以物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高本科生科學(xué)與創(chuàng)新實(shí)踐能力

王丹+林曉瓏+張鳳琴

[摘 要] 為培養(yǎng)本科生創(chuàng)新實(shí)踐能力，吉林大學(xué)物理中心在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面進(jìn)行了嘗試與探索，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師隊(duì)伍，建立了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)層次化的教學(xué)新體系，實(shí)現(xiàn)教學(xué)環(huán)境的創(chuàng)新化，為學(xué)生的培養(yǎng)搭建了優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

[關(guān)鍵詞] 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新實(shí)踐能力；教學(xué)

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 17. 104

[中圖分類號(hào)] G420 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2017）17- 0217- 02

0 引 言

21世紀(jì)初，我國(guó)提出了建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的戰(zhàn)略目標(biāo)，其目標(biāo)是使科技發(fā)展成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的有力支撐。創(chuàng)新型國(guó)家需要?jiǎng)?chuàng)新型的人才，在大學(xué)課程教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和工程實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作精神的重要環(huán)節(jié)。吉林大學(xué)根據(jù)國(guó)家培養(yǎng)創(chuàng)新型人才戰(zhàn)略要求，以及教育部高等學(xué)校物理學(xué)和天文學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委會(huì)制定的《理工科類大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)基本要求》和《吉林大學(xué)本科生培養(yǎng)方案》，公共物理教學(xué)與研究中心不斷更新教學(xué)理念，樹立了“以學(xué)生為根本，知識(shí)、能力、素質(zhì)教育協(xié)調(diào)發(fā)展”的教學(xué)目標(biāo)和以“能力培養(yǎng)為核心”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。從物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱的制定、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置、教學(xué)方法的改進(jìn)，到實(shí)驗(yàn)教材的編寫，以及教學(xué)模式的運(yùn)行都是以提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力為核心而實(shí)施的，從而搭建了全面開放的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。經(jīng)過多年的實(shí)踐，已經(jīng)形成了自己的特色。

1 建立大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)層次化教學(xué)新體系

吉林大學(xué)公共物理教學(xué)與研究中心每年承擔(dān)著全校80多個(gè)專業(yè)，6 000余名本科生的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。針對(duì)專業(yè)多、學(xué)生多、學(xué)生水平參差不齊等現(xiàn)實(shí)，物理中心以形式多樣、多層次、模塊化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和工程實(shí)踐能力為核心，以“預(yù)科實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)”五級(jí)層次為整體構(gòu)架，按照循序漸進(jìn)的認(rèn)知規(guī)律，建立了適應(yīng)多學(xué)科人才培養(yǎng)目標(biāo)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系。

1.1 預(yù)科實(shí)驗(yàn)

將“力學(xué)基本儀器與訓(xùn)練”“電學(xué)基本儀器與訓(xùn)練”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分配到預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)室，由學(xué)生自學(xué)完成。在預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)室中配備了電腦，安裝了實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)，并在系統(tǒng)中設(shè)置了：實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的預(yù)習(xí)指南、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理、注意事項(xiàng)、思考與討論等欄目，實(shí)驗(yàn)操作一欄中還有視頻演示等相關(guān)內(nèi)容。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到問題時(shí)，可以通過音頻、視頻的方式與教師實(shí)時(shí)進(jìn)行答疑和互動(dòng)，或者與其他學(xué)生在群里討論。預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生需要在網(wǎng)上提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)提高了學(xué)生的積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)和自學(xué)能力。

1.2 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)重在對(duì)物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想、基本實(shí)驗(yàn)方法、基本操作技能的訓(xùn)練。該系列實(shí)驗(yàn)是面向剛接觸實(shí)驗(yàn)課程的二年級(jí)本科生而開設(shè)的，包括必修實(shí)驗(yàn)和基礎(chǔ)性選做實(shí)驗(yàn)?；A(chǔ)性必修實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目涉及了力、電、光、電子等方面基本儀器的使用、基本方法的訓(xùn)練。學(xué)生通過這四個(gè)必修實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目訓(xùn)練，為進(jìn)入選修實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。在基礎(chǔ)性選修實(shí)驗(yàn)?zāi)K中有十幾個(gè)題目，在網(wǎng)上以開放模式供選擇，學(xué)生可根據(jù)個(gè)人專業(yè)和興趣來選定實(shí)驗(yàn)題目和時(shí)間。

