“雙一流”背景下物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建與實(shí)施

韓曉靜 王喜魁 王運(yùn)濱

(1沈陽(yáng)科技學(xué)院，沈陽(yáng) 110167；2沈陽(yáng)化工大學(xué)理學(xué)院，沈陽(yáng) 110142)

一、引言

一流拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，離不開(kāi)高校實(shí)驗(yàn)室的支撐，實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和管理水平影響學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量、科學(xué)研究水平、人才培養(yǎng)質(zhì)量和社會(huì)服務(wù)能力，已經(jīng)成為高校辦學(xué)實(shí)力的重要標(biāo)志之一。為深入貫徹落實(shí)黨的十九大精神，加快“雙一流”建設(shè)，全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，培養(yǎng)一流拔尖創(chuàng)新人才，實(shí)現(xiàn)“應(yīng)用型、創(chuàng)新型”人才培養(yǎng)目標(biāo)，搭建大學(xué)物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，對(duì)大學(xué)物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的教學(xué)體系進(jìn)行全方位的、深層次的教學(xué)改革。

二、大學(xué)物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建

以“雙一流”建設(shè)為契機(jī)，培養(yǎng)一流拔尖創(chuàng)新人才，緊扣“應(yīng)用型、創(chuàng)新型”人才培養(yǎng)目標(biāo)，提出“要素入手，能力本位“的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念，以現(xiàn)代物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室為依托，以省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心為保障，搭建大學(xué)物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，與院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)孵化基地中心雙向聯(lián)合，將項(xiàng)目進(jìn)行基地孵化，開(kāi)展物理實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，為一流拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)條件支撐和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)啟蒙式教育。如圖1：

圖1

大學(xué)物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)共由四部分組成：一個(gè)是普通物理實(shí)驗(yàn)室，為封閉式實(shí)驗(yàn)室，只針對(duì)于開(kāi)設(shè)大學(xué)物理理論課程的學(xué)生開(kāi)放，通過(guò)學(xué)生動(dòng)手操作，主要培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、動(dòng)手能力、處理數(shù)據(jù)能力；一個(gè)是現(xiàn)代物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，為半開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室，每周固定時(shí)間開(kāi)放，全院學(xué)生均可參與，通過(guò)學(xué)生觀摩演示現(xiàn)象，主要培養(yǎng)學(xué)生的觀摩能力、思考能力，激發(fā)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)靈感；另兩個(gè)分別是物理創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室和物理創(chuàng)新項(xiàng)目孵化實(shí)驗(yàn)室，為開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室，全天開(kāi)放，且覆蓋全院學(xué)生，通過(guò)學(xué)生自主設(shè)計(jì)物理模型，進(jìn)行項(xiàng)目孵化，主要培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力、創(chuàng)業(yè)能力、理論聯(lián)系實(shí)際能力。平臺(tái)通過(guò)“物理實(shí)驗(yàn)觀摩演示，物理模型自主設(shè)計(jì)，學(xué)科競(jìng)賽實(shí)踐”，營(yíng)造一個(gè)以學(xué)生為主體，學(xué)與做有機(jī)融合，“課程與競(jìng)賽”雙線并舉的自主實(shí)驗(yàn)環(huán)境。如圖2：

圖2

該平臺(tái)的建設(shè)旨在為學(xué)生提供一個(gè)課上觀摩實(shí)驗(yàn)，課下研討交流，開(kāi)展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、學(xué)科競(jìng)賽、項(xiàng)目孵化活動(dòng)的場(chǎng)所。

三、大學(xué)物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)施

(一)實(shí)施的宗旨

從“要素”入手，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新物理的改革。將物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)與學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)緊密結(jié)合，以創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)代替部分理論課程，對(duì)大學(xué)物理課程進(jìn)行重構(gòu)，改革傳統(tǒng)物理學(xué)時(shí)長(zhǎng)，啟發(fā)性差、無(wú)法滿足專業(yè)人才培養(yǎng)需求的不足。打破傳統(tǒng)的物理教學(xué)只學(xué)不做，“重理論、輕實(shí)踐”的理念，強(qiáng)化知識(shí)向應(yīng)用性轉(zhuǎn)變，通過(guò)讓學(xué)生先課下研究資料，再課上觀察實(shí)驗(yàn)，然后課下撰寫論文，動(dòng)手制作，最后在競(jìng)賽場(chǎng)上實(shí)踐的教學(xué)模式，將理論與實(shí)踐有機(jī)融合，從而不斷激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新靈感，循序漸進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、科研能力、動(dòng)手設(shè)計(jì)能力，突出人才的培養(yǎng)由理論型向創(chuàng)新型、應(yīng)用型轉(zhuǎn)化這一特色。

