物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)踐團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練的實(shí)踐與探索

陳美霞 李建設(shè) 張 霆 劉成岳 梅忠義

（合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院，安徽 合肥 230009）

為全面落實(shí)教育部《關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》（教高[2012]4號文件），深化教育教學(xué)綜合改革，切實(shí)提高人才培養(yǎng)質(zhì)量.我校從2011學(xué)年起開始實(shí)施“三學(xué)期制”，全年分為3個學(xué)期，時間長度分別為18周、18周和4周.兩個長學(xué)期主要安排理論和實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，短學(xué)期主要安排實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)、創(chuàng)新教育和學(xué)術(shù)前沿教育.學(xué)校的創(chuàng)新實(shí)踐活動主要是為了培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的應(yīng)用型、創(chuàng)新型的高素質(zhì)專門人才[1-5]，堅(jiān)持社會主義人文精神和科學(xué)創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，進(jìn)一步推進(jìn)大學(xué)生科技創(chuàng)新、學(xué)科競賽、文學(xué)藝術(shù)創(chuàng)作及各類社會創(chuàng)新實(shí)踐等活動，不斷提高大學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、科技創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和學(xué)術(shù)水平，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神[6，7].學(xué)校的團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練項(xiàng)目是指除現(xiàn)有的學(xué)科競賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目外，適合在小學(xué)期開展的能夠訓(xùn)練學(xué)生創(chuàng)新思維和動手能力的項(xiàng)目，鼓勵學(xué)生以團(tuán)隊(duì)合作開展構(gòu)思、設(shè)計(jì)和制作活動，最后通過答辯和現(xiàn)場演示等方式進(jìn)行評審并取得創(chuàng)新學(xué)分.目的是為了培養(yǎng)未來工程師需具備的團(tuán)隊(duì)精神、創(chuàng)新思維和動手能力，并在團(tuán)隊(duì)合作中培養(yǎng)溝通協(xié)調(diào)能力.

為順應(yīng)學(xué)校第三學(xué)期的開展，物理實(shí)驗(yàn)中心對物理實(shí)驗(yàn)課程體系進(jìn)行變革，在原有大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的基礎(chǔ)上，構(gòu)建出創(chuàng)新實(shí)踐團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練內(nèi)容體系，該教學(xué)內(nèi)容體系由多個創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目組成，開設(shè)對象是面向以電子科學(xué)、微電子學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)和集成電路設(shè)計(jì)等4個專業(yè)的學(xué)生.經(jīng)過4年的實(shí)踐與探索，創(chuàng)新實(shí)踐團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練內(nèi)容體系在課題選題、學(xué)生的組織安排、實(shí)施過程、考核方式等方面已經(jīng)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，該內(nèi)容體系的實(shí)施效果受到學(xué)生的廣泛好評.下面筆者具體介紹我校第三學(xué)期創(chuàng)新實(shí)踐團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練的實(shí)施過程.

1 物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)踐團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練的實(shí)施方法

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式以教師講解理論及實(shí)驗(yàn)操作方法，學(xué)生按照教師講解的操作步驟一步一步地操作、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)課結(jié)束；課后學(xué)生抄寫書上的實(shí)驗(yàn)原理，簡單的處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，整個實(shí)驗(yàn)結(jié)束[8].在整個過程中學(xué)生多是按照教師的要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，很少有自己的思想，所以學(xué)生實(shí)驗(yàn)課上積極性不高，為了完成實(shí)驗(yàn)而去做實(shí)驗(yàn)，做完實(shí)驗(yàn)有些學(xué)生都不知道為什么要測這些數(shù)據(jù)，所以實(shí)驗(yàn)課效果不理想.而物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練以學(xué)生團(tuán)隊(duì)為主體、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，學(xué)生自己查閱文獻(xiàn)、資料，針對教師提出的啟發(fā)式實(shí)驗(yàn)課題，學(xué)生以團(tuán)隊(duì)為單位自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，繼而研究實(shí)踐并綜合分析，最后完成實(shí)驗(yàn)并撰寫研究論文，論文交流并答辯.這種教學(xué)模式是以學(xué)生團(tuán)隊(duì)獨(dú)立研究為主體，教師啟發(fā)為主導(dǎo)的交互式教學(xué)體系.物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練可以分為3個階段：課題研究選題階段，學(xué)生的探索設(shè)計(jì)過程，課題結(jié)題和考核階段.

