有利于學生創(chuàng)新精神和能力培養(yǎng)的物理實驗教學改革與實踐

張 楊，孫晶華，李慶波，朱 正，王 朔

(哈爾濱工程大學，黑龍江哈爾濱 150001)

“大學物理實驗”是我國高等理工科院校必開的一門基礎課程，是培養(yǎng)學生科學素質(zhì)和創(chuàng)新能力的基石。

哈爾濱工程大學物理實驗教學中心中心每年承擔全校40個理工科專業(yè)，111個班級，3 300名學生的物理實驗教學，是全校覆蓋專業(yè)最廣，學生受益面最大的實驗教學中心。

中心依據(jù)我國現(xiàn)階段經(jīng)濟社會發(fā)展對人才培養(yǎng)的需要及我校堅持“培養(yǎng)具有堅定信念與創(chuàng)新精神，視野寬、基礎厚、能力強、素質(zhì)優(yōu)的可靠頂用之才”的目標，確立了中心的建設指導思想:以培養(yǎng)適應新世紀科技發(fā)展要求的高素質(zhì)人才為宗旨，以轉變教育觀念和教育思想為先導，以培養(yǎng)學生具備綜合的科學素質(zhì)和創(chuàng)新精神為目標，以課程體系、課程內(nèi)容和教學模式的改革和建設為核心，創(chuàng)建國內(nèi)一流的、體現(xiàn)研究型大學的物理實驗課程體系和實踐教學支撐平臺［1］。

經(jīng)過多年的教學實踐，結合自身情況，物理實驗教學中心在實驗教學中形成了“強化基礎、注重能力、突出創(chuàng)新”的實驗教學理念，明確了培養(yǎng)“知識、能力、素質(zhì)”全面發(fā)展的創(chuàng)新型人才的目標。并依此搭建了三個實驗教學平臺:好奇心喚醒平臺、科學素質(zhì)養(yǎng)成平臺、創(chuàng)新與探索實踐平臺。

1 基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的教學改革

1．1 建設課程系列化、結構層次化、項目模塊化的實驗教學體系

從人才培養(yǎng)體系整體出發(fā)，以能力培養(yǎng)為主線，建設課程系列化、結構層次化、項目模塊化的科學系統(tǒng)的實驗教學體系［3］。加強綜合性、設計性、創(chuàng)新性實驗，構建與理論教學既有機結合又相對獨立，與科研、工程、實際應用密切聯(lián)系的教學內(nèi)容。

結合上述實驗教學體系，編寫《物理演示實驗》和《大學物理實驗》系列物理實驗教材。從教學目的出發(fā)，每本教材都將其教學目標進行凝練，這樣做的目的就是時時提醒教師和學生，不僅“教”要明確“教”的目標，而且“學”要明確“學”的目的。教材內(nèi)容上打破了傳統(tǒng)實驗教材的編寫方式，將實驗教學與高級科普讀物有機的結合起來，不僅進一步豐富了實驗內(nèi)容，而且還解讀實驗內(nèi)容、原理背后的歷史故事、緣由發(fā)展和在日常生活或國防科技領域的實際應用等內(nèi)容，由一個個生動的范例和詳細的講解將學生的好奇心喚醒，真正對該實驗內(nèi)容產(chǎn)生興趣，積極主動地關注實驗現(xiàn)象背后的物理學原理［4-5］。在每個實驗中，以各種物理現(xiàn)象、歷史、科學家小傳為背景，增加了對應的實驗在生產(chǎn)實踐、生活和科研方面的應用。使學生初步窺視那些物理學原理所導致的影響人類發(fā)展進程的巨大應用。為了使教材具有更好的可讀性，教材采用了彩版印刷。在編排方面，注重版面設計，圖文并茂，給人以賞心悅目的感覺。在內(nèi)容的敘述上，力求做到生動形象、通俗易懂，更多地強調(diào)物理圖像和物理學思想，使學生在欣賞和快樂的過程中體驗并學習物理實驗［2-6］，見圖1。

