基于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念的大學(xué)物理實驗課程改革探索與實踐

周曉紅　陳杰　張西平　張琴

[摘要]2019年3月，教育部提出將專業(yè)知識傳授與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力訓(xùn)練有機融合，打造專創(chuàng)示范課。大學(xué)物理實驗是學(xué)生進入高校后接受的第一門實踐類課程，課程對提升學(xué)生的實踐能力、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力有潛移默化的作用。課題組通過對大學(xué)物理實驗現(xiàn)狀進行調(diào)研分析，指出現(xiàn)有教學(xué)模式的弊端，探索并實踐了通過改變教學(xué)模式、提高教師創(chuàng)新能力、搭建創(chuàng)新平臺等舉措，深化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念在大學(xué)物理實驗教學(xué)中的地位，提升教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的創(chuàng)新技能。

[關(guān)鍵詞]創(chuàng)新創(chuàng)業(yè);教育理念;大學(xué)物理實驗;課程改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號]2095—3437（2021）01—0148—04

習(xí)近平總書記在黨的十九大報告中強調(diào)，“人才是創(chuàng)新的根基”“創(chuàng)新驅(qū)動實質(zhì)上是人才驅(qū)動”，大學(xué)生是創(chuàng)新人才的核心部分，是科技創(chuàng)新的中堅力量，大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)已被納入國家創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。2019年3月，教育部發(fā)布的《關(guān)于做好深化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革示范高校2019年度建設(shè)工作的通知》提出，要挖掘和充實各類專業(yè)課程的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育資源，將專業(yè)知識傳授與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力訓(xùn)練有機融合，打造一批專創(chuàng)示范課。為了落實文件精神，促進創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念在大學(xué)物理實驗課程教學(xué)中落地生根，課題組探索并實踐與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念相融合的大學(xué)物理實驗課程教學(xué)模式和課程體系改革，以期對學(xué)生創(chuàng)新精神培養(yǎng)、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力提高起到潛移默化的影響。

一、大學(xué)物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀分析

筆者通過與不同院校實驗教師交談和文獻檢索分析兩種方式獲知，目前大學(xué)物理實驗的教學(xué)現(xiàn)狀不容樂觀?，F(xiàn)階段各高校大學(xué)物理實驗教學(xué)多采用三段式教學(xué)模式。

第一階段，課前預(yù)習(xí)。要求學(xué)生書寫預(yù)習(xí)報告并在實驗開始前交教師檢查。預(yù)習(xí)報告抄書現(xiàn)象比較明顯，多數(shù)學(xué)生是教材的“搬運工”，預(yù)習(xí)效果欠佳。

第二階段，實驗操作。學(xué)生進入實驗室進行實驗操作訓(xùn)練并測量數(shù)據(jù)。動手操作前，實驗指導(dǎo)教師一般會邊演示操作邊講解實驗要點，之后學(xué)生自己動手完成操作及數(shù)據(jù)測量。學(xué)生模仿教師操作，沒有深入思考相應(yīng)的實驗思想和實驗技術(shù)應(yīng)用。

第三階段，數(shù)據(jù)處理。學(xué)生在實驗室完成數(shù)據(jù)測量、經(jīng)教師簽字確認(rèn)無誤后，離開實驗室，在規(guī)定時間內(nèi)完成數(shù)據(jù)處理并按時上交報告，這樣的報告雷同現(xiàn)象比較突出。

整個實驗流程學(xué)生對教師有嚴(yán)重的依賴心理，處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài)，學(xué)生為完成任務(wù)而做實驗，缺少學(xué)習(xí)的主動性，更談不上創(chuàng)新。很顯然，在突出應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力發(fā)展的時代，此種教學(xué)模式不利于學(xué)生實踐能力的提高以及創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)?；诖?，項目組對物理實驗教學(xué)進行了改革探索，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)融入實驗教學(xué)全過程。

二、基于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念的大學(xué)物理實驗課程改革探索與實踐

（一）改進教學(xué)模式，實現(xiàn)實驗過程與創(chuàng)新意識相結(jié)合

上述“填鴨式”“保姆式”的灌輸教學(xué)模式造成學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不會主動思考，為此，項目組在物理實驗教學(xué)中引入“問題一探究式”教學(xué)模式，將“問題”貫穿整個實驗過程，并嘗試“線上+線下”相結(jié)合的教學(xué)模式，教學(xué)過程圖如下圖1所示。

1.預(yù)習(xí)階段：印制實驗指導(dǎo)手冊，不再要求學(xué)生書寫預(yù)習(xí)報告。指導(dǎo)手冊的預(yù)習(xí)部分主要讓學(xué)生完成兩個內(nèi)容，即實驗原理和實驗步驟。實驗原理以思考題的形式呈現(xiàn)，主要圍繞實驗原理展開，激發(fā)學(xué)生深層次思考，同時讓學(xué)生帶著問題來做實驗。實驗步驟以“表格一問題”的形式呈現(xiàn)，學(xué)生根據(jù)已經(jīng)設(shè)計好的表格仔細閱讀實驗步驟，弄清楚該實驗項目用什么儀器、測量什么物理量、測量幾次，真正達到預(yù)習(xí)的目的。而實驗?zāi)康暮蛯嶒瀮x器已經(jīng)在指導(dǎo)書中列出，不需要學(xué)生再書寫。

