基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的開放式光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索與實(shí)踐

余花娃 王晶 夏蔡娟 劉漢臣 張英堂

摘 要：與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式相比，開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式具有很大的優(yōu)越性，該教學(xué)模式在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中不斷地發(fā)揮著積極的作用。文章以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力為出發(fā)點(diǎn)，探討了光學(xué)實(shí)驗(yàn)中開設(shè)開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的可行性，同時(shí)還討論了光學(xué)實(shí)驗(yàn)中增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的必要性，并提出了開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的實(shí)施方案。

關(guān)鍵詞：光學(xué)實(shí)驗(yàn)；開放式教學(xué)模式；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2018）05-0024-03

Abstract： Compared with the traditional experimental teaching mode， the open experimental teaching mode has great superiority， and this model plays an active role in the experimental teaching reform continuously. The feasibility of open experiment teaching mode is discussed to develop the students' ability of creative thinking as a starting point in this paper， and the necessity of the design experiments in optical experiment is discussed， then implementing scheme of the this experimental teaching mode is putting forward.

Keywords： optical experiment； the open teaching mode； the design experiments

作為一門專業(yè)實(shí)驗(yàn)課，光學(xué)實(shí)驗(yàn)是繼力熱實(shí)驗(yàn)，電磁實(shí)驗(yàn)結(jié)束后所開設(shè)的一門專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程，對于物理專業(yè)的學(xué)生來說，在力熱與電磁實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)過程中，已經(jīng)具備了一定的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)與技能，這為我們光學(xué)實(shí)驗(yàn)課程所開設(shè)的開放式設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)提供了基本條件。目前，對于該實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)，大多數(shù)院校采用的是傳統(tǒng)的教學(xué)模式，這種模式使得學(xué)生過分依賴實(shí)驗(yàn)講義和老師的講解。由于該模式中關(guān)于實(shí)驗(yàn)?zāi)康模瑢?shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)操作步驟都已經(jīng)完整地給出，學(xué)生只需按部就班地按照步驟來完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容即可，在實(shí)驗(yàn)過程中，盡管學(xué)生在基本知識(shí)、基本方法、實(shí)驗(yàn)技能和動(dòng)手能力等方面得到一定的鍛煉，然而在自主思考和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上并未得到明顯的提升。為了滿足社會(huì)對高素質(zhì)人才的需求，提高我校理工科學(xué)生的創(chuàng)新能力、光學(xué)實(shí)驗(yàn)的講課質(zhì)量、和光學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)儀器的使用率，本文給出一種新的教學(xué)模式，即在光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中增加開放實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)模式[1-3]。開放實(shí)驗(yàn)室即以完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和相關(guān)科研工作為前提，學(xué)生根據(jù)自己意愿，將課余時(shí)間和實(shí)驗(yàn)室資源相結(jié)合，選擇自己感興趣的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題目，并且能夠獨(dú)立或在實(shí)驗(yàn)老師的指導(dǎo)下順利完成實(shí)驗(yàn)；這種教學(xué)模式不僅是在時(shí)間上開放，同時(shí)還在教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)室資源等方面對學(xué)生開放的一種新型教學(xué)模式[4-7]。這種教學(xué)模式不僅突出素質(zhì)教育的要求，而且培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。在開放式教學(xué)模式的基礎(chǔ)上我們增添一些設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題目，這不僅培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新性思維，還提高了學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的能力。

一、光學(xué)實(shí)驗(yàn)開放式教學(xué)模式的可行性分析

1. 經(jīng)過我們理學(xué)院全體成員近幾年的工作努力，物理實(shí)驗(yàn)中心已經(jīng)完善了開放性實(shí)驗(yàn)的相關(guān)制度，從而確保開放實(shí)驗(yàn)的有序進(jìn)行；同時(shí)還完善了相應(yīng)的開放性實(shí)驗(yàn)工作量制度，對于參與開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教師，年終工作量要有所體現(xiàn)；另外，以提高開放實(shí)驗(yàn)的相關(guān)設(shè)備投資力度為基礎(chǔ)，同時(shí)增加實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員數(shù)量，從而保證實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備在使用過程中的及時(shí)維修和維護(hù)，最終保證開放性實(shí)驗(yàn)地順利進(jìn)行。