1.1 課題研究選題階段

首先，學(xué)生團(tuán)隊(duì)根據(jù)個人興趣或特長，以物理實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，在查閱文獻(xiàn)和資料的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)向?qū)嶒?yàn)室提出實(shí)驗(yàn)研究課題.實(shí)驗(yàn)教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件，在針對學(xué)生申報(bào)實(shí)驗(yàn)課題調(diào)研的基礎(chǔ)上，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課題立項(xiàng).我校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心有大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)、專業(yè)物理實(shí)驗(yàn)、近代物理實(shí)驗(yàn)共計(jì)60余個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，能夠在力、熱、聲、光、電和近代物理等多方面開展實(shí)驗(yàn)研究.以創(chuàng)新學(xué)期為依托，在綜合考慮實(shí)驗(yàn)中心資源配置的基礎(chǔ)上給大學(xué)一二年級的學(xué)生團(tuán)隊(duì)開設(shè)了“多功能電表改裝設(shè)計(jì)制作與應(yīng)用”“光的色散率測量方法探究”“氣墊導(dǎo)軌的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究”“微小形變測量方案的設(shè)計(jì)及研究”“多區(qū)域溫度敏感實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)”“直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究”“數(shù)字萬用電表的組裝、校正及應(yīng)用研究”等系列用于創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練的研究設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[9]，這些創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練項(xiàng)目極大地提高了學(xué)生參與創(chuàng)新、參與項(xiàng)目研究設(shè)計(jì)、自主學(xué)習(xí)的積極性，提高了學(xué)生的知識應(yīng)用能力、實(shí)踐研究能力和科技創(chuàng)新能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究素質(zhì)[10-12]，為學(xué)生參加科技發(fā)明制作、數(shù)學(xué)建模等科學(xué)研究實(shí)踐奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

1.2 學(xué)生的探索設(shè)計(jì)過程

物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練的研究課題立項(xiàng)后，如何實(shí)現(xiàn)課題的深入研究，確保學(xué)生團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中能夠得到有效的培養(yǎng)，指導(dǎo)教師的作用至關(guān)重要.指導(dǎo)教師除了能夠引導(dǎo)學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)外，還必須有相當(dāng)?shù)目蒲斜尘埃煜た茖W(xué)研究方法.我校物理實(shí)驗(yàn)中心有一支由教授、副教授及其帶領(lǐng)的多位博士和碩士組成的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師，除專職的7名實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員外還有10名實(shí)驗(yàn)助理，這些實(shí)驗(yàn)助理由本院相關(guān)專業(yè)在讀碩士生組成，經(jīng)學(xué)校勤工助學(xué)中心聘任.實(shí)驗(yàn)助理經(jīng)過實(shí)驗(yàn)中心崗前培訓(xùn)，協(xié)助主講教師負(fù)責(zé)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)，由于他們來自科研工作的第一線，研究課題各不相同，為豐富和改革教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提供了很好的條件，可以開闊設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的思路，并容易與學(xué)生交流反饋，發(fā)揮橋梁紐帶的作用.總之，整個實(shí)驗(yàn)中心的師資隊(duì)伍能夠?yàn)榇髮W(xué)物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練項(xiàng)目的順利開展提供有力指導(dǎo)及儀器設(shè)備準(zhǔn)備工作.學(xué)生團(tuán)隊(duì)可以充分利用實(shí)驗(yàn)室條件，在富有教學(xué)和科研經(jīng)驗(yàn)的教師指導(dǎo)下，團(tuán)隊(duì)分工合作合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，開展實(shí)驗(yàn)研究，經(jīng)過反復(fù)的測試實(shí)驗(yàn)，直至得到較為滿意的研究結(jié)果，最后要求團(tuán)隊(duì)針對研究成果撰寫科技小論文.

