“工程化”教育背景下大學(xué)物理實驗課程建設(shè)的思考

許永紅，葛立新，劉曉偉，傅院霞

（蚌埠學(xué)院 數(shù)理系，安徽 蚌埠 233030）

胡錦濤同志在中國科學(xué)院第十四次院士大會和中國工程院第九次院士大會上的講話中指出“要把教育擺在優(yōu)先發(fā)展的地位，更新教育觀念，深化教育改革創(chuàng)新，全面推進素質(zhì)教育，調(diào)整學(xué)科和專業(yè)結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式”.“工程化”教育就是建立在實踐、創(chuàng)新層面上的.怎樣縮小我國與發(fā)達國家差距，培養(yǎng)大批高級工程技術(shù)人才，成為高等工程教育的重要任務(wù).

高等教育的“工程化”核心問題就是實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與訓(xùn)練.所謂實踐能力可以說是在實際工作中克服困難解決問題的能力，而創(chuàng)新能力就是綜合應(yīng)用你的各種知識，包括科技的、美學(xué)的、經(jīng)濟的等各種知識，創(chuàng)造出有新意的，高附加值的，深受市場歡迎的產(chǎn)品的能力.實踐能力和創(chuàng)新能力密不可分，創(chuàng)造性地運用各種學(xué)科知識解決實際問題的能力是工程師培養(yǎng)的根本所在[1].工程科學(xué)的許多知識和技能都必須在動手實踐的過程中才能掌握，才能融會貫通，才能發(fā)揮出創(chuàng)新的意識.面對錯綜復(fù)雜的工程實踐環(huán)境，工程教育只有在各種學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中強調(diào)實踐學(xué)習(xí)，在實踐中培養(yǎng)工程人才多方面的綜合素質(zhì)，才能培養(yǎng)出合格的工程人才[2].因此要把高等教育的各個環(huán)節(jié)都放到“工程化”教育背景下去思考，去實踐.

著名物理學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎獲得者楊振寧教授曾經(jīng)說過：“物理學(xué)是以實驗為本的科學(xué)”.物理學(xué)本身就是以實驗為基礎(chǔ),物理學(xué)實驗既為了物理學(xué)發(fā)展創(chuàng)造條件,也為了現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的研究打下了物質(zhì)基礎(chǔ)，同時也在許多新興科技領(lǐng)域也起著重要作用.大學(xué)物理實驗課的重要性還在于它是理工科學(xué)生進校后的第一門基礎(chǔ)實驗課程.它以培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題、動手和創(chuàng)新能力為目的，強化學(xué)生樹立嚴(yán)謹?shù)目茖W(xué)觀，為后繼學(xué)習(xí)專業(yè)課奠定必要的實驗基礎(chǔ).怎樣把“工程化”教育背景下大學(xué)物理實驗課程建設(shè)成一個工程化教育的平臺，我認為可以從教學(xué)對象、教學(xué)方法、教學(xué)設(shè)備、教學(xué)管理等多方面入手[3].

1 物理實驗教學(xué)層次化

工程人才需要在復(fù)雜多樣的實踐環(huán)境中解決問題，因此，我們培養(yǎng)的學(xué)生，不僅要有實踐操作的能力，而且要有解決問題的創(chuàng)新能力.結(jié)合培養(yǎng)目標(biāo)，因材施教，物理實驗課程的設(shè)置應(yīng)層次化，不僅要有驗證基本理論的基礎(chǔ)實驗，而且需要開設(shè)部分開放性、設(shè)計性實驗，另外還可以真正開放物理實驗室，供學(xué)生研究課題.

針對不同程度的學(xué)生,可以作不同的要求,好的學(xué)生可以自己完成實驗，在實驗過程中，訓(xùn)練自己的操作能力.對學(xué)習(xí)較差的學(xué)生，可以補做一些基礎(chǔ)實驗，加深對理論的理解.

錢臨照教授曾說過：“在大學(xué)物理實驗中，如果學(xué)生能自已設(shè)計一個新方法來闡明這個實驗的物理概念，一個新設(shè)計的實驗，不管如何粗糙，亦應(yīng)當(dāng)受到鼓勵，因為其中有新思想在里面，表現(xiàn)了學(xué)生創(chuàng)新的積極性”.由于學(xué)生在具備了一定的基本理論和基礎(chǔ)實驗的基礎(chǔ)上，在教學(xué)計劃中安排有綜合提高實驗是有必要的,除此以外，還應(yīng)開設(shè)一些開放性、設(shè)計性，探討性實驗.設(shè)計開放性實驗只提供問題和基本原理，學(xué)生需要自己選擇實驗儀器、制定實驗方案，設(shè)計實驗步驟，最終對結(jié)論進行必要的分析.在開放性實驗的全過程中真正培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，尤其是創(chuàng)新能力的培養(yǎng).

在實驗設(shè)計中要有一定的實驗方法和實驗方案才能實施，一個實驗也往往有多種不同的實驗方法.例如:測定楊氏模量的方法就有金屬絲的伸長法(用光杠桿測量微小長度變化)，梁的彎曲法.增強學(xué)生的實驗設(shè)計能力，進行設(shè)計性實驗的訓(xùn)練，鼓勵學(xué)生求新、求異是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效途徑.

