智能制造背景下的“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”師資培訓(xùn)研究

崔富剛

（陜西理工大學(xué) 物理與電信工程學(xué)院，陜西 漢中 723003）

“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”作為高等理工科院校各專業(yè)必開的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)課程，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、科學(xué)素養(yǎng)，以及科學(xué)實(shí)驗(yàn)、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力起著其他課程不可替代的作用。在智能制造背景下，“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程需要主動(dòng)適應(yīng)新時(shí)代對(duì)應(yīng)用型本科院校學(xué)生的基本要求，培養(yǎng)學(xué)生更多企業(yè)和社會(huì)所需要的技能和素質(zhì)［1］。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容涉及面廣，對(duì)動(dòng)手能力要求較高，學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作過程中會(huì)遇到各種問題，這一特點(diǎn)使得該門課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力有著十分重要的作用。

為了提高課程教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，在智能制造背景下通過“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程師資培訓(xùn)，提高實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍的專業(yè)水平和教學(xué)能力，轉(zhuǎn)變“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程傳統(tǒng)教學(xué)模式、教學(xué)觀念及考核辦法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。

一、“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”師資培訓(xùn)模式的現(xiàn)狀和存在的問題

“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程需要一支高素質(zhì)的專業(yè)師資隊(duì)伍，教師不僅要有淵博的理論知識(shí)，還要具備較強(qiáng)的創(chuàng)造性和開拓性［1］。目前，“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”師資培訓(xùn)主要按兩種模式開展：一是會(huì)議報(bào)告式培訓(xùn)，二是考察調(diào)研式培訓(xùn)。這兩種培訓(xùn)模式在提高教師專業(yè)水平和教學(xué)能力方面起到了一定的作用，但都缺乏系統(tǒng)性和針對(duì)性。通過零散的學(xué)術(shù)報(bào)告和講座對(duì)教師進(jìn)行培訓(xùn)，沒有考慮到教師的個(gè)體情況和各個(gè)學(xué)校學(xué)生的差異，也沒有系統(tǒng)考慮到各高校的實(shí)驗(yàn)室條件、專業(yè)發(fā)展以及教師業(yè)務(wù)發(fā)展的要求，導(dǎo)致了培訓(xùn)的零散性；沒有連續(xù)性的相關(guān)培訓(xùn)，使得培訓(xùn)的內(nèi)容和模式?jīng)]有針對(duì)性，導(dǎo)致了培訓(xùn)效果成效甚微。

二、智能制造背景下的“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”師資培訓(xùn)

（一）轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念和教學(xué)模式

目前，普通高校理工科“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)學(xué)時(shí)并不統(tǒng)一，安排45學(xué)時(shí)的院校較多。陜西理工大學(xué)“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)，根據(jù)學(xué)時(shí)和教學(xué)大綱要求，總共安排了16個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)課的流程各高?；疽恢拢赫n前要求學(xué)生做好預(yù)習(xí)，熟悉原理和步驟，寫出預(yù)習(xí)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)課上，指導(dǎo)教師做必要的講解和演示，然后學(xué)生動(dòng)手操作。實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生調(diào)節(jié)儀器、觀察現(xiàn)象、記錄數(shù)據(jù)和結(jié)果，教師檢查數(shù)據(jù)和結(jié)果。如果數(shù)據(jù)和結(jié)果有問題，在教師指導(dǎo)下重新實(shí)驗(yàn)；如果數(shù)據(jù)和結(jié)果沒有問題，教師簽字，給出學(xué)生本次實(shí)驗(yàn)課的操作成績(jī)，就算完成了本次實(shí)驗(yàn)課的操作。課后學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告即完成了一次實(shí)驗(yàn)。其余時(shí)間多數(shù)學(xué)生就不會(huì)再去關(guān)注物理實(shí)驗(yàn)了。

對(duì)于理工科高校，每學(xué)期需要開設(shè)“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程的班級(jí)很多，我校有70多個(gè)，為了完成繁重的教學(xué)任務(wù)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多數(shù)為驗(yàn)證性項(xiàng)目，綜合性項(xiàng)目?jī)H安排2個(gè)，而設(shè)計(jì)行性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目只安排1個(gè)。每學(xué)期學(xué)習(xí)“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程的班級(jí)太多，不便進(jìn)行統(tǒng)一期末考試。課程考核采用本學(xué)期每次實(shí)驗(yàn)的操作成績(jī)和報(bào)告成績(jī)相加的方式，按百分制折合成最后的總成績(jī)。只要每次實(shí)驗(yàn)課都能到實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)，課后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，95%以上的學(xué)生都能順利通過考核。

