大學(xué)物理開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的構(gòu)建與高校創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)

劉春宇 徐瑛 張志穎 周成城 孫秀平

大學(xué)物理開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的構(gòu)建與高校創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)

劉春宇 徐瑛 張志穎 周成城 孫秀平

（長春理工大學(xué)，吉林長春130022）

大學(xué)物理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是大學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后第一個接觸的一門實(shí)驗(yàn)課程。結(jié)合我校多年大學(xué)物理開放式實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)工作經(jīng)驗(yàn)，以培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、動手能力、創(chuàng)新思維為出發(fā)點(diǎn)，探討開放式教學(xué)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的地位和作用，并對下一步的工作的開展提出幾點(diǎn)建議。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；開放實(shí)驗(yàn)室；創(chuàng)新

物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)的科學(xué)，物理學(xué)上新的突破常常是通過新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，從而促進(jìn)科學(xué)技術(shù)革命，形成新的生產(chǎn)力[1]。物理學(xué)在人才的科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)中具有重要的地位，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課是理工科學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后第一門科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，該課程在培養(yǎng)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)、觀察能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、獨(dú)立工作能力等方面，是其他課程所無法取代的[2]。但在傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生往往過分依賴于實(shí)驗(yàn)講義的內(nèi)容及老師的指導(dǎo)與講解。在這一過程中，做什么實(shí)驗(yàn)？怎么做？應(yīng)該得到什么樣的結(jié)果？都有較為嚴(yán)格的規(guī)定，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中雖然鍛煉的動手能力，但自主思考和創(chuàng)新意識并沒有得到極大的提升。而當(dāng)社會，科技飛速發(fā)展，時代急迫的需要大量具有大量創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。為了滿足社會對高素質(zhì)人才的需求，提高高等院校理工科學(xué)生的創(chuàng)新能力，促進(jìn)大學(xué)物理教學(xué)改革，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量及實(shí)驗(yàn)室儀器的利用率，提出了在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中逐步加強(qiáng)開放式教學(xué)模式的新思維，促進(jìn)高校創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)[3]。

1.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的必要性

目前國內(nèi)多數(shù)高校的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)仍以傳統(tǒng)教學(xué)模式為主，這種教學(xué)存在著許多弊端，如實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為傳統(tǒng)，多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，即驗(yàn)證大學(xué)物理理論課堂上所學(xué)的理論知識，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為單一。這種傳統(tǒng)教學(xué)模式有其開設(shè)的社會經(jīng)濟(jì)背景條件：以前學(xué)生在初、高中物理學(xué)習(xí)階段親自動手操作實(shí)驗(yàn)的機(jī)會較少，動手能力較弱。在大學(xué)低年級的學(xué)習(xí)階段，突然安排難度較高、靈活性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)會使學(xué)生無所適從。但隨著我國社會經(jīng)濟(jì)水平的提高，很多初、高中學(xué)校已經(jīng)具有一定開展基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)的能力和水平，使部分學(xué)生在進(jìn)入大學(xué)之前就已經(jīng)具備一定或相當(dāng)?shù)膭邮植僮髂芰?。此時，再讓這些同學(xué)去重新做他們已經(jīng)做過的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，無疑會打擊學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的積極性；有的實(shí)驗(yàn)題目與學(xué)生專業(yè)相關(guān)性不大，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不濃，參與性不高。這些都會使學(xué)生對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生厭煩的情緒，缺乏創(chuàng)新意識和創(chuàng)新熱情。這些現(xiàn)象均與現(xiàn)代高等學(xué)校教育的宗旨完全相悖，不利于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)要求。

為了滿足現(xiàn)代化教育的要求，培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新能力和個性發(fā)展，逐步嘗試全方位、多層次的開放式教學(xué)模式是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的必然趨勢和發(fā)展方向，是許多高校都在努力探索和實(shí)踐的一項(xiàng)重要課題，對傳統(tǒng)的教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和管理模式的巨大挑戰(zhàn)。

2.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)開放式教學(xué)模式的構(gòu)建

為了培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新、獨(dú)立思考、分析問題、解決問題的能力，滿足現(xiàn)代化社會對高素質(zhì)人才的需求，在高等學(xué)校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)行全方位、多層次、深入的開放式教學(xué)改革是必然的趨勢與發(fā)展方向。同時，也是對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)管理模式和評估手段的巨大挑戰(zhàn)[4-5]。

