“三位一體”大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索與實(shí)踐

蔣愛華，唐文強(qiáng)，李　明，肖劍榮

（桂林理工大學(xué)理學(xué)院，廣西桂林541004）

“三位一體”大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索與實(shí)踐

蔣愛華，唐文強(qiáng)，李明，肖劍榮

（桂林理工大學(xué)理學(xué)院，廣西桂林541004）

文章針對(duì)目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)面臨的一些問題和困難，結(jié)合桂林理工大學(xué)的理工科專業(yè)特點(diǎn)，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中實(shí)施了“教學(xué)內(nèi)容分模塊與分類別”“專業(yè)知識(shí)滲透”和“課外科技活動(dòng)創(chuàng)新”互相融合“三位一體”的教學(xué)改革與探索，取得了很好的教學(xué)效果。

三位一體；大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革實(shí)踐

國務(wù)院《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》及教育部《關(guān)于開展“十二五”高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)工作的通知》的頒布與實(shí)施，要求高等學(xué)校教育必須以專業(yè)為基礎(chǔ)、教學(xué)科研協(xié)同、注重因材施教、校企之間及高校本身形成優(yōu)質(zhì)資源，促進(jìn)社會(huì)新常態(tài)下應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)；同時(shí)，要求在人才培養(yǎng)過程中，要堅(jiān)持以人為本，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，提出高校必須堅(jiān)持教學(xué)內(nèi)容、方法、手段改革。隨著高校擴(kuò)招，學(xué)生規(guī)模增大，部分地方高校教學(xué)資源嚴(yán)重不足，給高等教育創(chuàng)新應(yīng)用型人才的培養(yǎng)帶來了挑戰(zhàn)。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是高等教育的基礎(chǔ)課程之一，在理工科類高校中其地位更顯重要，其基本知識(shí)和技能是學(xué)習(xí)、掌握后繼專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的必備基礎(chǔ)。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力、敏銳的洞察力，更能培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、創(chuàng)新思維與能力。但遺憾的是，現(xiàn)階段的理工類的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)大部分是局限于教學(xué)任務(wù)的完成，設(shè)置的教學(xué)內(nèi)容很少綜合學(xué)生的基礎(chǔ)、興趣及專業(yè)等因素，沒有考慮因材施教，影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

針對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)所面臨的問題，結(jié)合桂林理工大學(xué)理工科各專業(yè)的課程特點(diǎn)對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)的改革，構(gòu)建了教學(xué)內(nèi)容、專業(yè)知識(shí)和課外活動(dòng)“三位一體”大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式，即對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分模塊與分類別處理，對(duì)不同的專業(yè)在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行專業(yè)知識(shí)滲透，以及把課外科技活動(dòng)創(chuàng)新作為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的一個(gè)有益的補(bǔ)充三者有機(jī)融合的教學(xué)模式。

一、“三位一體”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的構(gòu)建

（一）教學(xué)內(nèi)容分模塊與類別

在具體的教學(xué)安排及實(shí)驗(yàn)過程中，我們把大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的預(yù)備實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)、綜合型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)、研究型實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)類型分成三個(gè)模塊：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)；演示與仿真實(shí)驗(yàn)；綜合與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。這個(gè)模塊分類方面與全國大部分高?；疽恢?，但是我們?cè)谶x課的環(huán)節(jié)上，讓學(xué)生有更多的自主權(quán)。學(xué)生可根據(jù)自身基礎(chǔ)、興趣愛好和能力，在保證實(shí)驗(yàn)總量的前提下，可自主確定、適當(dāng)調(diào)整三個(gè)模塊實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的比例。教學(xué)內(nèi)容及方法上按照認(rèn)知規(guī)律進(jìn)行教學(xué)，綜合考慮由淺入深、難易結(jié)合、循序漸進(jìn)。實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容設(shè)置遵從教學(xué)法的一般規(guī)律，知識(shí)由易到難、從基礎(chǔ)到前沿、由打基礎(chǔ)到攻難關(guān)，逐漸培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力及素質(zhì)。