1.3 課題結(jié)題和考核

物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練的結(jié)題需提交電子元件作品或結(jié)題論文，通過電子元件作品性能測試或論文答辯形式對學(xué)生團(tuán)隊(duì)進(jìn)行考核.要求每個團(tuán)隊(duì)制作一個電子講稿，每個團(tuán)隊(duì)推薦1到3人進(jìn)行課題研究成果匯報(bào)，這很好地鍛煉了學(xué)生的表達(dá)能力和科研交流能力.由多名實(shí)驗(yàn)教師組成答辯委員會，對學(xué)生團(tuán)隊(duì)進(jìn)行綜合評分.提倡學(xué)生團(tuán)隊(duì)將所做的實(shí)驗(yàn)當(dāng)作一項(xiàng)科研活動用科學(xué)實(shí)驗(yàn)的觀點(diǎn)經(jīng)過團(tuán)隊(duì)的大量調(diào)研和實(shí)驗(yàn)按照科技小論文的寫作格式和寫作方法來完成對實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫，這種方式可以改變千篇一律的實(shí)驗(yàn)報(bào)告模式使其更具個性和特色[13].要想把科技論文寫好就需要學(xué)生團(tuán)隊(duì)借助網(wǎng)絡(luò)或者圖書館等途徑大量查閱相關(guān)實(shí)驗(yàn)的科技文獻(xiàn)和學(xué)術(shù)刊物，而不再僅僅依賴實(shí)驗(yàn)教材上的實(shí)驗(yàn)原理，這既鍛煉了學(xué)生查閱文獻(xiàn)獲取有用信息的能力，拓寬了知識面，又培養(yǎng)了他們撰寫科技小論文的能力，有利于增加學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)的興趣、積極性和創(chuàng)造性.由于這種形式的科技論文沒有固定的格式或模式，形式多種多樣，不容易抄襲，不僅限制了學(xué)生照抄教材，而且如果團(tuán)隊(duì)之間互相抄襲很容易被教師發(fā)現(xiàn)，迫使每個團(tuán)隊(duì)都必須認(rèn)真地去寫，因此鍛煉和提高了學(xué)生獨(dú)立思考、獨(dú)立寫作的能力.

2 一個創(chuàng)新實(shí)踐團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練項(xiàng)目的具體安排

下面就“多功能電表的設(shè)計(jì)制作與應(yīng)用研究”這個電學(xué)設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來談一談如何開展創(chuàng)新實(shí)踐團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練的，該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求學(xué)生團(tuán)隊(duì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，查閱資料，認(rèn)真思考，共同分析和解決問題.通過該創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練項(xiàng)目，使得學(xué)生團(tuán)隊(duì)在獲得相關(guān)知識的同時，鍛煉其解決實(shí)際問題的技能，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力；并且該項(xiàng)目要求學(xué)生自己動手進(jìn)行焊接等操作，進(jìn)一步鍛煉了學(xué)生的動手能力.

