基于新時(shí)期人才培養(yǎng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新改革

蘇巍　陳秉巖　張敏

摘 要 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程作為高校教學(xué)過(guò)程中重要的一環(huán)，在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力和科研素養(yǎng)方面具有理論課程不能替代的作用。針對(duì)新時(shí)期人才培養(yǎng)新要求，提出從凝練教材內(nèi)容、拓展教學(xué)方法、開(kāi)設(shè)課外實(shí)驗(yàn)、改革考核模式等方面對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行全方位改革。從而有效提升本科生綜合素質(zhì)，培養(yǎng)出能適應(yīng)市場(chǎng)需求的創(chuàng)新型人才。

關(guān)鍵詞 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 教學(xué)改革 創(chuàng)新實(shí)踐

中圖分類(lèi)號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2018.02.050

Innovation and Reform of University Physics Experiment Teaching Based on Talents Cultivation in the New Period

SU Wei， CHEN Bingyan， ZHANG Min

（Hohai University， Changzhou， Jiangsu 213022）

Abstract As an important part of university teaching， college physics experiment teaching has an irreplaceable role on training students in the practical ability and scientific literacy. Propose an omnibearing reformation at the teaching materials， teaching method， extracurricular experiment and assessment model based on the？new requirements of talents education under new circumstances. And improve the undergraduates' comprehensive quality to meet the market's demand.

Keywords College physics experiment； Teaching reform； Innovation practice

0 引言

2016年12月7日，習(xí)近平總書(shū)記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào)，“高等教育發(fā)展水平是一個(gè)國(guó)家發(fā)展水平和發(fā)展?jié)摿Φ闹匾獦?biāo)志。實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興，教育的地位和作用不可忽視。我們對(duì)高等教育的需要比以往任何時(shí)候都更加迫切，對(duì)科學(xué)知識(shí)和卓越人才的渴求比以往任何時(shí)候都更加強(qiáng)烈”。21世紀(jì)的競(jìng)爭(zhēng)，歸根結(jié)底是人才的競(jìng)爭(zhēng)，而人才質(zhì)量的提高需要依靠高水平的教育。相比于國(guó)際高水準(zhǔn)，中國(guó)在人才培養(yǎng)上的質(zhì)量還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此，習(xí)總書(shū)記才會(huì)用“更加迫切”、“更加強(qiáng)烈”這樣的表述，決心可見(jiàn)一斑。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育的重要環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力方面具有理論教學(xué)所不可替代的作用，在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力方面也有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。[1-2]高校物理實(shí)驗(yàn)中心必須以提升人才培養(yǎng)和科技創(chuàng)新為主線，以加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力為宗旨，積極探索新時(shí)期下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)工作。[3-7]只有不斷將現(xiàn)代物理技術(shù)引入到物理實(shí)驗(yàn)課程中來(lái)，才能培養(yǎng)出順應(yīng)時(shí)代發(fā)展需要的大學(xué)生。

1 目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題

1.1 知識(shí)體系陳舊

多數(shù)高校的物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都是上世紀(jì)八九十年代形成和確定下來(lái)并沿用至今的，部分內(nèi)容已完全不能適應(yīng)當(dāng)前時(shí)代的發(fā)展和需求。此外，部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容過(guò)于簡(jiǎn)單，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程連講帶做不到一小時(shí)就能完成，體現(xiàn)不出高水平的教學(xué)質(zhì)量，學(xué)生好像在走過(guò)場(chǎng)，不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。[8]

1.2 教學(xué)形式單一

傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)課程以教師講授及演示整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程為先，學(xué)生只需記住教師的操作過(guò)程即可完成實(shí)驗(yàn)。這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法優(yōu)點(diǎn)是便于總體管理，有利于學(xué)生在有限時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。缺點(diǎn)是學(xué)生的自我探索能力和創(chuàng)新能力得不到提高，并且講授法也做不到因材施教。

1.3 考核方法簡(jiǎn)單

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)考核主要以每次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告及最后的理論課考試兩部分為主，這樣的考核方法有利于公平公正。缺點(diǎn)是不能全面考查學(xué)生的綜合素質(zhì)，包括動(dòng)手能力、問(wèn)題表達(dá)及解決能力、創(chuàng)新能力等等。并且這樣的考核方式會(huì)讓學(xué)生對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的理解局限在拿學(xué)分、拿績(jī)點(diǎn)上，造成學(xué)生在考試前死背各種物理原理，卻做不到學(xué)以致用。

2 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施

2.1 凝練提升，著力建設(shè)創(chuàng)新研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

