“三位一體”大學物理實驗教學模式的探索與實踐

蔣愛華，唐文強，李　明，肖劍榮

（桂林理工大學理學院，廣西桂林541004）

“三位一體”大學物理實驗教學模式的探索與實踐

蔣愛華，唐文強，李明，肖劍榮

（桂林理工大學理學院，廣西桂林541004）

文章針對目前大學物理實驗課程教學面臨的一些問題和困難，結合桂林理工大學的理工科專業特點，在大學物理實驗課程教學中實施了“教學內容分模塊與分類別”“專業知識滲透”和“課外科技活動創新”互相融合“三位一體”的教學改革與探索，取得了很好的教學效果。

三位一體；大學物理實驗；教學改革實踐

國務院《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》及教育部《關于開展“十二五”高等學校實驗教學示范中心建設工作的通知》的頒布與實施，要求高等學校教育必須以專業為基礎、教學科研協同、注重因材施教、校企之間及高校本身形成優質資源，促進社會新常態下應用型創新人才的培養；同時，要求在人才培養過程中，要堅持以人為本，充分發揮學生的主動性，提出高校必須堅持教學內容、方法、手段改革。隨著高校擴招，學生規模增大，部分地方高校教學資源嚴重不足，給高等教育創新應用型人才的培養帶來了挑戰。

大學物理實驗是高等教育的基礎課程之一，在理工科類高校中其地位更顯重要，其基本知識和技能是學習、掌握后繼專業實驗課程的必備基礎。大學物理實驗課程不僅可以培養學生的動手操作能力、敏銳的洞察力，更能培養學生的嚴謹的科學態度、創新思維與能力。但遺憾的是，現階段的理工類的大學物理實驗教學大部分是局限于教學任務的完成，設置的教學內容很少綜合學生的基礎、興趣及專業等因素，沒有考慮因材施教，影響實驗教學效果。

針對大學物理實驗課程教學所面臨的問題，結合桂林理工大學理工科各專業的課程特點對大學物理實驗課程的教學進行系統的改革，構建了教學內容、專業知識和課外活動“三位一體”大學物理實驗課程教學模式，即對教學內容進行分模塊與分類別處理，對不同的專業在實驗中進行專業知識滲透，以及把課外科技活動創新作為大學物理實驗的一個有益的補充三者有機融合的教學模式。

一、“三位一體”實驗教學模式的構建

（一）教學內容分模塊與類別

在具體的教學安排及實驗過程中，我們把大學物理實驗中的預備實驗、基礎型實驗、綜合型實驗、設計創新型實驗、研究型實驗等實驗類型分成三個模塊：基礎實驗；演示與仿真實驗；綜合與創新實驗。這個模塊分類方面與全國大部分高?；疽恢?，但是我們在選課的環節上，讓學生有更多的自主權。學生可根據自身基礎、興趣愛好和能力，在保證實驗總量的前提下，可自主確定、適當調整三個模塊實驗項目的比例。教學內容及方法上按照認知規律進行教學，綜合考慮由淺入深、難易結合、循序漸進。實驗課程內容設置遵從教學法的一般規律，知識由易到難、從基礎到前沿、由打基礎到攻難關，逐漸培養學生的綜合能力及素質。

桂林理工大學自1952年建校以來，現已逐步發展成為一所以工學為主，理、管、文、經、法、藝7大學科門類的應用型大學。近年來，學校對教學工作十分重視，特別對基礎課程的教學改革十分關注，這給大學物理實驗的教學改革及發展帶來了機遇。針對我校的原有以地質類、土木類專業為基礎，環境類、材料類和化學類專業迅速發展的具體實際，將大學物理實驗課程的教學內容分為理科類、工科類兩個大類別，其中工科類又分為A和B兩小類。理科類的全部實驗教學課時為64學時，其教學內容側重于物理實驗的基本知識和基本原理的了解與掌握，該類主要應用于信息與計算科學、地球物理等7個理科專業，同時，我們也注重該類大學物理實驗課程的教學內容增添了一些與對應專業相結合的前沿理論與知識。教學過程中，強化物理學知識的研究方法和思維能力的培養，并且對實驗有關物理學規律及原理方面闡述比較詳細。工科A類的實驗教學課時為48學時，主要應用于土木工程、化學工程與工藝等15個工科專業，實驗教學內容體現大學物理的基本理論與學生的專業知識相結合。工科B類的實驗教學課時為32學時，降低了基本理論知識的要求，強調應用型人才的培養，適用于電子信息工程、通信工程和網絡工程等其余工科類專業，對課程的教學內容進行了大幅度的簡化，注重培養學生在專業工程技術中的一些基本技能。