這樣的教學(xué)模式和考核辦法往往給很多學(xué)生一種錯(cuò)誤的導(dǎo)向：只要每次上課按時(shí)到場(chǎng)，按要求完成實(shí)驗(yàn)操作，測(cè)出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果，課后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，最后考核基本都能通過。傳統(tǒng)教學(xué)模式下“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程的缺點(diǎn)表現(xiàn)在教學(xué)模式單一、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目偏多、儀器利用率不高、考核不夠全面、教學(xué)內(nèi)容統(tǒng)一規(guī)定、學(xué)生不能自由選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和時(shí)間等方面；另外，學(xué)生也無法按自己的想法進(jìn)行研究性、探索性實(shí)驗(yàn)。不僅不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，反而容易讓學(xué)生滋生惰性和依賴性，難以激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性與創(chuàng)新性。

要想扭轉(zhuǎn)“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端，首先要讓實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念和教學(xué)模式，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容不能僅局限在課內(nèi)。要因勢(shì)利導(dǎo)，利用電子設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)，讓學(xué)生在課余時(shí)間收集、觀看物理實(shí)驗(yàn)小視頻，錄制演示實(shí)驗(yàn)視頻，講解其原理，設(shè)計(jì)自制實(shí)驗(yàn)儀器等多種活動(dòng)，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容延伸到實(shí)驗(yàn)課之外，采用多種形式和辦法激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的參與熱情和興趣。改變傳統(tǒng)的“教師為主體、內(nèi)容為中心、實(shí)驗(yàn)操作為載體”的教學(xué)模式，形成“學(xué)生為主體、突出強(qiáng)調(diào)參與各種實(shí)驗(yàn)活動(dòng)且各類實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式并存”的教學(xué)模式，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性［2］。同時(shí)改變相應(yīng)實(shí)驗(yàn)課考核內(nèi)容和辦法，將考核內(nèi)容和辦法分課內(nèi)部分和課外部分，通過改革提高學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性和主動(dòng)性。

（二）智能制造背景下“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”師資培訓(xùn)方向和內(nèi)容

1.發(fā)揮物理實(shí)驗(yàn)課程在思想政治教育中的優(yōu)勢(shì)作用。培訓(xùn)“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程教師應(yīng)充分把握本課程在實(shí)施課程思政中的特色優(yōu)勢(shì)，將課程思政教育融入“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程?！按髮W(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程具有利于開展課程思政的兩個(gè)特色優(yōu)勢(shì)：一是豐富多樣的思政元素適合開展多主題的思想政治教育；二是“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”作為理工科院校各專業(yè)必修的基礎(chǔ)課程，其定位有利于實(shí)施量大面廣的課程思政。

“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程學(xué)習(xí)的內(nèi)容包括背景學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作和知識(shí)拓展等，在實(shí)驗(yàn)背景中有許多科學(xué)家奮斗的艱難歷程和科學(xué)發(fā)展史，這是實(shí)施課程思政教育鮮活生動(dòng)的素材?！按髮W(xué)物理實(shí)驗(yàn)”教學(xué)中教師的主導(dǎo)作用概括起來有兩個(gè)方面：一是政治思想導(dǎo)向，二是課程知識(shí)傳授。合格的實(shí)驗(yàn)教師需要同時(shí)具備較高的思想道德修養(yǎng)和教學(xué)行政能力，即在教學(xué)過程中精通專業(yè)；以身作則、為人師表；能夠因材施教，組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)秩序，把握好嚴(yán)格要求品行和自由發(fā)展學(xué)術(shù)的平衡。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師通過課程內(nèi)容講授和學(xué)生動(dòng)手操作及相互討論，總能找到各種切入點(diǎn)實(shí)施思想政治教育。教師自身的人格魅力對(duì)于學(xué)生的影響是直接的、巨大的。教師的言行舉止、教學(xué)風(fēng)范都會(huì)潛移默化地影響學(xué)生。講解循循善誘、語言優(yōu)美、課堂氛圍和諧民主、教師作風(fēng)親切友善等都能讓學(xué)生從教師身上體會(huì)到責(zé)任感和敬業(yè)精神。因此，在實(shí)際教學(xué)中實(shí)驗(yàn)教師應(yīng)順勢(shì)而為，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)施愛國主義和理想信念教育，以及包括社會(huì)主義核心價(jià)值觀在內(nèi)的各種主題的思想政治教育［3］。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)室安全教育中融入習(xí)近平生態(tài)文明思想和社會(huì)公德教育，布置實(shí)驗(yàn)工作和任務(wù)時(shí)強(qiáng)調(diào)職業(yè)道德和學(xué)術(shù)道德標(biāo)準(zhǔn)。