桂林理工大學(xué)自1952年建校以來，現(xiàn)已逐步發(fā)展成為一所以工學(xué)為主，理、管、文、經(jīng)、法、藝7大學(xué)科門類的應(yīng)用型大學(xué)。近年來，學(xué)校對(duì)教學(xué)工作十分重視，特別對(duì)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革十分關(guān)注，這給大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革及發(fā)展帶來了機(jī)遇。針對(duì)我校的原有以地質(zhì)類、土木類專業(yè)為基礎(chǔ)，環(huán)境類、材料類和化學(xué)類專業(yè)迅速發(fā)展的具體實(shí)際，將大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容分為理科類、工科類兩個(gè)大類別，其中工科類又分為A和B兩小類。理科類的全部實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)為64學(xué)時(shí)，其教學(xué)內(nèi)容側(cè)重于物理實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)和基本原理的了解與掌握，該類主要應(yīng)用于信息與計(jì)算科學(xué)、地球物理等7個(gè)理科專業(yè)，同時(shí)，我們也注重該類大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容增添了一些與對(duì)應(yīng)專業(yè)相結(jié)合的前沿理論與知識(shí)。教學(xué)過程中，強(qiáng)化物理學(xué)知識(shí)的研究方法和思維能力的培養(yǎng)，并且對(duì)實(shí)驗(yàn)有關(guān)物理學(xué)規(guī)律及原理方面闡述比較詳細(xì)。工科A類的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)為48學(xué)時(shí)，主要應(yīng)用于土木工程、化學(xué)工程與工藝等15個(gè)工科專業(yè)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)大學(xué)物理的基本理論與學(xué)生的專業(yè)知識(shí)相結(jié)合。工科B類的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)為32學(xué)時(shí)，降低了基本理論知識(shí)的要求，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，適用于電子信息工程、通信工程和網(wǎng)絡(luò)工程等其余工科類專業(yè)，對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了大幅度的簡(jiǎn)化，注重培養(yǎng)學(xué)生在專業(yè)工程技術(shù)中的一些基本技能。

（二）專業(yè)知識(shí)滲透教學(xué)的理念實(shí)踐

不同的專業(yè)其專業(yè)定位和人才培養(yǎng)目標(biāo)存在差異，且其后續(xù)學(xué)科專業(yè)課基本完全不同，故各專業(yè)對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)需求的側(cè)重點(diǎn)存在較大的差別。因此，在保持物理實(shí)驗(yàn)原有內(nèi)容體系的基礎(chǔ)上，對(duì)不同的專業(yè)教學(xué)突出結(jié)合專業(yè)的具體需要而有側(cè)重地設(shè)置課程內(nèi)容，即不同專業(yè)可自身定制教學(xué)內(nèi)容，實(shí)施相關(guān)教學(xué)。

土木、地質(zhì)類專業(yè)的主干專業(yè)課程大多與工程力學(xué)相關(guān)，而其研究的主要內(nèi)容為連續(xù)體或其系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及變化規(guī)律描述的主要是對(duì)力的有關(guān)參量與系統(tǒng)外參量的相互影響和相互作用，其基本理論與物理學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)系、剛體力學(xué)與流體力學(xué)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相一致。因此，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中加強(qiáng)了力學(xué)方面的相關(guān)知識(shí)的滲透，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)原理的教學(xué)中增加一些質(zhì)點(diǎn)力學(xué)和剛體力學(xué)方面的理論知識(shí)。

化學(xué)、材料類專業(yè)的無機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)等課程是化學(xué)與材料類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，但其內(nèi)容均有一定的難度，無機(jī)化學(xué)課程與原子物理學(xué)課程的知識(shí)有很大的類似之處，均是有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本原理；而物理化學(xué)課程與熱學(xué)和熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理課程內(nèi)容很大的相關(guān)性，如熱力學(xué)三大定律以及熱學(xué)中的一些基本概念是物理學(xué)中熱力學(xué)內(nèi)容的擴(kuò)展。因此，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中加強(qiáng)了物質(zhì)結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)及量子論的相關(guān)內(nèi)容的滲透。

