重要，對物理實驗教學(xué)要求較高。物理實驗課程結(jié)構(gòu)必須以基礎(chǔ)為核心，確?；A(chǔ)實驗教學(xué)任務(wù)的落實和完成。在此基礎(chǔ)上開出一定數(shù)量的綜合應(yīng)用性、設(shè)計性實驗和研究探索性實驗，以拓寬學(xué)生的知識面，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟迪學(xué)生的創(chuàng)新思維，為基礎(chǔ)和專業(yè)實驗架起橋梁。主干課程結(jié)構(gòu)的設(shè)置分為四個臺階：[5]第一臺階——基礎(chǔ)實驗部分。主要包括基礎(chǔ)實驗理論（實驗誤差和數(shù)據(jù)處理，占課程比例的10%左右）和基礎(chǔ)實驗（占課程比例的30%左右）。基礎(chǔ)實驗主要包括基本測量方法及基本儀器操作，多數(shù)實驗項目以技能性實驗內(nèi)容為主，例如轉(zhuǎn)動慣量的測量實驗、分光計的調(diào)整使用實驗等。第二臺階——提高性實驗部分。占課程比例的20%左右。實驗項目無論是內(nèi)容還是涉及的儀器操作都高于基礎(chǔ)實驗，內(nèi)容更為豐富，儀器種類增加，復(fù)雜程度有所提高，例如聲速測量綜合實驗、霍爾效應(yīng)實驗等。第三臺階——綜合應(yīng)用性實驗部分。占課程比例的20%左右。該部分實驗為系列實驗，內(nèi)容以物理原理為基礎(chǔ)，向近現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域延伸。實驗內(nèi)容由淺入深，逐步漸進(jìn)，涵蓋了3～4個實驗內(nèi)容，進(jìn)行系統(tǒng)訓(xùn)練，學(xué)時為10～12個，例如電光聲光磁光效應(yīng)實驗、多用電表設(shè)計改裝實驗等。第四臺階——設(shè)計性實驗部分。占課程比例的20%左右。在完成上述三個臺階層次的實驗教學(xué)基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)生的知識水平和操作能力，選出4～6項設(shè)計性實驗內(nèi)容，學(xué)生可以根據(jù)自身專業(yè)特點和興趣選取一項學(xué)習(xí)，從實驗方案、資料收集、儀器選擇、線路設(shè)計與制作到測試與數(shù)據(jù)處理全過程獨(dú)立完成，每項實驗學(xué)時為10～12個左右，例如熱力學(xué)綜合實驗、電學(xué)綜合實驗、光學(xué)綜合實驗。在實驗教學(xué)實施過程中，基礎(chǔ)實驗、提高性實驗必做，綜合性、設(shè)計性實驗選做，形成基本實驗分層次、綜合設(shè)計性實驗分專業(yè)、分系列的項目體系和教學(xué)模式。

除主干課程外，另設(shè)置有輔助性教學(xué)手段，主要包括：一是引入網(wǎng)絡(luò)環(huán)境支持的計算機(jī)仿真物理實驗遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)有豐富的實驗項目資源和良好的操作界面，是一種新型實驗環(huán)境和教學(xué)手段。學(xué)生在任何時間和任一地點均可上線學(xué)習(xí)，全面開放，任意選擇，是主干實驗課程的有效擴(kuò)展和補(bǔ)充，它可以幫助學(xué)生預(yù)習(xí)實驗課程，深化教學(xué)內(nèi)容。二是全面開放“物理演示與探索實驗室”。學(xué)生可以隨時進(jìn)入實驗室觀察豐富多彩的實驗現(xiàn)象，操作演示實驗儀器，研究實驗原理，提出演示實驗儀器設(shè)計新思路、新方案等。三是開出部分近代與綜合應(yīng)用物理實驗供學(xué)生自選。