凝練原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合科學(xué)技術(shù)發(fā)展和社會(huì)重大需求，加大創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的建設(shè)力度。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)大部分高校的物理實(shí)驗(yàn)教材知識(shí)陳舊已是公認(rèn)的事實(shí)。然而，陳舊的知識(shí)并不是毫無(wú)利用價(jià)值。眾所周知，要發(fā)現(xiàn)全新的理論很難，但利用已有的知識(shí)來(lái)尋找新的應(yīng)用方向則相對(duì)容易。[9]因此凝練原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，開(kāi)展新的應(yīng)用研究性實(shí)驗(yàn)就顯得非常重要。當(dāng)然，為已有的物理知識(shí)尋找新的出路絕不是一件簡(jiǎn)單的事。難點(diǎn)在于教師在充分掌握現(xiàn)代物理技術(shù)知識(shí)的基礎(chǔ)上，還需不斷挖掘市場(chǎng)新需求。基于這種情況，教師工作不能局限在學(xué)校中，也需要走出校園，充分調(diào)研市場(chǎng)發(fā)展需求，開(kāi)設(shè)對(duì)學(xué)生真正有用的實(shí)驗(yàn)課程。

河海大學(xué)根據(jù)工科大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，與南京大學(xué)周進(jìn)、沙振舜等物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域的知名教授合作，撰寫(xiě)了21實(shí)際高等院校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革師范教材——《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)（工科）》。[10]教材專(zhuān)門(mén)補(bǔ)充了傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)原理在工程技術(shù)中的應(yīng)用介紹。為了培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、解決問(wèn)題和自主創(chuàng)新的綜合素質(zhì)和能力，專(zhuān)門(mén)在教材中編寫(xiě)了傳感器技術(shù)、聲學(xué)技術(shù)、大氣壓等離子體技術(shù)等近代物理技術(shù)的基本物理原理及其大量科技創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)踐參考。該教材的發(fā)行，受到了國(guó)內(nèi)眾多高校的好評(píng)。

此外，在物理實(shí)驗(yàn)課程中應(yīng)該多開(kāi)展與實(shí)際應(yīng)用密切相關(guān)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在課程教學(xué)過(guò)程中注意調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，激發(fā)他們的創(chuàng)新意識(shí)和才能。

2.2 因材施教，開(kāi)放課外實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生

每一位大學(xué)生都是通過(guò)層層選拔，最后考入大學(xué)，都有著幾乎相同的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，但每位學(xué)生又都來(lái)自五湖四海，每個(gè)學(xué)生的興趣愛(ài)好、知識(shí)儲(chǔ)備、動(dòng)手能力等也各不相同。相信現(xiàn)在的大學(xué)生完成基本的實(shí)驗(yàn)課程不成問(wèn)題，但對(duì)于一些動(dòng)手能力或者思考問(wèn)題能力突出的同學(xué)，可以進(jìn)行深層次培養(yǎng)。因此大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程在做好常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)之余，也應(yīng)做到因材施教。例如可以開(kāi)設(shè)一些選修實(shí)驗(yàn)課，并在此基礎(chǔ)上選拔一些優(yōu)秀的學(xué)生參加大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新競(jìng)賽。

選修實(shí)驗(yàn)課在內(nèi)容設(shè)置上，應(yīng)當(dāng)較常規(guī)實(shí)驗(yàn)課更有挑戰(zhàn)性，并且在教學(xué)方法上也應(yīng)有所區(qū)分。常規(guī)的實(shí)驗(yàn)課一般都以教師演示為先，學(xué)生在觀察完整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程以后開(kāi)始操作。選修實(shí)驗(yàn)課則可以在教師介紹完基本的實(shí)驗(yàn)原理后，讓學(xué)生自己摸索實(shí)驗(yàn)過(guò)程，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力。在這個(gè)過(guò)程中，教師需要有敏銳的眼光去發(fā)現(xiàn)具有特長(zhǎng)的學(xué)生，進(jìn)一步引導(dǎo)他們參加更多的競(jìng)賽項(xiàng)目。在培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生的過(guò)程中，要注意拓寬他們的物理基礎(chǔ)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)技術(shù)知識(shí)。一個(gè)競(jìng)賽項(xiàng)目的展開(kāi)，會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)這些問(wèn)題一步步的解決，不僅能讓學(xué)生學(xué)到豐富的課外知識(shí)，拓展見(jiàn)識(shí)，也能促進(jìn)教師能力的提高。因此，針對(duì)大學(xué)生的特點(diǎn)，教師應(yīng)當(dāng)在物理實(shí)驗(yàn)課的基礎(chǔ)上，最大限度地做到因材施教，努力做到讓每個(gè)學(xué)生都有出彩的機(jī)會(huì)。