2. 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心已經(jīng)建立了完善的開放式實(shí)驗(yàn)預(yù)約系統(tǒng)，如圖1所示，通過網(wǎng)上預(yù)約來進(jìn)行開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)。學(xué)生可以采用實(shí)驗(yàn)預(yù)約平臺(tái)來進(jìn)行光學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的預(yù)約，這將會(huì)很大程度地減輕教師與學(xué)生之間信息交流上的困難，除此之外，物理專業(yè)學(xué)生還可以通過登錄預(yù)約平臺(tái)來查閱我們物理實(shí)驗(yàn)中心所具備的實(shí)驗(yàn)室資源、相關(guān)儀器的使用說明書，以及實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章制度等等。

3. 本學(xué)院已經(jīng)購置了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)仿真軟件，構(gòu)建了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如圖2所示，這個(gè)平臺(tái)包括教材中所有大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的講義，實(shí)驗(yàn)儀器的結(jié)構(gòu)圖以及實(shí)驗(yàn)操作過程的演示等等，學(xué)生通過該平臺(tái)對我們所開設(shè)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有了一個(gè)大概的了解。最終學(xué)生可根據(jù)自己的興趣和能力來選擇適合自己的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這樣，學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前已經(jīng)做了充分準(zhǔn)備，這也進(jìn)一步避免學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的形式化和盲目性。尤其是對于比較復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)或者第一次上實(shí)驗(yàn)課的學(xué)生來講，他們非常有必要在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作前，通過該平臺(tái)來初步認(rèn)識(shí)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所使用的儀器和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及儀器的操作說明等等，以至于對自己所選的開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目做到心中有數(shù)。

二、光學(xué)實(shí)驗(yàn)開放式教學(xué)模式的構(gòu)建

1. 眾所周知，光學(xué)實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ)科學(xué)研究之一，然而，隨著科技發(fā)展，光學(xué)實(shí)驗(yàn)所涉及的應(yīng)用也日新月異，所以我們需要不斷更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，然而目前的講義比較陳舊，已經(jīng)很難滿足教學(xué)要求。因此，我們將以光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域中最新的科技成果以及科研成果作為教授內(nèi)容的重要部分，向?qū)W生講述光學(xué)基本原理、光學(xué)儀器的關(guān)鍵技術(shù)以及光學(xué)科技發(fā)展趨勢，一方面讓學(xué)生能夠充分地接觸各種知識(shí)，同時(shí)還拓寬學(xué)生的視野，另一方面還使學(xué)生了解到最新的科技前沿動(dòng)態(tài)，進(jìn)一步培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。教學(xué)內(nèi)容的更新還體現(xiàn)在內(nèi)容的及時(shí)修正與調(diào)整上。通過調(diào)研近兩年的學(xué)生就業(yè)市場發(fā)現(xiàn)，目前市場上需要光電應(yīng)用專業(yè)的人才較多，而我們實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目關(guān)于光電方面的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以及儀器較少，這些將使學(xué)生不能有效地將兩者聯(lián)系起來，從而使得學(xué)生畢業(yè)后很難順利進(jìn)入光電信息方面相關(guān)的工作中。此時(shí)光學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容可以做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，適當(dāng)增加一些光電信息方面的實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生結(jié)合光電實(shí)驗(yàn)給出相關(guān)設(shè)計(jì)性題目，這可以激勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)。

2. 創(chuàng)建出有特色的網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和信息管理平臺(tái)，即以先進(jìn)管理手段為基礎(chǔ)，在開放實(shí)驗(yàn)室條件下，保證了光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的有效管理。從而確保我們光學(xué)實(shí)驗(yàn)中開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作的順利進(jìn)行。作為信息平臺(tái)，它包含了中心網(wǎng)站以及多媒體展示平臺(tái)。學(xué)生通過該平臺(tái)可以在網(wǎng)上對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)約等，同時(shí)學(xué)生在遇到問題的過程中可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上咨詢和相關(guān)研究等。關(guān)于信息平臺(tái)，例如班級(jí)QQ討論群以及微信群，這些平臺(tái)不僅能解答學(xué)生在實(shí)驗(yàn)預(yù)約方面、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析方面、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的發(fā)放以及實(shí)驗(yàn)操作過程中所出現(xiàn)的問題以及反饋，還可以供師生對教學(xué)問題進(jìn)行討論等等。該方法不僅彌補(bǔ)了光學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的不足，也可以集聚師生的新思想，新方法使得問題及時(shí)解決。