2.教學(xué)方法與手段改革

轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)實驗教學(xué)觀念：改變以教師為主體、系統(tǒng)講解、全程指導(dǎo)、學(xué)生被動接受的教學(xué)模式，形成以學(xué)生為主體、全面開放實驗室和實驗項目、由學(xué)生自主選擇、教師講解、指導(dǎo)結(jié)合課堂討論、發(fā)表見解等多形式的引導(dǎo)啟發(fā)式教學(xué)模式。實施多元化實驗教學(xué)方案：實驗教學(xué)全面推行多媒體課件授課，增加信息量，豐富實驗項目內(nèi)涵。引入網(wǎng)絡(luò)化仿真實驗，提高實驗預(yù)習(xí)效果及觀察探索研究性實驗，多方位、多角度提高學(xué)生的實驗?zāi)芰?。全面推行網(wǎng)絡(luò)選課：改變傳統(tǒng)實驗教學(xué)由教師統(tǒng)一分組、統(tǒng)一安排實驗內(nèi)容和時間的做法，在完成教學(xué)大綱規(guī)定學(xué)時的前提下，凡選做實驗將全部實驗由學(xué)生根據(jù)個人專業(yè)特點、興趣自主選擇，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實驗操作積極性。在實驗教學(xué)中，充分利用各種工具軟件進(jìn)行自主實驗設(shè)計，如MATLAB、Pspice、Labview等，這些工具軟件是工程應(yīng)用中的常用工具，使學(xué)生更好地理解設(shè)計參數(shù)對實驗結(jié)果及設(shè)計結(jié)果的影響，加強(qiáng)學(xué)生對實驗的理解，培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計能力。推行實驗教學(xué)多元化考試方法：根據(jù)新的課程體系要求，制定科學(xué)合理的實驗考試細(xì)則、每個階段采取不同的考核方式和要求。第一、二臺階實驗教學(xué)：實施實驗基本理論和操作測試；第三臺階研究性物理實驗教學(xué)：要求學(xué)生在完成系列實驗后提交專題實驗論文；第四臺階：要求學(xué)生提交設(shè)計性實驗報告書（統(tǒng)一模板）及相關(guān)設(shè)計成果。

三、實驗教學(xué)與應(yīng)用實踐相結(jié)合，提高學(xué)生創(chuàng)新能力

實驗中心始終重視實驗教學(xué)、科研和工程實踐的緊密結(jié)合。積極組織優(yōu)秀高年級學(xué)生和廣大青年教師聯(lián)合申報校內(nèi)各種創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)項目，并免費(fèi)開放實驗室各種儀器設(shè)備，激勵學(xué)生和教師參與自主性實驗的開發(fā)，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高青年教師的業(yè)務(wù)水平。為了培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識，讓學(xué)生貼近工程實踐，實驗中心成立了“電子工坊”科技小組。由指導(dǎo)教師提出課題，例如“飛思卡爾”智能車制作、太陽能充電裝置的研究等，讓學(xué)生運(yùn)用在實驗教學(xué)中獲得的基礎(chǔ)理論和各項技能提出設(shè)計思路并親自動手實現(xiàn)，激發(fā)了學(xué)生強(qiáng)烈的實踐求知欲和主動思考、勇于創(chuàng)新的能力。

四、結(jié)束語

物理實驗教學(xué)改革體現(xiàn)了以學(xué)生為中心，以專業(yè)為指引，因材施教，使學(xué)生的求知欲望得到了滿足；利用基礎(chǔ)實驗提高了學(xué)生的基本實驗理論和技術(shù)水平，利用高階實驗夯實了學(xué)生的專業(yè)實驗基礎(chǔ)，學(xué)生學(xué)有興趣、術(shù)有專攻，最大限度地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，大幅度提高了物理實驗的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的創(chuàng)新能力。這些有益嘗試在省級實驗示范中心申請過程中得到專家一致好評，并順利獲得立項。

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（責(zé)任編輯：孫晴）