國家級物理實驗教學示范中心實踐教學體系的創新探索與構建

袁吉仁， 方利廣， 韓道福， 鄧新華， 何喜玲

(1. 南昌大學 物理實驗教學中心， 江西 南昌 330031；2. 江西南昌供電公司， 江西 南昌 330006)

國家級物理實驗教學示范中心實踐教學體系的創新探索與構建

袁吉仁1， 方利廣1， 韓道福1， 鄧新華1， 何喜玲2

(1. 南昌大學 物理實驗教學中心， 江西 南昌 330031；2. 江西南昌供電公司， 江西 南昌 330006)

新時期形勢下創新構建實踐教學體系是切實提高本科教學質量的重要環節之一。南昌大學物理實驗教學中心經過多年的創新探索和一系列的措施實施，構建了“一條主線、三個平臺、五類教學、全面開放”的實踐教學體系，建立了物理素養教育、拔尖人才培養和創新創業實踐3大教學平臺，期望為實踐教學體系建設的研究提供借鑒和參考。

實驗教學示范中心； 實踐教學體系； 物理實驗

實踐教學體系是國家級實驗教學示范中心建設的最重要內容之一[1]，對于學校實施素質教育、實現人才培養目標具有關鍵作用[2]。我校物理實驗教學中心致力于實踐教學體系的改革創新,探索出了“一條主線、三個平臺、五類教學、全面開放”的實踐教學體系，構建了物理素養教育、拔尖人才培養和創新創業實踐3大教學平臺，用信息化手段支撐實驗開放、資源共享和教學全過程規范化管理，對專業領域的優秀學生因材施教，設置專門的課程體系重點培養，塑造拔尖創新人才，同時聯合校內工程中心和校外相關行業企業協同育人，組織學生進行工程訓練和社會實踐，增強學生的社會責任感、激發創新精神，提高創新創業能力[3]。我校物理實驗教學中心經過多年來一系列的措施實施和工作完善，于2015年被教育部批準為國家級物理實驗教學示范中心。

1 實踐教學體系整體改革創新思路

我校物理實驗教學中心以實驗中心5個基礎實驗室、9個專業實驗室和多個科研實驗室為依托，聯合鳳凰光學、聯創光電、清華泰豪等多家校外相關企業，建立了“基本素質教育和創新能力培養、大眾化教育和精英式培養、學校教育和社會實踐相結合”的創新人才培養新模式。以基礎能力訓練、拔尖創新培養和創新創業實踐多位一體的培養目標，構建了“一條主線、三個平臺、五類教學、全面開放”的實踐教學體系(見圖1)，面向全校理、工、文、醫多個學科及特色實驗班開設實驗課程，同時為全省中小學科普、實驗培訓、實驗競賽，及校外有關企事業單位提供技術咨詢和技術服務。

1條主線即以大學生創新實踐能力培養為主線；3個平臺即物理素養教育、拔尖人才培養和創新創業實踐3大平臺；5類教學即物理通識教育、基礎實驗教學、專業實驗教學、科研訓練、創新創業實踐；全面開放指的是依托實驗教學過程化管理系統，實現實驗教學開放、教學儀器資源共享、教學全過程規范化管理，提高教學質量。

2 物理素養教育平臺的構建

物理素養教育平臺主要服務于全校理、工、醫各學科低年級學生的“大學物理實驗”“普通物理實驗”和“醫學物理實驗”等基礎實驗課程的教學及部分文科專業的物理通識教育，著重解決全校學科門類多、教學量大面廣之下，學生的基本規范養成、基礎能力訓練和創新實踐能力提高的問題，保障全校大范圍學生物理基本素養和能力的培養。物理素養教育平臺包括基礎物理實驗教學和物理通識教育2類教學。

2.1 基礎物理實驗教學的整合

基礎物理實驗教學是我校物理實驗教學的主體，教學對象廣、教學課時量大，面向全校理、工、醫53個學科低年級本科生開設，每年接納學生約5 000人，教學人時數30萬左右，開設“大學物理實驗I”“大學物理實驗II”“普通物理實驗1”“普通物理實驗2”“普通物理實驗3”“創新實驗班普通物理實驗”“醫學物理實驗”7門實驗課程，可開出實驗項目67個。

為了充分利用教學資源、實現儀器資源共享，達到基礎實驗人手一套儀器，提高教學效果和人才培養質量，實驗教學中心以大課程實驗教學概念，打破7門基礎實驗課程界限，整合7門課程所有實驗項目，以能力培養為主線分成3個層次開設：基礎訓練實驗，提高性實驗，綜合、設計性實驗。通過開放選課，滿足不同專業類別學生的實驗需求。各層次實驗項目滿足不同層次能力的培養要求，學生根據自身能力達到的不同階段，自主選擇各層次實驗項目，循序漸進地進行學習和訓練，達到能力培養目標。