2.鼓勵(lì)學(xué)生自制實(shí)驗(yàn)儀器，激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力。目前，高校實(shí)驗(yàn)室的很多儀器設(shè)備集成度很高，學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)不用連線路和儀器調(diào)試，經(jīng)過簡(jiǎn)單操作就能看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。用起來很方便，但使用的靈活性、擴(kuò)展性、可開發(fā)性卻大打折扣。這樣的儀器設(shè)備容易使學(xué)生產(chǎn)生惰性，教學(xué)效果差，達(dá)不到培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才的目標(biāo)。為了加強(qiáng)理論與實(shí)踐相結(jié)合，課內(nèi)與課外相結(jié)合，突出學(xué)生個(gè)性化發(fā)展，切實(shí)鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，培訓(xùn)教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，提出一些設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題目，讓一些實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ膬?yōu)秀學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)，并提供一些必要的幫助和支持，鼓勵(lì)其積極參與自制實(shí)驗(yàn)儀器活動(dòng)，注重激發(fā)學(xué)生的上進(jìn)心和特殊興趣。

學(xué)生自制實(shí)驗(yàn)儀器在開始起步階段有一定難度，不知道如何下手。培訓(xùn)教師可以引導(dǎo)學(xué)生先在網(wǎng)上收集收看演示實(shí)驗(yàn)小視頻，受到引導(dǎo)和啟發(fā)后，從做一些簡(jiǎn)單的演示實(shí)驗(yàn)儀器開始，有了第一次的成功，學(xué)生體會(huì)到自制儀器成功的喜悅，就有了成就感。這樣由小到大，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，就能逐漸培養(yǎng)出學(xué)生的興趣。有了興趣，就能提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)參與率。自制實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)提高教師自身業(yè)務(wù)水平和提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力都有重要意義。

3.鼓勵(lì)學(xué)生錄制演示實(shí)驗(yàn)小視頻，激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣和實(shí)驗(yàn)參與率。物理演示實(shí)驗(yàn)具有真實(shí)、直觀、形象和生動(dòng)的特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有著特殊的魅力。運(yùn)用物理演示實(shí)驗(yàn)，訓(xùn)練學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能，讓學(xué)生體會(huì)到“發(fā)現(xiàn)”與“克服困難，解決問題，獲得成功”的喜悅。由于演示實(shí)驗(yàn)過程明顯、結(jié)果清晰并且便于觀察，因此正確運(yùn)用演示實(shí)驗(yàn)可以使物理教學(xué)從生硬和呆板中擺脫出來，顯得生動(dòng)活潑、趣味盎然，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的理解能力和觀察能力［4］。

2021年陜西理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建成一個(gè)面積達(dá)150多平方米的物理演示實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)容涵蓋力、熱、聲、光、電等基礎(chǔ)學(xué)科，涉及新能源、全息互動(dòng)、磁懸浮等演示實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目60多個(gè)。這些演示實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目既能吸引學(xué)生親自動(dòng)手參與操作，又能讓學(xué)生在娛樂之中思考和學(xué)到知識(shí)。

為了鼓勵(lì)學(xué)生利用課余時(shí)間到演示實(shí)驗(yàn)室動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，避免學(xué)生走馬觀花、看熱鬧，可要求學(xué)生把整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程錄制成視頻并講解其中的物理原理和實(shí)驗(yàn)步驟，強(qiáng)調(diào)演示實(shí)驗(yàn)的規(guī)范操作和注意事項(xiàng)，錄制的視頻編輯完成后可上傳至“學(xué)習(xí)通”，與全校師生分享。