電子、通信類專業(yè)的電子與通信類課程與物理學(xué)中的電磁學(xué)有深刻的聯(lián)系，物理學(xué)中側(cè)重于理論上的描述，而電子與通信類專業(yè)課程中強(qiáng)調(diào)的是應(yīng)用。在其專業(yè)課程中，核心是“路論”，其基本理論是電磁學(xué)中的場(chǎng)論，只是理論應(yīng)用于以各類電路系統(tǒng)。電磁場(chǎng)的描述、場(chǎng)與場(chǎng)源的相互作用、矢量場(chǎng)的基本知識(shí)與基本規(guī)律等是電路系統(tǒng)中的能量流、物質(zhì)流及信息流的物理基礎(chǔ)，大部分是關(guān)于“場(chǎng)論”的知識(shí)都是“路論”的基礎(chǔ)。因此，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中把“場(chǎng)論”與“路論”結(jié)合起來。

（三）課外科技活動(dòng)創(chuàng)新的探索

課外科技活動(dòng)創(chuàng)新主要以演示實(shí)驗(yàn)室和物理協(xié)會(huì)等為載體，以科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)為主要形式，以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目為推動(dòng)力，以培養(yǎng)學(xué)生的科技探索意識(shí)和科技創(chuàng)新能力為目標(biāo)，它有效地培養(yǎng)了學(xué)生的興趣愛好，挖掘了學(xué)生的潛能，促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為此，我們?cè)谝韵聨讉€(gè)方面進(jìn)行探索與實(shí)踐。

桂林理工大學(xué)在2005年新建物理演示實(shí)驗(yàn)室，最初為40多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，后期陸續(xù)增加實(shí)驗(yàn)儀器，至2012年增加到近100個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目成倍增長，給學(xué)生提供了很好的實(shí)驗(yàn)條件與環(huán)境，豐富了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。同時(shí)，我們也改革了大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室的管理模式，演示實(shí)驗(yàn)室由應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)高年級(jí)學(xué)生管理，全面對(duì)學(xué)生實(shí)行實(shí)驗(yàn)室開放式，為愛好大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)生提供了良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

桂林理工大學(xué)大學(xué)生物理協(xié)會(huì)于2008年成立，主要是由應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)學(xué)生承擔(dān)一切協(xié)會(huì)工作，應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)教師在知識(shí)方面做一些專業(yè)指導(dǎo)。物理協(xié)會(huì)專門建立科技活動(dòng)小組，開展你身邊的物理知識(shí)與現(xiàn)象講座、日用家電維修、小型實(shí)驗(yàn)儀器維修與改造和理學(xué)院數(shù)理文化節(jié)等活動(dòng)，組織學(xué)生參加全國電子設(shè)計(jì)大賽及各種科技競(jìng)賽活動(dòng)等，充分地把物理實(shí)驗(yàn)課程中的基本理論與基本技能運(yùn)用到日常生活與學(xué)習(xí)之中。通過這些活動(dòng)取得的成績(jī)，使學(xué)生有了較大的成就感，也更深刻地懂得了學(xué)好大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的重要性。

二、教學(xué)改革與實(shí)踐成效

通過近5年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐，實(shí)驗(yàn)室教師先后發(fā)表教學(xué)改革研究論文30余篇；出版了物理實(shí)驗(yàn)教材2套；組織教師編制了與教材配套的多媒體課件；建立了基于校園網(wǎng)的“物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”網(wǎng)站。近幾年，學(xué)生在全國和區(qū)級(jí)電子設(shè)計(jì)大賽、廣西創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目和大學(xué)生科技立項(xiàng)中成績(jī)顯著；教師參與教學(xué)改革的積極性也有了較大的改善。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀教師，一些優(yōu)秀教學(xué)成果，近幾年來，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心教師分別獲得校級(jí)“十佳青年科技工作者”“學(xué)生科技活動(dòng)優(yōu)秀指導(dǎo)教師”“實(shí)驗(yàn)講課比賽一、二等獎(jiǎng)”“優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員”等榮譽(yù)。共獲得7項(xiàng)國家及省部級(jí)科研基金資助項(xiàng)目，3項(xiàng)省部級(jí)教改項(xiàng)目，4項(xiàng)校級(jí)教學(xué)工程改革項(xiàng)目。

編輯/岳鳳

蔣愛華（1967－），女，湖南隆回人，本科，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向：薄膜材料。

廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2012JGA146、2015JGB257）；桂林理工大學(xué)教改工程項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2012B08、2013JG35）