基于開放性、創(chuàng)新性和應用性的大學物理實驗教學體系的探討

鄒亞琪　薛同蓮　李雅麗

摘 要：為了適應國家對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求及行業(yè)發(fā)展需求，培養(yǎng)實驗技能強、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力兼?zhèn)涞男滦腿瞬牛趯^去的課程體系改革和優(yōu)化的基礎上，嘗試探索和構建開放性、創(chuàng)新性、應用性的物理實驗教學體系。針對這三個方面，采用分級開放模式，配合時間開放與資源開放，賦予學生更多自主權，提高學習效率；對教學內(nèi)容、手段、方法改革，有針對性地授課，調(diào)動學生積極性，培養(yǎng)創(chuàng)新思維；建立實踐基地，鼓勵學生參加物理競賽，將科研項目引入到實驗室，實現(xiàn)書本知識與實際應用相結(jié)合，為更好服務于社會。

關鍵詞：分級開放 虛實結(jié)合 實踐性 應用性

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）06（b）-0168-02

大學物理實驗教學是培養(yǎng)科技人才的有效手段，其實際意義已被廣大教育工作者所認同。然而，傳統(tǒng)的大學物理實驗課程已不能很好地適應科技發(fā)展和培養(yǎng)高素質(zhì)人才的需要，盡管實驗教學體系和實驗教學內(nèi)容一直都在探索中改革，但在實驗教學的實踐中卻面臨著許多問題。本文就物理實驗教學的開放性、創(chuàng)新性、應用性三個方面進行改革，為培養(yǎng)實驗技能強、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力兼?zhèn)涞男滦腿瞬盘岢隽丝煽拷ㄗh。

1 開放性

為了更好地培養(yǎng)社會發(fā)展所需人才，將目前國內(nèi)外正在開展的“開放式教學”模式引入到大學物理實驗教學中。開放式實驗教學是依據(jù)實驗對象和教學目的設置分層次模塊化的內(nèi)容體系，學生在規(guī)定的教學時段內(nèi)自主選擇實驗項目和實驗時間的一種全新教學模式。它的實現(xiàn)不僅可以循序漸進逐項培養(yǎng)學生的動手能力，而且靈活地賦予學生更多的主動權，重視對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，使學生有更大的學習空間。

1.1 分級開放實驗

文科學生思維方式不同于理工科學生，在動手操作能力、物理基礎知識掌握程度上也有較大差距，如何幫助文科學生提高實驗能力、調(diào)動學習積極性、充分發(fā)揮主動性和創(chuàng)造性？為解決這一系列的問題，分級逐步開放的管理模式應運而生。所謂分級開放，即將全校各專業(yè)學生按理工科和文科分為兩級[1]。然后，按實際能力將學生分為初級、中級和高級，不同級別的學生可選做不同的實驗內(nèi)容。初級實驗主要為演示實驗，主要是定性實驗，提供相關圖片和文字資料（包含演示儀器的使用說明和工作原理）。另外，還可為同學們提供趣味物理展品。將理論與實踐更好地結(jié)合起來，從而開闊知識視野。中級實驗主要是驗證性實驗，讓學生了解物理規(guī)律，對之前所學物理定理、定律有了更加直觀的認識。高級實驗多為綜合設計性實驗，學生自己設計方案、進行實驗操作和研究。對文理科分級，既能讓文科學生得到“手把手”的學習，對理工科學生也是一個提高的過程。通過分級學習，從基礎到提高，轉(zhuǎn)變思維方式，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力，提高了創(chuàng)新意識。

1.2 實驗時間的開放

對于時間的開放，采用在一定的時間內(nèi)自由開放和完全開放兩種方式相結(jié)合[2]。前者指在規(guī)定時間內(nèi)，要求學生完成規(guī)定實驗，但在何時做、做什么實驗由學生自主選擇。完全開放指的學生可以利用課余時間到實驗室內(nèi)，準備競賽項目或研究專業(yè)課題，為培養(yǎng)學生的思維能力和創(chuàng)新能力提供了一個良好的學習場所。這一措施能夠打破課堂時間限制，學生根據(jù)自己的學習規(guī)律合理安排實驗時間，提高了實驗的積極性和主動性。