(二)實(shí)施思路

以學(xué)生為中心、實(shí)驗(yàn)和大賽為驅(qū)動(dòng)、能力為目標(biāo)，構(gòu)建框架式知識(shí)體系，如圖3：

圖3

(三)具體實(shí)施方案及內(nèi)容

1.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課堂的設(shè)計(jì)

開(kāi)學(xué)初，教師向?qū)W生介紹物理實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備及涉及的專業(yè)知識(shí)，并按照知識(shí)內(nèi)容，分成幾部分模塊，要求學(xué)生課下對(duì)每個(gè)模塊部分進(jìn)行自學(xué)。然后在現(xiàn)代物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生觀察演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，教師啟發(fā)學(xué)生大膽猜想，如：旋轉(zhuǎn)力學(xué)演示儀中，是采用什么方法測(cè)量轉(zhuǎn)速的？為何采用這種方法？有沒(méi)有更精確的測(cè)量方法？再比如：碰撞打靶實(shí)驗(yàn)中，如何精確測(cè)量小球在各個(gè)位置處的高度？如何精確測(cè)量小球從無(wú)初速釋放到落地所用的時(shí)間？如何隨時(shí)測(cè)量小球的速度？啟發(fā)學(xué)生動(dòng)腦思考，在普通物理實(shí)驗(yàn)室動(dòng)手操作，加深對(duì)自學(xué)知識(shí)的理解與消化。學(xué)生在教師的啟發(fā)下，再大膽猜想。課下，成立物理創(chuàng)新小組，小組內(nèi)學(xué)生查詢資料、自由討論，形成創(chuàng)意方案。教師指導(dǎo)學(xué)生將創(chuàng)意提升，形成創(chuàng)新設(shè)計(jì)論文或?qū)嶒?yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

2.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的開(kāi)展

物理創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室配有工具箱，隨時(shí)向?qū)W生開(kāi)發(fā)，各物理創(chuàng)新小組在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)自行研究、設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。教師亦可帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行專利申報(bào)或申請(qǐng)科研項(xiàng)目，形成如遼寧省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目等科研課題，并與院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)孵化基地中心雙向聯(lián)合，在物理創(chuàng)新項(xiàng)目孵化實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行項(xiàng)目孵化。通過(guò)參與項(xiàng)目研究，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力以及自主性學(xué)習(xí)和獲取知識(shí)的能力。 教師還可以開(kāi)展一些關(guān)于大學(xué)物理的報(bào)告會(huì)，豐富學(xué)生的文化底蘊(yùn)，拓展信息含量，也可以開(kāi)展創(chuàng)業(yè)賽事的宣講會(huì)，讓優(yōu)秀物理創(chuàng)新小組的組長(zhǎng)為大家介紹經(jīng)驗(yàn)，從而營(yíng)造鼓勵(lì)創(chuàng)新、爭(zhēng)先創(chuàng)先、勇于創(chuàng)新的理念和氛圍，并形成全校師生共同創(chuàng)業(yè)的大好局面。

3.競(jìng)賽場(chǎng)的實(shí)踐

教師將創(chuàng)意新穎、重點(diǎn)明確、符合物理學(xué)原理的設(shè)計(jì)論文加以修改后，推薦其發(fā)表，優(yōu)秀選題可以變?yōu)閯?chuàng)業(yè)計(jì)劃書，參加“創(chuàng)青春”“挑戰(zhàn)杯”等創(chuàng)業(yè)大賽。創(chuàng)新小組設(shè)計(jì)出來(lái)的模型，先在校內(nèi)教學(xué)大廳展示，然后教師擇優(yōu)推薦其參加遼寧省大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽及“互聯(lián)網(wǎng)+”或全國(guó)節(jié)能減排等其他科技創(chuàng)新競(jìng)賽，將學(xué)生的創(chuàng)意，推向各類賽場(chǎng)。