基礎訓練實驗面向全校新生開設選修課，包括緒論和7個基礎訓練項目，主要培養學生掌握通用儀器、儀表的規范操作和使用，為后續課程積累經驗。提高性實驗包括20個實驗項目，要求學生選其中的8個，培養學生對實驗現象的觀察分析、實驗操作、數據處理和撰寫實驗報告的能力，提高實驗技能和科學素養。提高性實驗側重不同專業的專業知識，強調物理知識在專業領域的應用[4-6]。綜合、設計性實驗包括39個實驗項目，實驗類型側重于拓展物理學原理的應用，培養學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力[7]。綜合、設計性實驗項目數較多，為各專業學生提供了豐富的實驗內容和自由選擇余地，學生可根據自身專業特點、興趣和學時要求選做。這一做法，改變了以往教學(7門基礎實驗課程各自獨立教學，非大課程實驗教學)實驗項目固定、規定必須完成、學生沒有選擇的自由、處于“被實驗”的狀況。如今，各專業學生通過選課，自由選做實驗項目、設計實驗方案，激發了學習興趣，學生在實驗過程中，充分發揮潛能和智慧，激發了創新活力。

學生通過綜合、設計性實驗，掌握了物理學原理和實驗的方法，從基礎物理了解學科前沿，從經典實驗掌握現代科技，從小實驗學到了大應用。如：空氣動力學實驗，讓學生掌握飛機浮升的動力學原理，了解到高速運行交通工具(如汽車、高鐵列車)外形設計應考慮的空氣動力學問題；由密立根油滴實驗，想到了大氣煙塵、工業廢水、霧霾的危害，探索了電吸附治理的辦法；由數碼照相實驗，探索紅外夜視成像問題；由透鏡焦距測量實驗，研究眼睛的光學成像機理；從傳感器實驗到現代物聯網等。

2.2 物理通識教育的拓展

以學科交叉、復合型人才培養為目標，開設物理通識教育課程，主要面向文科生以及對物理有濃厚興趣的學生開設，包括二類通識課程及演示實驗、虛擬仿真實驗等3類課程，學生以選修課的形式參加實驗，獲得創新學分。每學期參與學習的人數近1 500人。

2006年，實驗教學中心建立了300 m2面積的演示實驗室，開設涵蓋力、熱、電、光、磁等5類基礎性、趣味性、探索性的演示實驗項目35個。演示實驗面向全校學生及全省中、小學生以課外選修、參觀學習、科普教育的形式開放服務。同時，實驗教學中心充分發揮“虛擬實驗”和“實體實驗”的優勢，虛實互補相得益彰，促進學生理論知識和實驗知識的融合貫通，全面提升學生的實踐能力、創新意識和綜合素質。2012年，物理實驗教學中心與中科大奧銳公司合作，利用多媒體和互聯網技術建立虛擬仿真實驗室，開發建設了基于組件的物理虛擬仿真實驗項目30多個，涵蓋力、熱、電、光、近代物理等實驗內容。此外，物理實驗教學中心每年為江西省中學生物理知識競賽、江西省中學生參加全國中學生物理奧林匹克競賽提供培訓和考試服務，支持江西基礎教育，培養大批拔尖人才。

3 拔尖人才培養平臺的創建

拔尖人才培養平臺圍繞拔尖創新人才培養目標，開展專業物理實驗和科研訓練，全面提高學生的綜合知識、科研能力和創新實踐能力。選拔專業領域優秀學生進入創新實驗班，如本碩實驗班、理工綜合實驗班，設置專門的課程體系，因材施教、精英化重點培養。

3.1 開拓專業物理實驗

專業物理實驗為不同專業方向的學生掌握專業知識和實踐技能提供一系列綜合實驗訓練，為他們高年級階段參與相關領域的創新性科學研究奠定堅實基礎。專業物理實驗開設近代物理、應用電子和光電信息3大類實驗，含“近代物理實驗1”“近代物理實驗2”“模擬電路實驗”“數字電路實驗”“微電子實驗”“光電傳感實驗”“光電信息處理”“數字圖像處理”等8門實驗課程，每年參與實驗人數約150人，采取分組教學。為保證教學效果，每組人數不超過3人，每個實驗項目按6學時開設。

3.2 開創科研訓練實驗

中心教師十分注重學生科研能力和創新能力的培養，積極將科研項目轉化為創新實驗項目，讓學生自主選擇，進行實驗研究；同時中心教師也積極指導學生自己找題、查閱文獻、設計實驗、完成研究實驗，并進行論文答辯。如2014—2015學年的2學期，開設了薄膜技術物理實驗課程，教師提煉了系列實驗項目，針對物理、電子、光學工程、材料科學與工程、材料加工工程等專業的本科生進行科研訓練，要求按照“文獻閱讀、設計實驗、完成實驗、處理數據、論文總結”科研過程進行訓練。科研訓練分2個層次讓學生接觸現代技術物理：

