基于新時期人才培養的大學物理實驗教學創新改革

蘇巍　陳秉巖　張敏

摘 要 大學物理實驗課程作為高校教學過程中重要的一環，在培養學生動手實踐能力和科研素養方面具有理論課程不能替代的作用。針對新時期人才培養新要求，提出從凝練教材內容、拓展教學方法、開設課外實驗、改革考核模式等方面對大學物理實驗課程進行全方位改革。從而有效提升本科生綜合素質，培養出能適應市場需求的創新型人才。

關鍵詞 大學物理實驗 教學改革 創新實踐

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2018.02.050

Innovation and Reform of University Physics Experiment Teaching Based on Talents Cultivation in the New Period

SU Wei， CHEN Bingyan， ZHANG Min

（Hohai University， Changzhou， Jiangsu 213022）

Abstract As an important part of university teaching， college physics experiment teaching has an irreplaceable role on training students in the practical ability and scientific literacy. Propose an omnibearing reformation at the teaching materials， teaching method， extracurricular experiment and assessment model based on the？new requirements of talents education under new circumstances. And improve the undergraduates' comprehensive quality to meet the market's demand.

Keywords College physics experiment； Teaching reform； Innovation practice

0 引言

2016年12月7日，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調，“高等教育發展水平是一個國家發展水平和發展潛力的重要標志。實現中華民族偉大復興，教育的地位和作用不可忽視。我們對高等教育的需要比以往任何時候都更加迫切，對科學知識和卓越人才的渴求比以往任何時候都更加強烈”。21世紀的競爭，歸根結底是人才的競爭，而人才質量的提高需要依靠高水平的教育。相比于國際高水準，中國在人才培養上的質量還遠遠不夠。因此，習總書記才會用“更加迫切”、“更加強烈”這樣的表述，決心可見一斑。

實驗教學是高等教育的重要環節，在培養學生的動手實踐能力方面具有理論教學所不可替代的作用，在培養學生的創新能力方面也有較強的優勢。[1-2]高校物理實驗中心必須以提升人才培養和科技創新為主線，以加強學生動手實踐能力為宗旨，積極探索新時期下大學物理實驗的教學工作。[3-7]只有不斷將現代物理技術引入到物理實驗課程中來，才能培養出順應時代發展需要的大學生。

1 目前大學物理實驗教學存在的問題

1.1 知識體系陳舊

多數高校的物理實驗內容都是上世紀八九十年代形成和確定下來并沿用至今的，部分內容已完全不能適應當前時代的發展和需求。此外，部分實驗內容過于簡單，整個實驗過程連講帶做不到一小時就能完成，體現不出高水平的教學質量，學生好像在走過場，不能激發學生的學習熱情。[8]

1.2 教學形式單一

傳統的物理實驗課程以教師講授及演示整個實驗過程為先，學生只需記住教師的操作過程即可完成實驗。這樣的實驗教學方法優點是便于總體管理，有利于學生在有限時間內完成實驗任務。缺點是學生的自我探索能力和創新能力得不到提高，并且講授法也做不到因材施教。

1.3 考核方法簡單

大學物理實驗考核主要以每次實驗的實驗報告及最后的理論課考試兩部分為主，這樣的考核方法有利于公平公正。缺點是不能全面考查學生的綜合素質，包括動手能力、問題表達及解決能力、創新能力等等。并且這樣的考核方式會讓學生對大學物理實驗課程的理解局限在拿學分、拿績點上，造成學生在考試前死背各種物理原理，卻做不到學以致用。

2 大學物理實驗教學改革措施

2.1 凝練提升，著力建設創新研究型實驗項目

凝練原有實驗教學內容，結合科學技術發展和社會重大需求，加大創新性實驗項目的建設力度。

當前國內大部分高校的物理實驗教材知識陳舊已是公認的事實。然而，陳舊的知識并不是毫無利用價值。眾所周知，要發現全新的理論很難，但利用已有的知識來尋找新的應用方向則相對容易。[9]因此凝練原有實驗教學內容，開展新的應用研究性實驗就顯得非常重要。當然，為已有的物理知識尋找新的出路絕不是一件簡單的事。難點在于教師在充分掌握現代物理技術知識的基礎上，還需不斷挖掘市場新需求?；谶@種情況，教師工作不能局限在學校中，也需要走出校園，充分調研市場發展需求，開設對學生真正有用的實驗課程。

河海大學根據工科大學物理實驗教學的特點，與南京大學周進、沙振舜等物理實驗教學領域的知名教授合作，撰寫了21實際高等院校物理實驗教學改革師范教材——《大學物理實驗（工科）》。[10]教材專門補充了傳統大學物理實驗項目相關原理在工程技術中的應用介紹。為了培養學生獨立思考、解決問題和自主創新的綜合素質和能力，專門在教材中編寫了傳感器技術、聲學技術、大氣壓等離子體技術等近代物理技術的基本物理原理及其大量科技創新應用實踐參考。該教材的發行，受到了國內眾多高校的好評。

此外，在物理實驗課程中應該多開展與實際應用密切相關的設計性實驗項目。在課程教學過程中注意調動學生的積極性和主動性，培養學生分析問題和解決問題的能力，激發他們的創新意識和才能。