1.3 實驗資源的開放

實驗資源開放指實驗室內(nèi)所有實驗資源對學生全面開放。通過在實驗室或網(wǎng)上全面展示實驗資源，使學生能在實驗前充分了解各種儀器的功能、特點及使用方法，節(jié)約實驗時間、提高實驗效率，既調(diào)動了學生的積極性，又培養(yǎng)學生自主學習能力。

1.4 “大學物理實驗開放式教學管理系統(tǒng)”的開放

建立開放式物理實驗教學管理系統(tǒng)，提供多方面全方位的物理實驗資源，如：實驗課程、項目設置、實驗教學安排、實驗預約和選課、導師介紹、仿真實驗、實驗成績考核等，具有開放性、共享性和交互性等特點。借助系統(tǒng)，學生可以在網(wǎng)上進行實驗預習、預約、選題、選導師、查看成績以及和老師交流[3]。各級別的學生根據(jù)自己的興趣愛好、動手能力和需要進行選擇，使得從中獲得最大收益。

2 創(chuàng)新性

在教學中我們發(fā)現(xiàn)，許多學生純粹把做實驗當作一項任務，只是按照老師的要求和示范機械地重復操作，被動地接受知識，實際能力根本得不到鍛煉和提高。所以，教師應該引導學生把學習的重點放在“提出問題——設計實驗——總結(jié)規(guī)律”上，讓學生自覺動手、動腦，培養(yǎng)學生學習的自主性，激發(fā)他們的積極性和創(chuàng)造性。

2.1 教學方法的創(chuàng)新

為打破傳統(tǒng)的物理實驗教學方法，一方面可以從課程的編排上改進，將大學物理實驗的內(nèi)容分成不同的層次，使學生更關注物理現(xiàn)象的探索和實驗的物理內(nèi)涵。另一方面可以從教師本身出發(fā)，必須不斷改進指導方法，提高指導能力，引導學生自己思考并找到問題的解決方案，改變依葫蘆畫瓢、包辦代替學生解決問題的習慣。

2.2 教學手段的創(chuàng)新

合理地運用多媒體技術是教學手段改革的一個重要體現(xiàn)，應根據(jù)具體情況進行創(chuàng)新。主要運用在以下方面：（1）用教學錄像輔助物理實驗教學，先觀看教學錄像，再進行重點的講解；（2）將計算機仿真應用在教學中，發(fā)揮計算機界面友好、吸引力強的優(yōu)勢，提高學習物理實驗的積極性；（3）自制電子教案，在取眾家之長的基礎上進行創(chuàng)新，既能使教學內(nèi)容一目了然，又能突出對創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

2.3 教學內(nèi)容上的創(chuàng)新

以往開設的實驗多是驗證性和演示性實驗，單調(diào)而沒有選擇性，且缺乏層次性。從提高學生綜合分析運用能力和創(chuàng)新能力出發(fā)，將實驗教學內(nèi)容分為三個層次：基礎性實驗、綜合性實驗、設計性實驗。基礎性實驗主要學習基本實驗儀器的使用、常見測量方法及數(shù)據(jù)處理的理論與方法等，培養(yǎng)學生的實驗意識、基本操作技能；綜合性實驗的目的在于培養(yǎng)學生的綜合科學素養(yǎng)，學生利用已學的實驗儀器和實驗方法，通過獨立分析完成實驗操作。設計性實驗是指在老師引導下，學生自主查閱資料、設計實驗方案、擬定解決辦法、獨立完成操作，著重培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。endprint

多層次創(chuàng)新實驗體系在教學內(nèi)容上有較大的選擇性，可以有效地激發(fā)學生的積極性和主動性，有利于培養(yǎng)學生綜合運用知識的能力以及創(chuàng)新能力。

2.4 建立虛實結(jié)合的實驗教學平臺

將真實實驗與虛擬（仿真）實驗相結(jié)合，構建了虛實結(jié)合的物理實驗創(chuàng)新教育平臺。仿真實驗系統(tǒng)能營造一個虛擬的實驗環(huán)境，模擬出整個實驗操作的過程，并提供多種實驗方法，實現(xiàn)更為靈活的學習。根據(jù)所學知識，利用仿真實驗平臺可模擬物理實驗、設計制作實驗儀器或器件、選擇最佳方案和參數(shù)等，為學生在真實實驗中進行獨立實驗奠定了基礎[4]，也為學生進行實驗設計和研究探索提供了思路，大大提高了學生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)造能力。

