基于創(chuàng)新實踐人才培養(yǎng)的物理實驗教學(xué)改革

張磊磊 吳銘 王莉 宋昭遠

[摘 要] 大學(xué)物理實驗是理工科各專業(yè)學(xué)生實驗訓(xùn)練的基礎(chǔ)及開端，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的重要實訓(xùn)課程。針對當(dāng)前大學(xué)物理實驗教學(xué)中存在的問題，改革教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段，樹立先進的設(shè)計性、綜合性創(chuàng)新實驗教育理念，建立完善、先進的實驗教學(xué)體系。同時，建設(shè)與改革相結(jié)合、理論與實驗相結(jié)合、傳統(tǒng)與現(xiàn)代相結(jié)合、基礎(chǔ)與應(yīng)用相結(jié)合、課內(nèi)教學(xué)與開放教學(xué)相結(jié)合、教學(xué)與工程實踐相結(jié)合，積極開展實驗教學(xué)培訓(xùn)，以實驗內(nèi)容和實驗方法改革作為突破口，研究如何激發(fā)學(xué)生主動思考和動手的積極性，進而提高學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。

[關(guān)鍵詞] 物理實驗;教學(xué)改革;創(chuàng)新實踐;實踐教學(xué)

[基金項目] 2018年度遼寧省教育廳普通高等教育本科教學(xué)改革研究項目“構(gòu)建以創(chuàng)新實踐型人才培養(yǎng)為導(dǎo)向、學(xué)生為中心的開放式物理實驗教學(xué)模式——翻轉(zhuǎn)課堂”（遼教辦〔2018〕165號）

[作者簡介] 張磊磊（1983—），男，山東濰坊人，博士，遼寧石油化工大學(xué)理學(xué)院物理實驗教學(xué)中心主任，副教授，主要從事教學(xué)與實驗室管理工作。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）34-0075-04? ?[收稿日期] 2021-05-10

一、引言

大學(xué)物理實驗是理工類院校的必修課，對培養(yǎng)學(xué)生的探索、創(chuàng)新、求知精神具有不可代替的作用[1]。隨著教育改革的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的物理實驗教學(xué)模式的弊端逐漸顯現(xiàn)。目前高校畢業(yè)生自主獲取知識的能力差、創(chuàng)新能力不強。如何創(chuàng)建創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式以適應(yīng)新時期對創(chuàng)新型人才的需求，是擺在廣大教育工作者面前的問題[2]。2006年11月，教育部《關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》指出，要強化實踐育人環(huán)節(jié)，“加強實驗室、實習(xí)實訓(xùn)基地、實踐教學(xué)共享平臺建設(shè)，重點建設(shè)一批國家級實驗教學(xué)示范中心、國家大學(xué)生校外實踐教育基地、高職實訓(xùn)基地。加強實踐教學(xué)管理，提高實驗、實習(xí)實訓(xùn)、實踐和畢業(yè)設(shè)計（論文）質(zhì)量。”[3]物理實驗室是本科教學(xué)實踐育人環(huán)節(jié)的重要場所，實驗教學(xué)的水平與人才培養(yǎng)質(zhì)量密切相關(guān)[4]。

物理實驗室的建設(shè)與改革對于理工科院校來講尤為重要，它緊密圍繞各專業(yè)的培養(yǎng)方案開設(shè)不同類型的實驗，為學(xué)生提供實踐場所，鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。因此，國家及各高校對本科實驗室的建設(shè)與教學(xué)模式改革越來越重視，投入大量經(jīng)費建設(shè)本科教學(xué)實驗室。近年來國內(nèi)高校物理實驗室的硬件水平有了大幅度提高，實驗教學(xué)也向著以學(xué)為本”的模式改革。學(xué)生自主學(xué)習(xí)實驗、查找資料的同時，必然會接觸各種綜合知識、前沿知識，有利于培養(yǎng)學(xué)生獨立解決實際問題的能力和創(chuàng)新精神，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，適應(yīng)科技信息時代對人才的要求，具有廣闊的應(yīng)用前景[5，6]。