3. 作為教學(xué)過程的重要環(huán)節(jié)之一，即考核環(huán)節(jié)，它是教學(xué)活動(dòng)中的有機(jī)組成部分。以近兩年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐為證明，發(fā)現(xiàn)該環(huán)節(jié)不僅有效地促進(jìn)學(xué)生復(fù)習(xí)以及鞏固自己所學(xué)的內(nèi)容，而且也檢查了他們對所學(xué)知識(shí)、方法和技能的理解程度、掌握及運(yùn)用知識(shí)的情況，這既可以作為評(píng)定學(xué)生對學(xué)習(xí)掌握的有效手段，也可以檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果、同時(shí)還取得反饋信息、從而進(jìn)一步改進(jìn)和提高教學(xué)質(zhì)量。該環(huán)節(jié)可以作為推進(jìn)教學(xué)改革的主要途徑?！肮鈱W(xué)實(shí)驗(yàn)”是理學(xué)院的應(yīng)用物理專業(yè)和微電子專業(yè)學(xué)生的專業(yè)必修課之一，這兩個(gè)專業(yè)要求學(xué)生應(yīng)該注重操作和專業(yè)性的相互結(jié)合，這就使得課程的考核方式呈現(xiàn)出形式多樣化。因此，我們根據(jù)光學(xué)實(shí)驗(yàn)室開放的相關(guān)情況，擬定了一系列實(shí)驗(yàn)相關(guān)的考核方法。主要針對我們專業(yè)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)方面、實(shí)驗(yàn)操作水平方面、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力等各方面實(shí)行綜合評(píng)定，最終納入該實(shí)驗(yàn)題目的最終成績。對不同類型的實(shí)驗(yàn)題目，可以通過提問的方式來考核學(xué)生對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容課前預(yù)習(xí)程度；也可以通過實(shí)驗(yàn)操作水平來考核學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力；通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告處理來考核學(xué)生在綜合分析方面、數(shù)據(jù)處理和書面表達(dá)方面，以及課后思考方面的能力。其中課前實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分別占總成績的20%，30%和30%。在總評(píng)成績考核中，同時(shí)提供創(chuàng)新性論文的考核方式，該部分占總成績的20%，由學(xué)生自由選擇。學(xué)生可以以自己感興趣的設(shè)計(jì)出某種新的實(shí)驗(yàn)方案來測試某些光學(xué)待測量，以該實(shí)驗(yàn)方案為主題寫一篇論文以考查學(xué)生運(yùn)用知識(shí)、分析問題的能力。除此之外，如果學(xué)生準(zhǔn)備發(fā)表一些實(shí)驗(yàn)型論文，他不僅需要查閱大量的文獻(xiàn)資料，同時(shí)還需對文獻(xiàn)進(jìn)行綜合分析，從而提煉出自己的觀點(diǎn)，同時(shí)還提出解決方案，整個(gè)論文準(zhǔn)備過程進(jìn)一步鍛煉了學(xué)生的科研能力以及創(chuàng)新能力。

總之，我們所采取的開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，它的主要核心就是體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位，同時(shí)也激發(fā)了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動(dòng)性和積極性，從而提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，這種模式也是讓學(xué)生主動(dòng)參與到教學(xué)研究中去。從教學(xué)方法角度來說，這不僅保證了學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)間和學(xué)習(xí)空間中的自由，還實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上的創(chuàng)新，通過這種教學(xué)模式，使學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)掌握在學(xué)生的手里，這使學(xué)生對我們光學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程將產(chǎn)生全新的認(rèn)識(shí)，也就可以使學(xué)生更好地參與到實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中去。最后，在該教學(xué)模式下，只有保證儀器設(shè)備上的充足，才能使學(xué)生更好地實(shí)現(xiàn)獨(dú)立學(xué)習(xí)和自主研究，即學(xué)生從實(shí)際出發(fā)，進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。