2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

合理選擇實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，實(shí)行開放型實(shí)驗(yàn)教學(xué)，充分發(fā)揮學(xué)生的自主性，保證實(shí)驗(yàn)室開放效果，同時注意與理論課內(nèi)容的同步性，循序漸進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。我校依據(jù)自身?xiàng)l件，自2005年起逐步實(shí)現(xiàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室的開放，至今所開設(shè)實(shí)驗(yàn)題目均可直接面向我校理、工科學(xué)生全面開放。開設(shè)實(shí)驗(yàn)題目共計32個，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)四個領(lǐng)域；實(shí)驗(yàn)組成分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)和研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)等，形成從基礎(chǔ)物理到近代物理，從基礎(chǔ)操作到綜合能力培養(yǎng)逐步提升的實(shí)驗(yàn)課程體系。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以光學(xué)、電磁學(xué)為主，力學(xué)和熱學(xué)實(shí)驗(yàn)為輔，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的力學(xué)和熱學(xué)實(shí)驗(yàn)多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，而在綜合性、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)中則更多的體現(xiàn)為學(xué)生對力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和電磁學(xué)的綜合技能的培養(yǎng)。

2.2 建設(shè)開放性實(shí)驗(yàn)預(yù)約及管理平臺

充分利用校園網(wǎng)的優(yōu)勢，建立完善的實(shí)驗(yàn)時間網(wǎng)上預(yù)約制度，建立具有自身特色的網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)題目預(yù)約、教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室管理信息平臺，確保開放性大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的順利開展。信息平臺包括控制中心網(wǎng)站、物理多媒體教學(xué)展示平臺（包括大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)課件及物理演示實(shí)驗(yàn)相關(guān)視頻）、開放式實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)上預(yù)約平臺（主要包括實(shí)驗(yàn)題目及需要的相關(guān)儀器，以便實(shí)驗(yàn)老師提前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，并需注明是否用到強(qiáng)激光或化學(xué)試劑等具有危險性物品）、實(shí)驗(yàn)室相關(guān)安全規(guī)定與基礎(chǔ)操作知識的測試平臺、網(wǎng)上查詢系統(tǒng)、教師網(wǎng)上成績評估平臺、學(xué)生網(wǎng)上咨詢平臺等子系統(tǒng)。信息平臺及相關(guān)子系統(tǒng)的建設(shè)及規(guī)范化管理使其教師即完成實(shí)驗(yàn)課堂的前期指導(dǎo)工作、也可實(shí)現(xiàn)課后輔導(dǎo)及成績評定。

我校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室已建立QQ討論群及微信討論群，使老師能夠及時解答學(xué)生關(guān)于實(shí)驗(yàn)預(yù)約、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、分析、實(shí)驗(yàn)報告的發(fā)放、實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)問題的反饋其它實(shí)驗(yàn)相關(guān)的問題。該方法的實(shí)施極為有效的提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性，使師生之間能夠得到更有效率的溝通。

2.3 開放式實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法及教學(xué)手段

根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，采取多種教學(xué)方法相結(jié)合的手段，提高教學(xué)效果。如討論式教學(xué)、互動式教學(xué)和任務(wù)式教學(xué)等教學(xué)方法。教學(xué)中綜合運(yùn)用多種教學(xué)手段，如教師講解、儀器演示、現(xiàn)象模擬和多媒體演示等，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化教學(xué)效果。充分利用校園網(wǎng)絡(luò)對實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行課前預(yù)習(xí)及課后復(fù)習(xí)，使學(xué)生能夠充分學(xué)習(xí)和掌握實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容。同時，在網(wǎng)絡(luò)上可適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)背景及其相關(guān)知識的介紹，如大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較多，涉及的知識面比較廣泛，而課堂時間有限，因此將相關(guān)的背景知識、理論知識在網(wǎng)絡(luò)上共享，滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，也提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

我校是一所以光學(xué)為特色的高等學(xué)校。因此，在大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)題目開設(shè)則考慮以光學(xué)、電學(xué)及近代物理演示實(shí)驗(yàn)為主，以突出光學(xué)的專業(yè)特色。大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)每年可開出近60題目，分上、下兩個學(xué)期，每個學(xué)期3學(xué)時，主要由老師操作并講解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生觀察思考為主。通過近10年的教學(xué)觀察，演示實(shí)驗(yàn)對提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、觀察、分析、理論聯(lián)系實(shí)驗(yàn)?zāi)芰κ欠浅Ｓ行У模瑫r也激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識。