2.3 改革考核方式，體現(xiàn)學(xué)生綜合素質(zhì)的層次性

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)考核一般通過(guò)綜合平時(shí)成績(jī)和期末筆試成績(jī)得出最終成績(jī)。這樣的考核方式可以能體現(xiàn)出一定的公平性，但并不能很好地體現(xiàn)學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)素質(zhì)。實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程是對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的一種考查，更是對(duì)學(xué)生綜合能力和綜合素質(zhì)的考查。尤其是對(duì)設(shè)計(jì)類(lèi)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)合理性、操作性及完成情況等方面的綜合打分，考核了學(xué)生的綜合素質(zhì)，包括學(xué)生的自主能力、創(chuàng)新能力及科研能力等。此外對(duì)于選修實(shí)驗(yàn)還可以通過(guò)讓學(xué)生提交研究報(bào)告來(lái)評(píng)判，這其中包括論文格式、研究方案、結(jié)果與分析等方面。通過(guò)撰寫(xiě)研究報(bào)告，不僅可以訓(xùn)練學(xué)生撰寫(xiě)科技論文的能力，還能讓學(xué)生掌握分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和描述問(wèn)題的能力。

2.4 拓展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，豐富教學(xué)內(nèi)容

2013年9月，教育部高等教育司提出《關(guān)于開(kāi)展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》，希望高校在開(kāi)設(shè)常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的同時(shí)，還能開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，做到虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛。常規(guī)的物理實(shí)驗(yàn)一般能讓學(xué)生產(chǎn)生許多宏觀的認(rèn)識(shí)，例如光照射光柵，學(xué)生能直觀地觀察到遠(yuǎn)端的條紋，但不能觀察到光傳輸過(guò)程中電磁場(chǎng)在空間中的分布情況。而采用光學(xué)仿真軟件，則能很直觀地反映出電磁波在空間中的傳輸過(guò)程。通過(guò)這樣的虛擬實(shí)驗(yàn)演示，不僅能提高學(xué)生對(duì)微觀物理過(guò)程的認(rèn)知，還能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，相比傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)，仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)還具有成本低、消耗少、安全性高等優(yōu)勢(shì)。

3 我校實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法心得及取得的成果

我校物理實(shí)驗(yàn)中心近年來(lái)不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，在實(shí)踐中形成了預(yù)習(xí)、操作、記錄和器材審簽、撰寫(xiě)報(bào)告和考核的過(guò)程管理方法，通過(guò)詳細(xì)的環(huán)節(jié)要求，有效督促了學(xué)生學(xué)習(xí)及教師管理。[11]

近幾年，河海大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心還通過(guò)構(gòu)建多學(xué)科交叉的教學(xué)隊(duì)伍，立足使用“以先進(jìn)的設(shè)備培養(yǎng)人”，先后建成“Tektronix-Hohai聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”、“河海大學(xué)-COMSOL聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”、“物理實(shí)驗(yàn)仿真實(shí)驗(yàn)室”、“物理科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”等一系列先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，為優(yōu)秀學(xué)生提供參加各級(jí)實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽的軟硬件平臺(tái)。依托所建立的創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)，開(kāi)展以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的大學(xué)物理課外科技創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)，師生團(tuán)隊(duì)共創(chuàng)科技成果。

近10年來(lái)，本科生依托所建立的課外創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，取得了一系列科技創(chuàng)新成果。主要體現(xiàn)為：以團(tuán)隊(duì)模式培養(yǎng)本科生科技創(chuàng)新能力的實(shí)踐獲得江蘇省教學(xué)成果一等獎(jiǎng)，[12]累計(jì)培養(yǎng)優(yōu)秀本科生100余人（其中70多人保送研究生），承擔(dān)國(guó)家和省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目20余項(xiàng)，獲得挑戰(zhàn)杯、節(jié)能減排、電子設(shè)計(jì)等重要學(xué)科競(jìng)賽的全國(guó)和省級(jí)獎(jiǎng)116項(xiàng)，學(xué)生為主申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利36件，發(fā)表論文35篇。通過(guò)結(jié)合學(xué)科前沿和社會(huì)需求熱點(diǎn)問(wèn)題，達(dá)成服務(wù)學(xué)校人才培養(yǎng)戰(zhàn)略。

4 結(jié)束語(yǔ)

本科生物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為高校教學(xué)重要的組成部分，其改革之路任重而道遠(yuǎn)。在凝練教材內(nèi)容、改革考核模式的基礎(chǔ)上，還需要拓展教學(xué)方法、開(kāi)設(shè)課外實(shí)驗(yàn)。必須要有一批有干勁肯做事的教師對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行全方位的改革，并帶領(lǐng)學(xué)生開(kāi)展各類(lèi)創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，提升本科生綜合素質(zhì)，實(shí)現(xiàn)適應(yīng)市場(chǎng)需求的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)。

基金項(xiàng)目：中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（2016B12314，2015B27914）；河海大學(xué)創(chuàng)新性教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（BZX/16A103-13）。中國(guó)高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革研究基金項(xiàng)目（16CCJG01Z004）

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