4.課程體系的優(yōu)化

對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程體系進(jìn)行優(yōu)化，從實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)中抽取一部分作為大學(xué)物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程及設(shè)計(jì)模型指導(dǎo)課，用于教師進(jìn)行物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)及指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)論文或物理儀器、模型等。壓縮的理論知識(shí)學(xué)生通過(guò)課下自主探究，課上觀察實(shí)驗(yàn)以消化，課下撰寫論文、設(shè)計(jì)模型以檢驗(yàn)，賽場(chǎng)上實(shí)踐的方法進(jìn)行學(xué)習(xí)，提高課堂效率，提升學(xué)生自學(xué)能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，開(kāi)發(fā)創(chuàng)新思維，激發(fā)創(chuàng)新靈感，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手及設(shè)計(jì)能力。最終達(dá)到小投入，大產(chǎn)出的目的，從而實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的雙贏。

5.多元化課程考核評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的課程考核評(píng)價(jià)體系更加多元化，分為設(shè)計(jì)論文和設(shè)計(jì)模型兩大類別，學(xué)生可根據(jù)自身學(xué)習(xí)情況組成創(chuàng)新小組而自由選擇類別。最終考核的分?jǐn)?shù)都計(jì)入到學(xué)生的物理成績(jī)。改革后的課程考核評(píng)價(jià)體系更加注重考察學(xué)生的綜合素質(zhì)能力，避免了“一張考卷定輸贏”的弊端，也有效地將大學(xué)物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與大學(xué)物理理論課堂有機(jī)地結(jié)合在一起，解決了物理實(shí)驗(yàn)成績(jī)與物理理論成績(jī)脫節(jié)的問(wèn)題，同時(shí)從不同側(cè)面對(duì)學(xué)生進(jìn)行了多方位的全面考核，更能夠有效地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

6.實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的革新

擯棄傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)，增加設(shè)計(jì)型、綜合型、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，采用自主探究法，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；邏輯歸納法，強(qiáng)化學(xué)生邏輯思維能力；知識(shí)遷移法，鍛練學(xué)生利用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。學(xué)生先在課下進(jìn)行自主式、合作式學(xué)習(xí)，即以小組為單位，提出問(wèn)題、分析問(wèn)題，共同解決問(wèn)題。然后教師利用演示法，在物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室向?qū)W生展示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，同時(shí)廣泛開(kāi)展啟發(fā)式教學(xué)、討論式教學(xué)、類比式教學(xué)。通過(guò)向?qū)W生提問(wèn)出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因是什么？生活中哪些現(xiàn)象與本實(shí)驗(yàn)類似？都有哪些方法可以實(shí)現(xiàn)？本實(shí)驗(yàn)有無(wú)缺陷？如何改進(jìn)？可否進(jìn)行重新設(shè)計(jì)等，啟發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行改良，開(kāi)拓學(xué)生的探索欲望，激勵(lì)學(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)。

(四)實(shí)施后的成效

幾年來(lái)，加入大學(xué)物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課堂并受益的學(xué)生人數(shù)達(dá)4000余人次，學(xué)生撰寫論文300余篇，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)儀器200余件，形成了60余個(gè)較優(yōu)秀的物理創(chuàng)新小組，完成遼寧省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目100余項(xiàng)，學(xué)生參加學(xué)科競(jìng)賽的熱情高漲，在物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的帶動(dòng)下，各專業(yè)學(xué)科競(jìng)賽開(kāi)展得如火如荼，至2019年為止，累計(jì)獲得省級(jí)及以上獎(jiǎng)勵(lì)293項(xiàng)，其中國(guó)際級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)1項(xiàng)，國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)12項(xiàng)，省級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)280項(xiàng)，市級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)207項(xiàng)，物理創(chuàng)新小組憑借在大學(xué)物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程中培養(yǎng)的空間想象力、設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力，積極參賽，成果顯著，獲得國(guó)家獎(jiǎng)勵(lì)2項(xiàng)，省級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)52項(xiàng)，其中省級(jí)金獎(jiǎng)5項(xiàng)，銀獎(jiǎng)12項(xiàng)，獲市級(jí)以上獎(jiǎng)勵(lì)60余項(xiàng)。

四、結(jié)語(yǔ)

一流拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，離不開(kāi)高校實(shí)驗(yàn)室的支撐，通過(guò)搭建大學(xué)物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，提升學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)業(yè)熱情，喚醒高校師生的創(chuàng)新意識(shí)，形成高校師生共同創(chuàng)業(yè)的大好局面，從而有效提高一流拔尖創(chuàng)新人才質(zhì)量的培養(yǎng)。