所有實驗項目的資源已經(jīng)建好并上傳至“大學(xué)物理實驗”網(wǎng)站，學(xué)生可以在預(yù)習(xí)時實現(xiàn)“線上”預(yù)習(xí)查看，資源庫包括實驗儀器圖、實驗操作視頻、簡明的實驗步驟以及實驗問題集錦等。借助現(xiàn)代教育技術(shù)，課題組已經(jīng)將部分實驗視頻和儀器簡介制作成微視頻并嘗試轉(zhuǎn)化成二維碼附在實驗指導(dǎo)手冊上，方便學(xué)生預(yù)習(xí)時查看。

2.操作階段：教師在指導(dǎo)學(xué)生實驗時不再做實驗演示，只講解關(guān)于儀器和人身安全的注意事項。實驗之初，教師設(shè)置問題，并對學(xué)生隨機提問，問題的設(shè)置起到啟發(fā)學(xué)生思考的作用。教師根據(jù)學(xué)生的回答掌握當(dāng)次實驗學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，這樣可以有針對性地進行實驗輔導(dǎo)。學(xué)生在實驗操作過程中對有疑問的知識點可以通過再次回看“線上”實驗視頻自己解決，針對比較集中的疑難點，教師可以采用集中講解的方式答疑。

實驗操作階段教師引導(dǎo)學(xué)生基于問題，自主探究實驗內(nèi)容，啟發(fā)學(xué)生思維，讓學(xué)生在探究中解決問題并探究解決新的疑問，將學(xué)生在實驗中的新疑問記錄在冊，建立實時動態(tài)化的問題庫。以“液體表面張力系數(shù)的測定”實驗為例，目前建立的問題庫如圖2所示。

3.數(shù)據(jù)處理階段：本階段的主要任務(wù)是訓(xùn)練學(xué)生規(guī)范完成報告的能力、基礎(chǔ)的實驗數(shù)據(jù)處理能力以及實驗技術(shù)的應(yīng)用能力。教師在實驗結(jié)束之前可預(yù)留一段時間，提示學(xué)生在數(shù)據(jù)處理過程中容易出現(xiàn)問題的地方，要求學(xué)生積極完成相應(yīng)的內(nèi)容。如果課后有不會處理的數(shù)據(jù)可以通過QQ群、微信群等方式在線咨詢。

為了讓學(xué)生對實驗項目、實驗儀器及實驗技術(shù)應(yīng)用有進一步的思考，教師在實驗結(jié)束后布置的思考題要有延展性且要定期更新，教師要引導(dǎo)學(xué)生思考尤其是進行創(chuàng)新應(yīng)用方面的思考。比如“良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測量”實驗，該實驗利用加熱水循環(huán)的方式給銅管傳遞熱量實現(xiàn)測量銅管線膨脹的目的，其中一個星期布置的課后思考題是“請列出水的一個物理特性并說明其在實驗或生產(chǎn)中的應(yīng)用”。

（二）建設(shè)結(jié)構(gòu)合理的高素質(zhì)教師團隊，實現(xiàn)師生共長

長期以來教師對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念有誤解，以為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育就是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動，是學(xué)工部門的任務(wù)，與教學(xué)任務(wù)無關(guān)。要改變這種理念就要對教師做好創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念的培訓(xùn)。必須明確創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念是一種新的教學(xué)模式，在這種教學(xué)模式中，教師與學(xué)生的關(guān)系發(fā)生了本質(zhì)改變。教師從傳統(tǒng)的知識傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者和協(xié)助者，與學(xué)生之間形成一種新型的相互學(xué)習(xí)的伙伴關(guān)系。

除了對教師角色提出新的定位外，其對教師技能也提出了全新的要求。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，教師只要會“教”似乎就可以順利通關(guān)，但在新的教學(xué)理念下，教師除了要會“教”，還要會“幫”。教師要幫助學(xué)生解決在實驗過程中的疑難問題，幫助學(xué)生掃除創(chuàng)新路上的障礙，比如實驗儀器創(chuàng)新、實驗思想創(chuàng)新等，這就要求教師備足功課，既要有扎實的知識功底，還要有全能的技術(shù)。如何做到這些要求？可以從以下幾點入手。

1.觀摩學(xué)習(xí)。通過觀摩往屆互聯(lián)網(wǎng)+大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)專項等國家、省級層面的競賽視頻、獲獎項目清單等，引導(dǎo)教師正確認(rèn)識創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動，尋找與教學(xué)密切相關(guān)的切入點，儲備相關(guān)知識背景。

2.參加崗位輪換和在職培訓(xùn)。深入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地、兄弟院校的實踐基地進行學(xué)習(xí)交流，積極參加校級、市級等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)短期培訓(xùn)，提高個人綜合素質(zhì)和創(chuàng)新精神。