二、大學(xué)物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀

（一）“重教輕學(xué)”現(xiàn)象嚴重

重教輕學(xué)，即全面重視教師的教，輕視學(xué)生主動的學(xué)。我校的實驗教學(xué)主要包括三個環(huán)節(jié)，即課前預(yù)習(xí)、課堂實驗和課后評價。在課堂環(huán)節(jié)，教師擔(dān)當(dāng)實驗教學(xué)的主角，而學(xué)生在實驗教學(xué)中扮演觀眾。在實際動手操作時，大都是由教師進行實驗演示，學(xué)生僅僅是模仿，即使不理解實驗原理，也可以完成實驗。這種實驗教學(xué)模式僅僅讓學(xué)生機械地重復(fù)教師的操作，忽視了學(xué)生的能動性和創(chuàng)新性，對學(xué)生創(chuàng)新思維和動手能力的提高帶來極大的阻礙。此外，學(xué)生在課前環(huán)節(jié)往往是從教科書中摘抄預(yù)習(xí)報告，不求甚解，教師對學(xué)生實驗?zāi)芰Φ脑u定只能依據(jù)實驗報告，而實驗報告中不確定因素太多，且存在實驗報告相互抄襲的現(xiàn)象。

（二）實驗內(nèi)容陳舊

由于教學(xué)理念問題，我國高校存在重理論輕實驗現(xiàn)象，認為實驗是理論教學(xué)的輔助手段。再加上各高校經(jīng)費不足，造成了高校對物理實驗教學(xué)重視不足，導(dǎo)致實驗設(shè)備陳舊、實驗內(nèi)容單一。我校同樣存在這樣的問題，學(xué)生只是在重復(fù)一些舊的實驗，與高速發(fā)展的高科技社會明顯脫軌，不利于學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，這也就背離了通過物理實驗培養(yǎng)學(xué)生綜合思維能力的初衷。

（三）共享平臺建設(shè)不足

實驗室開放平臺建設(shè)不足，實驗室資源在非課時段閑置，極大浪費了相應(yīng)資源。當(dāng)今社會對創(chuàng)新實踐人才的需求量日益增大，競賽類項目如雨后春筍般涌現(xiàn)，學(xué)生和教師對大學(xué)物理開放實驗室的需求也越來越迫切。然而，我校物理實驗中心的物理實驗室僅對開課學(xué)生開放。

綜上，我校物理實驗中還存在很多問題，這些問題已經(jīng)深深影響到了今后的發(fā)展。通過大學(xué)物理實驗提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、探索精神和求知欲望，我們還有很多的路要走。因此，對物理實驗教學(xué)模式的改革與探索迫在眉睫。

三、培育創(chuàng)新實踐思維的大學(xué)物理實驗教學(xué)改革

（一）改革大學(xué)物理實驗課程體系

實驗教學(xué)中心針對不同層次、不同專業(yè)的學(xué)生，以能力培養(yǎng)為主線，重新整合實驗內(nèi)容，徹底打破過去按力、熱、電、光等學(xué)科設(shè)置實驗項目的界限，依據(jù)教學(xué)目標(biāo)、實驗難易程度，以及對學(xué)生實驗知識、技能的要求等，構(gòu)建一個由淺入深、從基礎(chǔ)到前沿、從接受知識到培養(yǎng)綜合能力逐級提高的分級教學(xué)模式，打造和建設(shè)五個實驗教學(xué)平臺。這五個實驗教學(xué)平臺為：基礎(chǔ)物理實驗（含預(yù)備實驗）平臺、綜合與近代實驗平臺、設(shè)計研究性實驗平臺、演示實驗與創(chuàng)新基地平臺、實驗教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺。

實驗教學(xué)中心以上述五個平臺為依托，形成以物理實驗為主干，以演示實驗為輔助的自主、開放分級式物理實驗教學(xué)體系（第一級基礎(chǔ)型實驗，第二級提高型實驗，第三級綜合型實驗，第四級設(shè)計、研究創(chuàng)新型實驗）。該實驗教學(xué)體系既注重基礎(chǔ)性，又突出實踐性，體現(xiàn)出綜合性、先進性和創(chuàng)新性。

（二）實踐教學(xué)綜合管理平臺的完善與建設(shè)

實踐教學(xué)綜合管理平臺是2017年由物理實驗中心與校網(wǎng)絡(luò)中心聯(lián)合開發(fā)的智能化實驗選課系統(tǒng)，電腦與手機（App）均可使用。該平臺具備實驗選課、預(yù)習(xí)、書寫數(shù)字化實驗報告、考核評價等多項功能。為了改變以往“重教輕學(xué)”的實驗教學(xué)模式，著重突出學(xué)生在實驗教學(xué)過程中的主體地位，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平臺的基礎(chǔ)上，補充一些引導(dǎo)內(nèi)容，設(shè)置一些問題情景，激發(fā)學(xué)生的探究興趣，并通過完善課件、設(shè)備介紹、虛擬仿真等方式，調(diào)動學(xué)生課前主動學(xué)習(xí)的積極性，幫助學(xué)生形成良好的自主學(xué)習(xí)能力，為培養(yǎng)學(xué)生的終身學(xué)習(xí)能力打下堅實的基礎(chǔ)。