(1) 薄膜材料的制備實驗。具體涵蓋采用化學氣相沉積以及物理氣相沉積方法制備新型納米結構薄膜、陶瓷薄膜、超硬金剛石薄膜。

(2) 薄膜的表征測試實驗。包括薄膜結構的X射線衍射(XRD)表征、薄膜形貌的原子力顯微鏡(AFM)和掃描電子顯微鏡(SEM)表征。

通過科研訓練，讓學生能夠掌握薄膜的制備、結構和形貌表征的相關基礎知識，提高實踐能力，培養科研素質，為參與相關領域的創新性科研奠定基礎。

3.3 開辦拔尖人才培養實驗班

學校為了培養拔尖創新人才，2008年開設本一碩實驗班，2014年開設理工綜合實驗班，針對專業領域優秀學生，按照專門設計的課程體系和培養方案，開展有針對性的指導訓練，重點培養。學生在本科3年級開始進入導師的課題組參與課題研究，在教師指導下接受系統的科研訓練。結合現代教育理念，注重學生探索能力、創新能力的培養，注重高層次人文素質和高水平科學研究能力的培養。緊跟學科發展前沿，結合科學技術現代化與社會對綜合素質人才的需求，使學生在基礎理論知識方面更加扎實，在知識結構方面有交叉學科的最新專業知識，培養出具有開拓創新精神和創造能力的優秀現代科技人才。

近年來拔尖創新人才培養了一大批復合創新型、研究型拔尖人才。本碩實驗班畢業生96%進入研究生階段學習，其中65%以上進入清華大學等國內“985工程”高校或美國賓夕法尼亞大學等國外名校深造。

4 創新創業實踐平臺的搭建

積極開展創新創業教育，以培養在校生的創新精神、創業意識和創新創業能力為目標，搭建創新創業平臺，配備創業導師、實習實踐指導教師，開展創新創業訓練與實踐活動，充分發揮學生的自主能動性和創新精神[8]。從4個方面開展大學生創新創業實踐：大學生物理創新競賽；開創南昌大學創客空間[9-10]，為江西省最早成立的大學生創客空間，促進大學生開發創造；依托國家硅基LED工程技術研究中心進行LED光電器件工程實訓；聯合校外企業，如鳳凰光學、聯創光電、清華泰豪等企業成立大學生實習實踐基地，培養社會責任感和社會適應能力。學生通過創新競賽、課外開發創作、工程實訓和校外實習，創新創業能力得到很大提高。

4.1 開設大學生物理創新競賽課程

物理實驗教學中心每年開設大學生物理創新競賽課程，培訓本校學生參加江西省大學生物理創新競賽，促進大學生物理知識應用和創新思維訓練，我校學生連續多年參加江西省大學生物理創新競賽，均取得了優異成績。

4.2 建立大學生創客空間

為培養大學生創新創業能力，建立了江西省最早的大學生創客空間，以大學生創客實驗為平臺，引導支持學生開發創作，開設創客大賽，促成了許多創造性作品，如綠色小冰箱、預防近視眼鏡、分光光度計等作品，參加了以鼓勵創新和綠色環保為主題的中美“綠色電子”挑戰賽，獲得了多項獎勵。大學生創客實驗室開辟了大學生創新創業的平臺，為大學生創新思維和創業能力提高起到了非常重要的作用。

4.3 開展LED光電器件工程實踐

依托南昌大學國家級科研創新平臺——國家硅基LED工程技術研究中心，圍繞 LED光電器件生產制造，開展工程實踐訓練。實訓以課外選修課的形式，在教師指導下，每年接納200多名本科生和研究生參加實訓學習。實訓內容以工程中心領銜建設的多個半導體電子廠房(工程中心)的運行情況作為實際載體，將這些廠房內的價值10多億的典型電子行業用的動力、工藝、測試設備作為觀摩對象，通過跟班拜師學藝方式，強化所有學生活用物理等學科知識的能力，以及對儀器設備、日常生活的觀察、欣賞乃至發展趨勢預見力，在此基礎上，培養學生自覺尊重前人的勞動成果、知恥而后勇的好習慣，做到謙虛工作、踏實積累、不驕不躁。然后從CAD設計著手，讓所有學生掌握基本設計能力，繪出自己欣賞的某個重要部件，并以此部件為載體，調查、評估其技術改進、生產、銷售、售后的全過程。對約20%的對實訓找到感覺的學生，指導教師及師傅將進一步強化其動手能力，從簡單實用的單片微機或PLC控制著手，參與到的設備維護、儀器開發中來。在這過程中，讓學生發現自己“有用”“不可或缺”。對約5%之內的學生，指導教師根據對他們的觀察，適時對他們進行創業輔導并積極跟蹤，甚至參與到學生的創業中，從而讓指導教師也有收獲，能不斷積累實訓經驗，實現多贏。我校LED工程實踐正在找到一條適合中國學生的實訓之路，為全民創新、萬眾創業探索一條發展之路。