3.鼓勵教有余力的實驗教師參與、指導(dǎo)各級各類賽事，形成教學(xué)能力強、具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的高水平師資團隊。

（三）研發(fā)新型教學(xué)實驗儀器，構(gòu)建創(chuàng)新實驗教育平臺

傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式造成學(xué)生在完成實驗之后基本不再踏入實驗室，更不用說在基礎(chǔ)實驗室進行創(chuàng)新研究了。為了扭轉(zhuǎn)這個現(xiàn)象，可以從以下兩方面著手改進。

1.研發(fā)新型教學(xué)儀器，提高學(xué)生的參與度。由于實驗教師長期從事某一個實驗教學(xué)工作，對儀器和操作內(nèi)容比較熟悉，容易形成固定思維，這非常不利于實驗創(chuàng)新。為此，實驗指導(dǎo)教師在指導(dǎo)實驗時要擅用學(xué)生思路開闊的優(yōu)勢，鼓勵學(xué)生多思考、多提問，在問題的基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的優(yōu)化方案。也可以定期召集部分學(xué)生進行座談，基于實驗中發(fā)現(xiàn)的新問題、新現(xiàn)象，討論儀器可改進或可設(shè)計的新方案，邀請學(xué)生深度參與儀器研發(fā)的全過程，并將改造或設(shè)計方案以文章、專利等形式呈現(xiàn)，用于教學(xué)、科研或充實到實驗教學(xué)中。

2.搭建創(chuàng)新實驗平臺，提高學(xué)生的參與度。通過與校教務(wù)處、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院等部門的專家不定期交流、訪談，進行多元化創(chuàng)新實驗教育。鼓勵學(xué)生根據(jù)自己的興趣、特長選擇不同的實驗創(chuàng)新項目，以應(yīng)用為導(dǎo)向，從“學(xué)徒”做起，歷經(jīng)方案設(shè)計、儀器設(shè)計改進等流程，完成項目或儀器制作。比如結(jié)合我校汽車專業(yè)特色，學(xué)生提出通過改變折射率改進汽車前車窗的入射光，并申請一項發(fā)明專利，現(xiàn)已進入實質(zhì)審查階段。

三、取得的教學(xué)成效

據(jù)不完全統(tǒng)計，2019年1—6月由項目組成員參與或指導(dǎo)的成果如下圖3所示。

對實驗指導(dǎo)教師來說，單純的實驗教學(xué)的時代一去不復(fù)返，將儀器改造、實驗競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)融入實驗教學(xué)過程，不僅能使其教學(xué)視野更加開闊，而且通過前期的成果積累，對項目申報、職稱評審、論文發(fā)表等都有一定的幫助。

對學(xué)生來說，教學(xué)改革的“紅利”主要體現(xiàn)在成績上。我校每年參與大學(xué)物理實驗學(xué)習(xí)的學(xué)生約為2300人，往年的成績分?jǐn)?shù)在75—80分之間的人數(shù)居多，但是這個學(xué)期的學(xué)生分?jǐn)?shù)則以80—89分之間的人數(shù)居多。

除此之外，學(xué)生在實驗操作技能、知識應(yīng)用等能力的培養(yǎng)上也有顯著提高。課題組對選修“液體表面張力系數(shù)的測定”的學(xué)生做過兩次深度訪談，學(xué)生普遍反映“問題—探究式”教學(xué)模式更有利于他們開拓思考空間，加深他們對實驗項目的理解，這也提高了他們對實驗的興趣，讓他們愿意在實驗的基礎(chǔ)上提出自己的想法，實現(xiàn)了從“模仿”到“拓展”的進步。

四、不足及改進

1.考評機制。雖然項目組對教學(xué)模式和授課內(nèi)容進行了改進，但是與之相適應(yīng)的實驗成績評價體系還未納入改革范疇。今后還要探索將學(xué)生參與課題研究、項目實驗等活動認(rèn)定為課堂學(xué)習(xí)的有效延展，建立將學(xué)生創(chuàng)新實驗、發(fā)表論文、申請專利等情況折算為實驗成績的評價體系，摒棄唯分?jǐn)?shù)論的評價體系。

2.物理實驗采用開放式教學(xué)，每次做實驗的學(xué)生物理基礎(chǔ)不盡相同，教師對學(xué)生提出問題的難易程度不容易掌控。一般來說，問題的提出掌握來源于個人教學(xué)經(jīng)驗、學(xué)生入學(xué)分?jǐn)?shù)、院系專業(yè)等。顯然這種掌握方式不盡完美，有待提出新的解決方案。

3.不能全面掌握學(xué)生在各類競賽中的表現(xiàn)及能力，應(yīng)與教務(wù)處、雙創(chuàng)學(xué)院等部門負(fù)責(zé)單位聯(lián)動，共建實驗創(chuàng)新教育平臺，協(xié)同育人，掌握學(xué)生在大學(xué)生雙創(chuàng)競賽、互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、物理實驗創(chuàng)新競賽等各方面的能力水平和表現(xiàn)。

[責(zé)任編輯：陳明]