該團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練項(xiàng)目包含查閱資料、設(shè)計(jì)電路、選擇元件（開出領(lǐng)料單、領(lǐng)取元件）、布線焊接、調(diào)試電路、檢測結(jié)果、誤差分析等過程都是在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生團(tuán)隊(duì)獨(dú)立完成的，每個教學(xué)班分成5～8個團(tuán)隊(duì)，每個團(tuán)隊(duì)（5～7人）推薦一名隊(duì)長，隊(duì)長負(fù)責(zé)全隊(duì)的工作安排.開始大家一起查閱資料，接著隊(duì)長開始安排工作，有人負(fù)責(zé)電路設(shè)計(jì)，有人負(fù)責(zé)計(jì)算各個量程中要用到的元件參數(shù)，有人負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)電子元件如何布置并焊接，這既要考慮到美觀又要焊點(diǎn)整齊，也就是既有藝術(shù)性又比較實(shí)用，有人負(fù)責(zé)校正校準(zhǔn)并分析誤差原因，最后隊(duì)長會對自己隊(duì)的作品進(jìn)行成果展示并匯報(bào)自己隊(duì)在實(shí)驗(yàn)的整個過程中遇到的問題及實(shí)際解決的方法，整個過程大家都非常積極，課堂氣氛非常好.該團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練過程如圖1所示.

圖1 “多功能電表的設(shè)計(jì)制作與應(yīng)用研究”實(shí)施流程圖

總結(jié)“多功能電表的設(shè)計(jì)制作與應(yīng)用研究”團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練項(xiàng)目的過程，我們看到，這項(xiàng)活動的開展不僅培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)精神、創(chuàng)新思維和動手能力，并在團(tuán)隊(duì)合作中培養(yǎng)了溝通協(xié)調(diào)能力.對于學(xué)生來說，不管他們將來從事何種職業(yè)，他們在團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練過程中由于處于完全主動的地位，自己設(shè)計(jì)制作，具有極大的積極性，因此吸取了實(shí)驗(yàn)研究中層次最高、最具遷移價值的那一部分財(cái)富，將會長久地影響著學(xué)生未來的事業(yè)和生活[12].正如應(yīng)用物理13-1班曾強(qiáng)同學(xué)在總結(jié)中所說的“本來一看到這個團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練題目時我們感覺是高中的知識，很簡單，應(yīng)該很快就能做好，但實(shí)際做的時候卻遇到很多問題，后來通過團(tuán)隊(duì)成員的共同努力，順利完成了實(shí)驗(yàn)，通過這次實(shí)驗(yàn)，我們知道了多用電表的設(shè)計(jì)原理，并親自動手合作完成了多用電表的焊接組裝，體驗(yàn)到了動手的樂趣，在實(shí)驗(yàn)中增加了自己的動手能力并獲得了成就感.最重要的是通過這次試驗(yàn)，體會到了合作的重要性，這也是我們團(tuán)隊(duì)能快速完美地完成這次實(shí)驗(yàn)最重要的原因.當(dāng)然在設(shè)計(jì)制作的過程中我們團(tuán)隊(duì)也有爭執(zhí)，但我們能理性地交流，并在咨詢老師的建議后統(tǒng)一意見”.陳厚春同學(xué)在總結(jié)中也認(rèn)為：“在實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)的每個人都參與其中，每個人的動手實(shí)踐能力都得到有效的鍛煉.實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的諸多問題，都由團(tuán)隊(duì)共同查閱資料與討論解決，增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)成員的團(tuán)結(jié)協(xié)作能力”.

3 結(jié)語

依托大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的物理創(chuàng)新實(shí)踐團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練以優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段為核心，以整合科學(xué)研究、課題研究與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程為導(dǎo)向，以搭建大學(xué)物理研究型實(shí)驗(yàn)為平臺，以降低學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理難度為突破口，激發(fā)大學(xué)生學(xué)好大學(xué)物理的興趣，著力培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、分析問題和團(tuán)結(jié)合作共同解決問題的能力，讓學(xué)生活用知識，掌握初步簡單科研的思想，以培養(yǎng)學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)為目的.該創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練的研究設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，極大地提高了學(xué)生參與創(chuàng)新、參與項(xiàng)目研究設(shè)計(jì)、自主學(xué)習(xí)的積極性，提高了學(xué)生的知識應(yīng)用能力、實(shí)踐研究能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神及科技創(chuàng)新能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究素質(zhì)，為學(xué)生參加科技發(fā)明制作、數(shù)學(xué)建模等科學(xué)研究實(shí)踐奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

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