3 應用性

在大學物理實驗的教學中，根據(jù)應用型人才的培養(yǎng)要求，確定相應的人才培養(yǎng)模式，構建具有能力培養(yǎng)特征的實驗教學體系。真正做到以學生為培養(yǎng)主體，增強其創(chuàng)新意識、實事求是的科學態(tài)度以及團結(jié)協(xié)作精神，為日后更好地服務于社會。

3.1 優(yōu)化教學內(nèi)容，突出專業(yè)應用性

新的大學物理實驗課程體系應該打破傳統(tǒng)的力、熱、光、電和近代物理等相互獨立的封閉狀態(tài)，通過對各類實驗有機結(jié)合，加大綜合應用性及設計性實驗開設的力度。同時，結(jié)合不同專業(yè)的特點開設實驗項目，讓物理實驗與專業(yè)課程接軌、與生產(chǎn)實際結(jié)合。例如，在保證基礎實驗的前提下，引入微波技術、激光技術、傳感技術、超導、核磁共振、光纖通信和X射線衍射實驗等現(xiàn)代化技術，增加實驗的應用性、設計性、綜合性。同時，也可以將科研項目帶入課堂，把科研成果或成熟技術轉(zhuǎn)化成實驗教學，提高學生發(fā)現(xiàn)和挖掘問題的能力方便所有學生進入探究性研究[5]。這樣不僅豐富了大學物理實驗的教學內(nèi)容，且提高了學生的學習，興趣拓寬學生的知識面，有利于學生將所學知識應用于工程項目，具有更實際的意義。

3.2 鼓勵學生參加科技創(chuàng)新競賽

組織學生參加各類科技創(chuàng)新比賽，由學生找題目，自行設計方案，獨立完成制作。在此過程中，綜合運用所學知識，獨立地發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析歸納，從而找到解決問題的途徑和方法，加強了對學生應用能力的培養(yǎng)，將學所得到充分實踐。

3.3 提供實踐平臺，建立實踐基地

除了參加學科競賽，還可以建立大學生創(chuàng)新實踐基地，為研究性、創(chuàng)新性實驗項目研究提供實踐平臺。學生在教師指導下進行相對獨立的科研活動，無論從查詢資料、收集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析，還是從硬件和軟件的應用等方面都得到全面的培訓。這樣不僅提高學生理論聯(lián)系實際、理論指導實踐的能力，而且有利于擴大受益范圍，吸引更多的學生加入。

4 結(jié)語

通過多年的工作積累和改革構思，自主性、開放性、創(chuàng)新性的實驗教學體系將在南通大學基礎物理實驗中心進行嘗試性推廣。首先，將在實驗教學網(wǎng)絡化和學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)等方面加大投入，以加快開放式實驗教學的進程；其次，進一步提高實驗教學的質(zhì)量和效益，讓學生在有限的學時內(nèi)獲取更多的知識；最后，還要使教師擺脫事務性的工作，把精力集中到課程建設、教學改革、新人培養(yǎng)、科研工作中，不斷了解和探索新的實驗理論、實驗方法和技術，只有這樣才能加強實驗課程的主動性，提高學生的實驗興趣，加強學生的創(chuàng)新能力，使教學體系的開放性、創(chuàng)新性、應用性改革落實到實處。

參考文獻

[1] 楊栓科，寧改娣，楊建國，等.構建以創(chuàng)新能力為主體的實驗教學體系[J].實驗室研究與探索，2001，21（1）：3-5.

[2] 胡仁杰.營造開放的實驗教學環(huán)境，開展開放式自主實驗教學[J].實驗室研究與探索，2006，25（7）：823-826.

[3] 張威，張曉偉，黃泳，等.多層次開放實驗室漸進式培養(yǎng)創(chuàng)新人才[J].實驗室研究與探索，2010，29（8）：298-300.

[4] 姚茂林.物理實驗實行階梯式開放教學的嘗試[J].實驗科學與技術，2004（2）.

[5] 解光勇，施衛(wèi).“3+1”教學模式在大學物理實驗教學中的探索與實踐[J].大學物理實驗，2008（1）：107-110.endprint