（二）專業知識滲透教學的理念實踐

不同的專業其專業定位和人才培養目標存在差異，且其后續學科專業課基本完全不同，故各專業對大學物理實驗知識需求的側重點存在較大的差別。因此，在保持物理實驗原有內容體系的基礎上，對不同的專業教學突出結合專業的具體需要而有側重地設置課程內容，即不同專業可自身定制教學內容，實施相關教學。

土木、地質類專業的主干專業課程大多與工程力學相關，而其研究的主要內容為連續體或其系統的運動狀態和運動規律，其運動狀態及變化規律描述的主要是對力的有關參量與系統外參量的相互影響和相互作用，其基本理論與物理學中的質點系、剛體力學與流體力學的運動規律相一致。因此，在大學物理實驗課程教學中加強了力學方面的相關知識的滲透，在進行實驗原理的教學中增加一些質點力學和剛體力學方面的理論知識。

化學、材料類專業的無機化學、物理化學等課程是化學與材料類專業的基礎課程，但其內容均有一定的難度，無機化學課程與原子物理學課程的知識有很大的類似之處，均是有關物質結構的基本原理；而物理化學課程與熱學和熱力學與統計物理課程內容很大的相關性，如熱力學三大定律以及熱學中的一些基本概念是物理學中熱力學內容的擴展。因此，在大學物理實驗教學中加強了物質結構、熱力學及量子論的相關內容的滲透。

電子、通信類專業的電子與通信類課程與物理學中的電磁學有深刻的聯系，物理學中側重于理論上的描述，而電子與通信類專業課程中強調的是應用。在其專業課程中，核心是“路論”，其基本理論是電磁學中的場論，只是理論應用于以各類電路系統。電磁場的描述、場與場源的相互作用、矢量場的基本知識與基本規律等是電路系統中的能量流、物質流及信息流的物理基礎，大部分是關于“場論”的知識都是“路論”的基礎。因此，在大學物理實驗教學中把“場論”與“路論”結合起來。

（三）課外科技活動創新的探索

課外科技活動創新主要以演示實驗室和物理協會等為載體，以科學實踐活動為主要形式，以創新創業項目為推動力，以培養學生的科技探索意識和科技創新能力為目標，它有效地培養了學生的興趣愛好，挖掘了學生的潛能，促進了學生創新能力的培養。為此，我們在以下幾個方面進行探索與實踐。

桂林理工大學在2005年新建物理演示實驗室，最初為40多個實驗項目，后期陸續增加實驗儀器，至2012年增加到近100個實驗項目。實驗項目成倍增長，給學生提供了很好的實驗條件與環境，豐富了大學物理實驗教學。同時，我們也改革了大學物理演示實驗室的管理模式，演示實驗室由應用物理學專業高年級學生管理，全面對學生實行實驗室開放式，為愛好大學物理實驗的學生提供了良好的實驗環境。

桂林理工大學大學生物理協會于2008年成立，主要是由應用物理學專業學生承擔一切協會工作，應用物理學專業教師在知識方面做一些專業指導。物理協會專門建立科技活動小組，開展你身邊的物理知識與現象講座、日用家電維修、小型實驗儀器維修與改造和理學院數理文化節等活動，組織學生參加全國電子設計大賽及各種科技競賽活動等，充分地把物理實驗課程中的基本理論與基本技能運用到日常生活與學習之中。通過這些活動取得的成績，使學生有了較大的成就感，也更深刻地懂得了學好大學物理實驗的重要性。

二、教學改革與實踐成效

通過近5年的實驗教學改革與實踐，實驗室教師先后發表教學改革研究論文30余篇；出版了物理實驗教材2套；組織教師編制了與教材配套的多媒體課件；建立了基于校園網的“物理實驗教學中心”網站。近幾年，學生在全國和區級電子設計大賽、廣西創新訓練項目和大學生科技立項中成績顯著；教師參與教學改革的積極性也有了較大的改善。通過實驗教學改革，涌現出一批優秀教師，一些優秀教學成果，近幾年來，實驗教學中心教師分別獲得校級“十佳青年科技工作者”“學生科技活動優秀指導教師”“實驗講課比賽一、二等獎”“優秀實驗技術人員”等榮譽。共獲得7項國家及省部級科研基金資助項目，3項省部級教改項目，4項校級教學工程改革項目。

編輯/岳鳳

蔣愛華（1967－），女，湖南隆回人，本科，高級實驗師，研究方向：薄膜材料。

廣西高等教育本科教學改革工程項目（項目編號：2012JGA146、2015JGB257）；桂林理工大學教改工程項目（項目編號：2012B08、2013JG35）