2.2 因材施教，開放課外實驗教學，培養優秀學生

每一位大學生都是通過層層選拔，最后考入大學，都有著幾乎相同的學習經歷，但每位學生又都來自五湖四海，每個學生的興趣愛好、知識儲備、動手能力等也各不相同。相信現在的大學生完成基本的實驗課程不成問題，但對于一些動手能力或者思考問題能力突出的同學，可以進行深層次培養。因此大學物理實驗課程在做好常規實驗教學之余，也應做到因材施教。例如可以開設一些選修實驗課，并在此基礎上選拔一些優秀的學生參加大學生物理實驗創新競賽。

選修實驗課在內容設置上，應當較常規實驗課更有挑戰性，并且在教學方法上也應有所區分。常規的實驗課一般都以教師演示為先，學生在觀察完整個實驗過程以后開始操作。選修實驗課則可以在教師介紹完基本的實驗原理后，讓學生自己摸索實驗過程，進而培養學生分析解決問題的能力。在這個過程中，教師需要有敏銳的眼光去發現具有特長的學生，進一步引導他們參加更多的競賽項目。在培養優秀學生的過程中，要注意拓寬他們的物理基礎知識和專業技術知識。一個競賽項目的展開，會遇到各種各樣的問題，通過對這些問題一步步的解決，不僅能讓學生學到豐富的課外知識，拓展見識，也能促進教師能力的提高。因此，針對大學生的特點，教師應當在物理實驗課的基礎上，最大限度地做到因材施教，努力做到讓每個學生都有出彩的機會。

2.3 改革考核方式，體現學生綜合素質的層次性

大學物理實驗考核一般通過綜合平時成績和期末筆試成績得出最終成績。這樣的考核方式可以能體現出一定的公平性，但并不能很好地體現學生的綜合實驗素質。實驗操作過程是對學生動手能力的一種考查，更是對學生綜合能力和綜合素質的考查。尤其是對設計類實驗，通過對實驗合理性、操作性及完成情況等方面的綜合打分，考核了學生的綜合素質，包括學生的自主能力、創新能力及科研能力等。此外對于選修實驗還可以通過讓學生提交研究報告來評判，這其中包括論文格式、研究方案、結果與分析等方面。通過撰寫研究報告，不僅可以訓練學生撰寫科技論文的能力，還能讓學生掌握分析問題、解決問題和描述問題的能力。

2.4 拓展虛擬仿真實驗，豐富教學內容

2013年9月，教育部高等教育司提出《關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知》，希望高校在開設常規實驗教學的同時，還能開展虛擬仿真實驗教學，做到虛實結合、相互補充、能實不虛。常規的物理實驗一般能讓學生產生許多宏觀的認識，例如光照射光柵，學生能直觀地觀察到遠端的條紋，但不能觀察到光傳輸過程中電磁場在空間中的分布情況。而采用光學仿真軟件，則能很直觀地反映出電磁波在空間中的傳輸過程。通過這樣的虛擬實驗演示，不僅能提高學生對微觀物理過程的認知，還能提高學生的學習興趣。此外，相比傳統物理實驗，仿真實驗教學還具有成本低、消耗少、安全性高等優勢。

3 我校實驗教學方法心得及取得的成果

我校物理實驗中心近年來不斷改進實驗教學方法，在實踐中形成了預習、操作、記錄和器材審簽、撰寫報告和考核的過程管理方法，通過詳細的環節要求，有效督促了學生學習及教師管理。[11]

近幾年，河海大學物理實驗中心還通過構建多學科交叉的教學隊伍，立足使用“以先進的設備培養人”，先后建成“Tektronix-Hohai聯合實驗室”、“河海大學-COMSOL聯合實驗室”、“物理實驗仿真實驗室”、“物理科技創新實驗室”等一系列先進實驗室，為優秀學生提供參加各級實驗競賽的軟硬件平臺。依托所建立的創新實踐平臺，開展以教師為主導、學生為主體的大學物理課外科技創新實踐教學，師生團隊共創科技成果。

近10年來，本科生依托所建立的課外創新實驗室，取得了一系列科技創新成果。主要體現為：以團隊模式培養本科生科技創新能力的實踐獲得江蘇省教學成果一等獎，[12]累計培養優秀本科生100余人（其中70多人保送研究生），承擔國家和省級大學生創新訓練項目20余項，獲得挑戰杯、節能減排、電子設計等重要學科競賽的全國和省級獎116項，學生為主申請發明專利36件，發表論文35篇。通過結合學科前沿和社會需求熱點問題，達成服務學校人才培養戰略。

4 結束語

本科生物理實驗教學作為高校教學重要的組成部分，其改革之路任重而道遠。在凝練教材內容、改革考核模式的基礎上，還需要拓展教學方法、開設課外實驗。必須要有一批有干勁肯做事的教師對大學物理實驗教學進行全方位的改革，并帶領學生開展各類創新實踐活動，提升本科生綜合素質，實現適應市場需求的創新型人才培養目標。

基金項目：中央高?；究蒲袠I務經費項目（2016B12314，2015B27914）；河海大學創新性教學實驗項目（BZX/16A103-13）。中國高校創新創業教育改革研究基金項目（16CCJG01Z004）

參考文獻

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[12] 陳秉巖，朱昌平，鄭忠梅，范新南，單鳴雷，高遠，殷明，張學武，朱陳松，張曉花.團隊培養本科生科技創新能力的實踐研究[J].實驗技術與管理，2013.30（12）：158-162.