4.4 開發校外企業實習實踐

實驗教學中心聯合鳳凰光學、聯創光電、清華泰豪、南大平波、黃綠照明、晶能光電等10多家校外企業，成立校外實習(實踐)基地，為學生參加創新創業實踐提供平臺。

學生通過單位參觀、儀器操作及參加企業的報告或企業講壇等，掌握生產實際相關知識，培養創新創業思維；通過在基地的調研和實踐，從基地發展所面臨的實際問題出發，為學生提供問題思考和問題研究，思考創新解決問題的辦法；通過本科生在基地的實習，將課堂教學與課外實踐教學有機結合，使學生深刻領悟實踐的重要性，增強學以致用的能力；通過在實習單位親身體會工作、學習、生活面臨的困難、問題，獲得解決問題的能力和社會適應能力。

5 結語

南昌大學物理實驗教學中心實踐教學體系的改革創新, 為培養大學生的動手能力、創新能力和協作精神, 為鍛煉和提高大學生的實驗素質和科學素養, 為大學生畢業后能更好地適應社會需要發揮了積極的作用。

References)

[1] 教育部．教育部關于開展高等學校實驗教學中心建設和評審工作的通知:教高[2005] 8號[Z].2005．

[2] 范公廣，劉永萍，謝軍．國家級實驗教學示范中心實驗教學體系的探索與實踐[J]．實驗技術與管理，2012，29(1)：134-136.

[3] 張向明，劉新瓊．構建創新創業大平臺，培養學生創新創業能力[J]．實驗科學與技術，2010，8(6)：130-132．

[4] 崔超英，況明星，趙志堅，等．胸部阻抗圖中左右心循環作用的探討[J]．第四軍醫大學學報，2007，28(23)：2188-2190．

[5] 胡愛榮，洪文欽，肖偉，等．重建心阻抗圖測定正常人總外周阻力的探討[J]．江西醫學院學報，2009，49(4)：4-6．

[6] 鐘雙英，劉崧，戚小平，等．以臨床應用為導向的醫用物理設計性實驗教學研究[J]．大學物理實驗，2013，26(2)：113-114．

[7] 陳淑文，方利廣，胡萍，等．物理實驗課程的整體優化與實現[J]．實驗技術與管理，2010，27(10)：153-155．

[8] 張臣，周合兵，羅一帆．大學生創新創業一體化實踐平臺的構建[J]．實驗室研究與探索，2013，32(11)：262-265．

[9] 李丹妍．創客教育：創新人才培養的新路向[J]．教育研究與實驗，2016(4)：30-34．

[10] 李蓓，劉紅梅．高校創客空間建設的探索與實踐[J]．實驗室研究與探索，2016，35(9)：254-258．

Innovative exploration and construction of practical teaching system of national-level teaching demonstration center for physics experiments

Yuan Jiren, Fang Liguang, Han Daofu, Deng Xinhua, He Xiling

(1. Physics Experimental Teaching Center, Nanchang University, Nanchang 330031, China; 2. Nanchang Power Supply Company, State Grid Corporation, Nanchang 330006, China)

Under the new situation, the construction of practical teaching system is one of the important links to improve the quality of undergraduate teaching. After years of innovation and a series of measures, the physics experimental teaching center of Nanchang University explores the practical teaching system of “A main line-three platforms-five teaching-fully open,” and constructs three “Innovative and entrepreneurial practical teaching platforms of “Physical quality education, top-talent cultivation, and innovative and entrepreneurial practice.” It is beneficial for providing references for the construction of experimental teaching system.

experimental teaching demonstration center; practical teaching system; physics experiment

10.16791/j.cnki.sjg.2017.06.050

2016-12-05

國家級實驗教學示范中心建設項目(2015)；江西省學位與研究生教育教學改革研究項目(JXYJG-2016-020)；南昌大學教學改革研究重點(招標)項目“基于虛擬仿真技術平臺的創新型人才培養模式研究”

袁吉仁(1974—)，男，江西分宜，博士后，副教授，主要從事物理實驗和半導體物理方面的教學及相關科研工作

E-mail：yuanjiren@ncu.edu.cn

韓道福(1974—)，男，江西興國，博士，教授，南昌大學物理實驗教學中心副主任，主要從事物理實驗中心建設及光纖傳感方面的研究工作.

E-mail：dfhan@ncu.edu.cn

G642.0

A

1002-4956(2017)06-0201-04

實驗教學示范中心建設