2.4 開放式實(shí)驗(yàn)的考核方法

我?？偨Y(jié)數(shù)年實(shí)驗(yàn)室開放的經(jīng)驗(yàn)，制定了一系列實(shí)驗(yàn)考核方法。針對學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)態(tài)度、操作水平、報告書寫、實(shí)驗(yàn)設(shè)計能力等多方面綜合進(jìn)行評定，納入該題目的最終成績。對不同實(shí)驗(yàn)題目，通過提問的方式考核學(xué)生實(shí)驗(yàn)課前預(yù)習(xí)的程度；通過實(shí)驗(yàn)操作水平來考核學(xué)生動手能力；能過實(shí)驗(yàn)報告來考核學(xué)生綜合分析、數(shù)據(jù)處理、書面表達(dá)，以及課后思考的能力。其中實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理各占總成績的30%，40%和30%。通過全面、綜合評定學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，充分尊重學(xué)生的個性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

2.5 開放式實(shí)驗(yàn)室的管理

有別于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理方法，開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)突出開放性、靈活性及創(chuàng)新性，把一個領(lǐng)域的多個知識點(diǎn)或多個領(lǐng)域的知識內(nèi)容融合于實(shí)驗(yàn)中，使學(xué)生從多個不同的角度、不同的方向去尋找問題的解決方法。開放式實(shí)驗(yàn)室的管理在時間上要更為靈活，我們學(xué)校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室不僅在工作日開放，在休息日也有選擇的開放，更方便學(xué)生對實(shí)驗(yàn)時間的選擇。為了使實(shí)驗(yàn)室開放工作更有成效、持久和深入，我們不斷加強(qiáng)和完善教學(xué)管理和各項(xiàng)規(guī)章制度，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊伍建設(shè)。

3.結(jié)束語

開放性實(shí)驗(yàn)是高等院校培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的要求，是深化高等學(xué)校教學(xué)體制改革、培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力的重要手段之一。實(shí)現(xiàn)開放型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，我們目前還有許多問題需要解決。因此，在接下來的工作中，一方面要豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，保證設(shè)備高效運(yùn)行，完善開放實(shí)驗(yàn)的具體細(xì)節(jié)工作；另一方面，要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教師隊伍建設(shè)、教材建設(shè)、實(shí)驗(yàn)室管理規(guī)章制度建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)信息平臺建設(shè)等。相信在開放性實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)中，我校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量必將得到全面的提升，為培養(yǎng)出同時具備綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的創(chuàng)新型人才打下堅實(shí)基礎(chǔ)。

[1]劉扭參，李俊青.開放式物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索和實(shí)踐[J].河南教育學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，21（1）:58-60.

[2]勞媚媚，徐軍，陳如麟.開放實(shí)驗(yàn)室條件下的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革新探[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，29（8）:235-237.

[3]張志芹.加強(qiáng)開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011，28(8):287-290.

[4]艾莉，馬駿，汪子棟，劉淑芳.開放物理實(shí)驗(yàn)室加強(qiáng)物理實(shí)踐教學(xué)[J].甘肅科技，2005，21（8）:207-208.

[5]杜顏伶.綜合性大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)改革的探索與實(shí)踐[J].高校實(shí)驗(yàn)室工作研究，2012，114（4）:24-25.

（責(zé)任編輯：方少卿）

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1671-752X（2015）04-0060-02

2015-08-27

劉春宇（1978-），女，河北灤縣人，長春理工大學(xué)理學(xué)院講師，博士，研究方向：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)、光譜學(xué)與光譜分析技術(shù)。

2014-2015年度長春理工大學(xué)高等教育教學(xué)研究課題“大學(xué)物理開放式實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與研究”；2012-2014年度吉林省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2011年度課題“美國創(chuàng)新教育與中國高校素質(zhì)教育的對比研究”（編號：GH11118）；2012-2014年度國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“高壓含鋰輕元素二元合金超導(dǎo)電性的第一性原理研究”（編號：11104019）。