三、光學(xué)實(shí)驗(yàn)增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的必要性

光學(xué)實(shí)驗(yàn)是高等院校物理專業(yè)必修的一本專業(yè)基礎(chǔ)課程，其中光學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開展不僅加深學(xué)生對光學(xué)課程內(nèi)容的深刻理解，而且還進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)學(xué)生的分析和解決問題的能力[8]。近年來，通過給學(xué)生的講授過程中，逐漸發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的教學(xué)內(nèi)容存在一些弊端。光學(xué)實(shí)驗(yàn)室所開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目過于基礎(chǔ)，沒有相關(guān)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)作為輔助，從而無法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。因此，我們?nèi)绾胃鶕?jù)現(xiàn)有的光學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，合理給出其相應(yīng)的設(shè)計(jì)性題目才是問題的關(guān)鍵所在。因此，我們查閱了國內(nèi)知名大學(xué)例如清華大學(xué)，吉林大學(xué)，南開大學(xué)的理學(xué)院的光學(xué)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程及其科研成果，結(jié)合部分教材重新編寫了課程講義。在每個(gè)光學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上都增加了設(shè)計(jì)性題目，然后把設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的題目交給學(xué)生，啟發(fā)式和引導(dǎo)式地提出一些相關(guān)問題，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作之前通過各種途徑去查找和收集實(shí)驗(yàn)資料，制定實(shí)驗(yàn)方案，在下一次實(shí)驗(yàn)課堂中對其方案進(jìn)行討論，論證其可行性。這不僅激發(fā)學(xué)生思考問題和解決問題的興趣，而且做到課內(nèi)聯(lián)系課外、師生全面互動(dòng)。這種尊重自我評(píng)價(jià)的新型教學(xué)方法可以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、激勵(lì)自主學(xué)習(xí)，扭轉(zhuǎn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)的被動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)一步拓寬了學(xué)生的知識(shí)面[1]，[8]。

目前，我們以發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為依據(jù)，選取了與光學(xué)相關(guān)的專業(yè)性網(wǎng)站資訊作為我們的教學(xué)內(nèi)容與課后拓展的閱讀資料，同時(shí)將最新的光學(xué)科技前言知識(shí)加入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中，這不僅突出素質(zhì)教育的要求，還有利于培養(yǎng)與時(shí)俱進(jìn)的高質(zhì)量人才。我們以光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)作為依據(jù)，采取開放實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)模式相結(jié)合的手段從而進(jìn)一步提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。作為光學(xué)實(shí)驗(yàn)，開放實(shí)驗(yàn)室的管理是讓學(xué)生對實(shí)驗(yàn)題目進(jìn)行自主設(shè)計(jì)，這樣不僅使學(xué)生可以從自身的感受上出發(fā)，來體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的全部過程，這將進(jìn)一步加深學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容的了解。其次，對于這種開放教學(xué)模式來說，學(xué)生通過教師在實(shí)驗(yàn)過程中的正確引導(dǎo)，使自己實(shí)現(xiàn)思維上的飛躍，同時(shí)也體現(xiàn)了學(xué)生的主體作用，從而讓學(xué)生運(yùn)用好自己的物理知識(shí)進(jìn)一步提升自身的創(chuàng)造意識(shí)。

四、結(jié)束語

與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式相比，開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式開設(shè)時(shí)間較短，因此，在實(shí)現(xiàn)開放式教學(xué)模式的過程中，仍舊存在著各種問題和困難。但由于該模式具有無法比擬的優(yōu)勢，因此，在接下來的工作中，我們一方面通過增加一些光學(xué)相關(guān)的設(shè)計(jì)性題目來豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，進(jìn)一步完善開放實(shí)驗(yàn)在實(shí)施過程中的具體細(xì)節(jié)工作；另一方面，我們還通過加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教材的建設(shè)、實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍的建設(shè)、實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度的建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)的建立等方式來確保開放式教學(xué)模式的穩(wěn)固發(fā)展[2]。相信在我們師生共同的努力下，開放性實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢作用將得到充分地發(fā)揮，進(jìn)而使得我校物理專業(yè)的光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量得到進(jìn)一步提升，從而為培養(yǎng)出具備創(chuàng)新能力的創(chuàng)新型人才打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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