圖1 課程結構圖

1．2 建立分大類教學體系為學生提供自由、自主的學習環(huán)境

依托學?！皩嶒炇揖C合管理系統(tǒng)”，對不同的大類專業(yè)分套餐排課，針對不同專業(yè)的學生給出不同的套餐和實驗項目的選擇建議，由學生自主選擇上課時間和實驗項目。在每一套餐中，為學生提供充足的、優(yōu)質(zhì)的實驗項目菜單供學生選擇?？紤]不同專業(yè)的共性需要，在不同套餐中的實驗項目允許交叉［4］。同時為滿足個性化需求，允許跨模塊選擇。

同時建立以學生為中心，采取“時間、內(nèi)容和空間”上全方位開放的教學模式。在時間上，學生可以自主選擇上課時間。在實驗內(nèi)容上，開設足夠多的實驗項目，供學生選擇與本專業(yè)密切聯(lián)系的應用性綜合性實驗項目。實驗允許反復、失敗重做，鼓勵做得深入，鼓勵實驗研究，并有加分。在空間上，通過科技創(chuàng)新、科技競賽等多種教學組織形式，以合作式、研究式為主的學習方式，拓展學生進行物理實驗的空間。學生可以通過課堂內(nèi)外、實驗室內(nèi)外、網(wǎng)絡平臺、圖書館、虛擬實驗室等多種方式進行自主學習，突破了傳統(tǒng)物理實驗室空間的約束。高水平的研究是實驗教學充滿活力的源泉。教學中鼓勵學生把學習與研究結合起來，在學習中研究、研究中學習，寓教于研，鼓勵師生思維相互碰撞，擦出火花，提出問題。其中一些可深入探討的課題已獲得學校的實驗立項和大學生科技創(chuàng)新立項的資助［5］。通過啟發(fā)與引導，把研究型教學和自主式學習的思想貫穿物理實驗教學的始終。

1．3 基于MOOC理念建立教師、學生雙向無線測評系統(tǒng)

學生對教師教學效果和教學能力的評價是促進教學相長的重要舉措，與理論課期末網(wǎng)絡評分不同，實驗教學的評價需要課堂上進行評價，但是傳統(tǒng)的填表等評價方法使得學生在教師的教學效果和教學能力存在質(zhì)疑的時候也往往不敢表達自己真實的意愿，因此要想獲得學生實驗教師教學教學效果和教學能力的客觀評價，必須借助新的評價方法和評價系統(tǒng)［6］。借助無線通信技術，發(fā)展一種基于無線網(wǎng)絡的手持式教學效果評價系統(tǒng)，使得學生能夠敢于客觀的評價教學效果，同時教師對學生學習過程進行時時評測，實現(xiàn)教師、學生雙向評價，教師測評不合格的學生要重做，學生測評不合格的教師要進行整改。

1．4 探索物理實驗創(chuàng)新基地建設

科技創(chuàng)新活動是提升大學生創(chuàng)新能力的重要載體。高校擁有豐富的科技創(chuàng)新資源，學術思想活躍，學科門類齊全，成為知識傳承、創(chuàng)新實踐的主要基地［2］。創(chuàng)新基地的實驗教師是從事創(chuàng)新工作的主體，要充分調(diào)動每個教師的積極性和創(chuàng)造性，鼓勵實驗中心的教師撰寫學術論文和參加相關學術會議，與時俱進，使教師不斷拓展研究領域，不斷增長研究能力。同時學生的參與和熱情直接決定了創(chuàng)新基地的建設成效。因此，要以關注學生的實際發(fā)展為立足點，從學生的切實需求入手，通過相應的激勵手段，提升學生參與科學研究的激情，夯實學生創(chuàng)新基地建設的基礎。為了讓學生真正體驗科學研究，中心除了自己開展物理演示儀器設計大賽外，還積極鼓勵學生參與全國性，國際性的科創(chuàng)大賽，讓學生大膽提出自己的設計理念，支持他們開展有意義的研究與設計［7-8］。當然，創(chuàng)新不能急功近利，基地的建設是一個長期發(fā)展和積累的過程。