1.3 綜合性實(shí)驗(yàn)

該系列實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)、技術(shù)和基本實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行綜合。實(shí)驗(yàn)設(shè)置十幾個(gè)題目，其內(nèi)容涉及多個(gè)領(lǐng)域綜合知識(shí)或多種實(shí)驗(yàn)方法和手段的綜合運(yùn)用。通過完成綜合性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用基本實(shí)驗(yàn)技能和方法解決復(fù)雜的物理測(cè)量問題的能力；使學(xué)生系統(tǒng)掌握物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想、實(shí)驗(yàn)方法和技巧，加深了學(xué)生對(duì)相關(guān)物理理論的理解，加快了學(xué)生對(duì)現(xiàn)代物理技術(shù)的掌握，鞏固了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理的能力。

1.4 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

該系列實(shí)驗(yàn)由學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的教學(xué)要求，獨(dú)自查閱資料并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，由教師審閱并對(duì)可行性把關(guān)。如果設(shè)計(jì)方案合理，學(xué)生則可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求選擇儀器并獨(dú)自完成實(shí)驗(yàn)，最后提交實(shí)驗(yàn)總結(jié)或研究報(bào)告。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)開發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，提高了學(xué)生獨(dú)立應(yīng)用知識(shí)分析問題和解決問題的能力。

1.5 創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

該系列實(shí)驗(yàn)主要面向完成了預(yù)科、基礎(chǔ)、綜合、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，并在實(shí)驗(yàn)中凸顯出優(yōu)勢(shì)的學(xué)生。以實(shí)驗(yàn)室為依托，以教師承擔(dān)的科研項(xiàng)目為基礎(chǔ)，由教師指定題目，內(nèi)容主要涉及科研工程中的物理學(xué)問題，充分體現(xiàn)了我校的學(xué)科特色，深化了物理知識(shí)的工程應(yīng)用。通過學(xué)校的創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)發(fā)布項(xiàng)目指南面向本科生開放，實(shí)現(xiàn)教師、學(xué)生雙向選擇，并鼓勵(lì)多人合作、共同完成實(shí)驗(yàn)工作。為了保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，學(xué)校經(jīng)過篩選，對(duì)批準(zhǔn)立項(xiàng)的實(shí)驗(yàn)給予一定的資金支持，由實(shí)驗(yàn)室提供創(chuàng)新活動(dòng)基地并向?qū)W生開放設(shè)備資源，提供實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)耗材幫助。完成創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生需要提交論文或?qū)嵨镒髌?。通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，學(xué)生較早地接觸到科研項(xiàng)目，學(xué)會(huì)了自己查閱論文，初步掌握科學(xué)研究的基本方法和過程，完成了科學(xué)研究的基礎(chǔ)訓(xùn)練過程。也為本科生攻讀研究生或從事研究工作起到鋪墊的作用。

2 配備創(chuàng)新型的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)隊(duì)伍

物理中心組建了具有豐富科研經(jīng)驗(yàn)的的教學(xué)團(tuán)隊(duì)?？v向上，按照研究方向?qū)⒔虒W(xué)團(tuán)隊(duì)劃分為若干指導(dǎo)教師組，每組指定一名教授作為項(xiàng)目帶頭人，組員由副教授、青年骨干教師構(gòu)成，形成階梯化的、可持續(xù)發(fā)展的學(xué)科指導(dǎo)體系。橫向上，建立定期交流機(jī)制，組與組之間相互交流經(jīng)驗(yàn)，集思廣益，拓展思維，不斷充實(shí)完善指導(dǎo)方法，最大限度地發(fā)揮指導(dǎo)幫帶效能，逐步構(gòu)建縱向到底、橫向到邊的人才培養(yǎng)體系。