4.利用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室讓學(xué)生參與到設(shè)計(jì)創(chuàng)新研究項(xiàng)目中去。本科生很難接觸到科研項(xiàng)目，培訓(xùn)教師利用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，借助大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目和課外科技競(jìng)賽等活動(dòng)，讓參與成員能對(duì)科學(xué)問題的研究方法、思路方案及流程等方面有深入的了解，同時(shí)也能讓學(xué)生參與到設(shè)計(jì)、自制過程中，培養(yǎng)學(xué)生的研究創(chuàng)新能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。

我校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心教師，根據(jù)自己的研究方向及多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)給出了不少創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題目，并將其公布在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心網(wǎng)站上，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與，開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的研究工作。學(xué)生也可以提出自己的設(shè)計(jì)方案，然后和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教師聯(lián)系，由教師評(píng)估其可行性，并在教師的指導(dǎo)下完成。這種創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可以一個(gè)人獨(dú)自完成，也可以團(tuán)隊(duì)合作完成。通過大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，建立創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)及創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目庫，給學(xué)生提供進(jìn)一步深入研究的平臺(tái)，為將來科研工作和工程設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（三）智能制造背景下“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”考核方式

課程考核方式有很重要的統(tǒng)領(lǐng)和導(dǎo)向作用。為了配合教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容的改革，讓改革取得滿意的教學(xué)效果，課程考核方式必須做相應(yīng)的改變。“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”考核方式采用課內(nèi)考核和課外考核兩部分，課內(nèi)考核部分占60%，課外考核部分占40%，大大降低了課內(nèi)考核的比例，把實(shí)驗(yàn)教學(xué)延伸到課外廣泛的領(lǐng)域。通過課外考核成績(jī)的激勵(lì)，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”和“學(xué)習(xí)通”平臺(tái)，鼓勵(lì)學(xué)生在課余時(shí)間自主學(xué)習(xí)。

1.課內(nèi)考核部分。為了便于操作，實(shí)驗(yàn)課內(nèi)考核仍然采用操作成績(jī)與報(bào)告成績(jī)各占一半的形式。上課過程中，根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)情況和實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范程度，儀器調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)記錄、現(xiàn)象觀察描述準(zhǔn)確性等方面給出實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求和規(guī)范，按照學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、不確定度分析、實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)等情況給出實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)。

2.課外考核部分。課外考核由五部分組成。第一部分為演示實(shí)驗(yàn)視頻制作。我校大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室有60多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，全天對(duì)學(xué)生開放。學(xué)生把實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容搞清楚后自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，講解原理，錄制視頻。編輯完成后發(fā)布到“學(xué)習(xí)通”。這部分成績(jī)最多占課外考核部分的40%，單個(gè)視頻滿分15分。第二部分為演示實(shí)驗(yàn)小視頻的收集整理。學(xué)生自行收集有趣的演示實(shí)驗(yàn)小視頻，并解釋其中的物理原理，經(jīng)過編輯后發(fā)布到“學(xué)習(xí)通”。這部分成績(jī)最多占課外考核部分的30%，每收集編輯一個(gè)，滿分10分。第三部分為自制實(shí)驗(yàn)儀器。這部分成績(jī)最多可以占課外考核部分的90%，每完成一個(gè)，滿分45分。第四部分為點(diǎn)擊觀看發(fā)布到“學(xué)習(xí)通”上的實(shí)驗(yàn)小視頻。點(diǎn)擊觀看一個(gè)小視頻后，學(xué)生可以發(fā)表自己的觀點(diǎn)和感想，并提出自己的建議，這部分成績(jī)最多占課外考核部分的30%，每完成一個(gè)，滿分5分。第五部分為計(jì)創(chuàng)新研究項(xiàng)和專利申請(qǐng)，這部分成績(jī)最多可以占課外考核部分的80%，每完成一個(gè)，滿分80分。

結(jié)語

“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”師資培訓(xùn)要結(jié)合每個(gè)學(xué)校的具體情況，充分考慮到教師、學(xué)生、實(shí)驗(yàn)條件等情況，在培訓(xùn)過程中，除了不斷提高實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍的專業(yè)水平和教學(xué)能力外，還要培訓(xùn)教師轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念和教學(xué)模式，改變不合理的課程考核方式，這樣才能取得滿意的培訓(xùn)效果。