1．5 推進研究型教學方法和考核方式

高水平的研究是實驗教學充滿活力的源泉。教學中鼓勵學生把學習與研究結合起來，在學習中研究、研究中學習，寓教于研，鼓勵師生思維相互碰撞，擦出火花，提出問題［8］。其中一些可深入探討的課題已獲得學校的實驗立項和大學生科技創(chuàng)新立項的資助。通過啟發(fā)與引導，把研究型教學的思想貫穿物理實驗教學的始終。

對于研究創(chuàng)新型實驗，要求學生自己查閱資料、分析消化，制定實驗方案，動手實施直到完成實驗研究論文。教師只是啟發(fā)和引導學生，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，調(diào)動學生學習的積極性。在此基礎上，鼓勵高年級學生自主設計有特色的創(chuàng)新實驗系統(tǒng)。

學生實驗成績評定著重考核學生動手能力、實驗設計能力、綜合實踐能力，實驗數(shù)據(jù)的測試、分析及處理能力，以及實驗報告的撰寫能力?？荚噧?nèi)容比平時的實驗層次更高，以設計性、綜合性為主，開拓學生視野，提升動手能力［9-10］。同時，為配合個性化拔尖人才培養(yǎng)的目標，學生可以申請期末考試免試。申請免試的學生除要取得平時的基本實驗、綜合訓練環(huán)節(jié)、專題討論課等教學環(huán)節(jié)的優(yōu)異成績外，還要選做由主講教師在不同教學階段布置的若干結合工程實際、著重創(chuàng)新設計能力培養(yǎng)的免試題目，并根據(jù)實際情況獲得最終成績。

2 結束語

經(jīng)過多年的教學實踐，結合自身情況，物理實驗教學中心在實驗教學中形成了“強化基礎、注重能力、突出創(chuàng)新”的實驗教學理念，明確了培養(yǎng)“知識、能力、素養(yǎng)”全面發(fā)展的拔尖型人才的目標。在已有三大平臺的基礎上，不斷地進行改革和探索:(1)建設有利于學生創(chuàng)新精神和實踐能力培養(yǎng)的物理實驗教學體系和與之相適應的新體系物理實驗系列教材。(2)提高學生的實驗能力，推行開放式的考核方式。(3)由企業(yè)出資建立聯(lián)合創(chuàng)新實驗室，支持大學生科技創(chuàng)新。(4)注重教學與科研相結合，有效地將科研成果轉化為教學內(nèi)容，自主設計研制有特色的、體現(xiàn)物理實驗教學改革成果的新儀器，發(fā)揮國家級實驗教學示范中心的輻射作用。希望以上的改革和探索能給其他兄弟院校的實驗教學改革提供一些參考和借鑒。

［1］ 王興邦．認真總結，提升理念，凝練成果，突出特色，迎接國家級實驗教學示范中心驗收［J］．實驗技術與管理，2010(4):1-5．

［2］ 李勇濤，董慧媛，等．工科高校大學生物理實驗創(chuàng)新基地建設初探［J］．大學物理實驗，2013(5):122-123．

［3］ 潘信吉．實驗教學示范中心可持續(xù)發(fā)展的研究與實踐［J］．實驗技術與管理，2010(6):111-113．

［4］ 潘蕾．實驗教學示范中心建設的探索與實踐［J］．實驗室研究與探索，2005(2):89-91．

［5］ 韓忠，李田，彭華．改革大學物理實驗教學體系 建設示范性教學實驗中心［J］．實驗室研究與探索，2009(2):89-91，109．

［6］ 孫敬姝，劉倩，霍俊德．物理基礎實驗室建設與創(chuàng)新人才培養(yǎng)［J］．實驗技術與管理，2003(1):82-84．

［7］ 李幼真，徐富新．物理實驗教學中的若干問題及創(chuàng)新平臺建設的思考及實踐［J］．大學物理實驗，2010(5):102-104．

［8］ 王震，丁永文．普通物理實驗教學中的“提出問題”．物理實驗［J］．2010(4):18-21．

［9］ 朱紅，王偉，原所佳．大學物理實驗課程考核方式的探索和實踐［J］．實驗科學與技術，2011(4):108-111．

［10］李林，施蕓城，鐘宏杰．物理實驗課不同考核方式的改革與實踐——操作考試的積極效應最為明顯［J］．大學物理，2010(2):43-46．