3 構(gòu)建創(chuàng)新型的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境

配備適合五級(jí)層次培養(yǎng)模式的教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備。利用教育部改善基礎(chǔ)辦學(xué)條件專項(xiàng)資金和吉林大學(xué)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備類建設(shè)計(jì)劃項(xiàng)目資金，完善基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)儀器的配套工作，從硬件方面為創(chuàng)新研究型教學(xué)環(huán)境提供保障。endprint

實(shí)施多樣化課堂教學(xué)形式，營(yíng)造研究性教學(xué)氛圍。將啟發(fā)式、提問式、討論式、研究式等多種教學(xué)形式運(yùn)用于物理實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中。啟發(fā)學(xué)生去思考實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)思想、實(shí)驗(yàn)方法、操作技術(shù)等方面找出與工程實(shí)際的結(jié)合點(diǎn)；以問題帶動(dòng)學(xué)生的發(fā)散性思維，促使學(xué)生主動(dòng)思考并提出問題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情；因材施教，發(fā)掘?qū)W生創(chuàng)造潛質(zhì)。通過師生之間、學(xué)生之間相互提問和共同討論的方式，使學(xué)生從知識(shí)的被動(dòng)接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)的主動(dòng)探索者，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和探索精神。

4 建設(shè)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)及創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的網(wǎng)絡(luò)支撐平臺(tái)

物理中心除建立了本科生網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)外，還搭建了提供輔助教學(xué)和管理的網(wǎng)絡(luò)支撐平臺(tái)，及時(shí)向?qū)W生和教師發(fā)布課程通知，公布實(shí)驗(yàn)室的動(dòng)態(tài)新聞。學(xué)生可以在網(wǎng)上選課，了解實(shí)驗(yàn)介紹、實(shí)驗(yàn)要求和教學(xué)信息。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)網(wǎng)上自選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)時(shí)間，除必修實(shí)驗(yàn)外，學(xué)生可依據(jù)專業(yè)和興趣自由選擇實(shí)驗(yàn)題目。并可利用實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)課程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、上傳實(shí)驗(yàn)方案與作品，查詢作業(yè)成績(jī)。教師可以在網(wǎng)上查詢實(shí)驗(yàn)課表和學(xué)生名單，了解實(shí)驗(yàn)課程的安排，錄入學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的建立，為教學(xué)提供了更加廣闊、靈活的空間，給學(xué)生提供了資源量大、覆蓋面廣的課程資源庫(kù)，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容得到時(shí)間和空間的延伸。2008年，“吉林大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)管理及大學(xué)生物理創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)的網(wǎng)絡(luò)支撐平臺(tái)” 獲得吉林省高等學(xué)校教育技術(shù)成果三等獎(jiǎng)；“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理平臺(tái)”獲吉林大學(xué)教學(xué)成果一等獎(jiǎng)。

5 結(jié) 語(yǔ)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)本科生創(chuàng)新實(shí)踐能力培育平臺(tái)的建立及作用，激發(fā)了本科生學(xué)習(xí)的主動(dòng)意識(shí)與創(chuàng)新精神，豐富了本科生的思維層次與知識(shí)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了本科生的全面發(fā)展與個(gè)性培育，有效提高了本科生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，受到了絕大多數(shù)學(xué)生的充分肯定和高度贊揚(yáng)。目前已有多名本科生通過參加創(chuàng)新實(shí)踐，獲得了國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課題，并有多篇以創(chuàng)新項(xiàng)目為內(nèi)容的論文公開發(fā)表。此外，依托該平臺(tái)確立的“工程物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革”省重點(diǎn)教改課題，已通過了吉林省教育廳鑒定。

主要參考文獻(xiàn)

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