教學(xué)的多層次化為培養(yǎng)“工程化”人才提供教育教學(xué)平臺.

2 物理實驗教學(xué)方法多樣化

在物理實驗教學(xué)中必須以學(xué)生為本，強調(diào)學(xué)生的主體地位，注重啟發(fā)式教學(xué)，切忌注入式教學(xué)，切實調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性.

啟發(fā)性教學(xué)關(guān)鍵在合理設(shè)問，認清教與學(xué)的關(guān)系，教為主導(dǎo)，學(xué)為主體，教師為學(xué)生服務(wù).講解過程中設(shè)問要做到：在知識關(guān)鍵點設(shè)問，在教學(xué)難易適當(dāng)時間設(shè)問，在學(xué)生需要時設(shè)問.

物理實驗中鼓勵學(xué)生自己動手調(diào)節(jié)儀器.在實驗課中盡可能安排一些儀器的性能調(diào)試，在儀器發(fā)生故障時，鼓勵學(xué)生自己維修，甚至讓學(xué)生自制儀器完成部分實驗.

充分發(fā)揮學(xué)生的主動性，營造一個寬松、活躍的教學(xué)氛圍.在實驗教學(xué)的每一個環(huán)節(jié)，都給學(xué)生流出足夠的空間，尤其是在開放性實驗和科研，讓學(xué)生自己提問，自己回答問題，自己探索問題，自己動手解決問題.

同時，還要給學(xué)生以講座的形式介紹物理學(xué)發(fā)展的最新成果和科研動態(tài)，開闊學(xué)生的眼界，提高學(xué)生對物理學(xué)的興趣和愛好.

靈活多樣的教學(xué)方法培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，又激發(fā)了學(xué)生積極探索、銳意進取的精神，學(xué)生的創(chuàng)新能力得到很好的培養(yǎng).

教學(xué)方法多樣化為培養(yǎng)“工程化”人才提供教育方式平臺.

3 物理實驗設(shè)施現(xiàn)代化

陳舊的實驗手段，落后的實驗儀器設(shè)備，呆板的實驗方法與現(xiàn)在的快速發(fā)展的時代已經(jīng)極不協(xié)調(diào)，也抑制了學(xué)生對物理實驗的興趣以及對新知識、新技術(shù)追求的欲望.物理實驗室在不斷加大實驗儀器的購置的基礎(chǔ)上，可以引進現(xiàn)代技術(shù)的仿真技術(shù)，設(shè)置計算機物理仿真實驗室，這樣既可以使學(xué)生對先進的儀器和相關(guān)領(lǐng)域的實驗手段產(chǎn)生濃厚的興趣，又能讓學(xué)生使用先進的儀器設(shè)備進行實驗獲得更多的感性知識，而且現(xiàn)代化儀器設(shè)備結(jié)合了多種學(xué)科知識，操作設(shè)備除了需要專業(yè)知識外，還需要有一定的計算機知識，這樣大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性.在自發(fā)學(xué)習(xí)相關(guān)知識的同時，不斷提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)，這也適應(yīng)了現(xiàn)代素質(zhì)教育的要求.

教學(xué)儀器現(xiàn)代化為培養(yǎng)“工程化”人才提供教育設(shè)備平臺.

4 物理實驗室管理開放化

要把實驗室封閉式管理改為開放式管理.過去，只有在做學(xué)生實驗時學(xué)生才可走進實驗實，而且學(xué)生實驗基本上是按照教材的設(shè)計而進行的驗證性實驗，新課程則要求學(xué)生以實驗室的活動為手段，通過探究，自己設(shè)計實驗，選擇儀器，收集實驗數(shù)據(jù)，歸納總結(jié)規(guī)律.過去的實驗只限于教材規(guī)定的幾個實驗，新課程則要求根據(jù)探究活動的需要，讓學(xué)生盡可能多地在實驗室活動，不再局限于教材.物理實驗室的各種儀器、設(shè)備、模型都是寶貴的課程資源，尚未得到充分的開發(fā)利用，為此，實驗室應(yīng)為學(xué)生進行科學(xué)探究創(chuàng)設(shè)條件，向?qū)W生開放，讓學(xué)生接觸并熟悉各種實驗儀器，選擇儀器進行科學(xué)探究.

實驗室的開放要以班或者以興趣小組、探究小組為單位，采取實驗專人負責(zé)制，讓學(xué)生根據(jù)自己的具體情況獨立思考，自己動手.開放時間可選在自修課或課外活動時間.教師要為學(xué)生提供開放的實驗室指導(dǎo)，在開放的實驗室中，既要鼓勵學(xué)生相互討論、自我發(fā)揮，鼓勵學(xué)生提出不同的設(shè)想，結(jié)合實際進行探究，也要為學(xué)生提供必要的理論指導(dǎo)和“維護型”實驗指導(dǎo)，避免學(xué)生走過太多彎路，也要保證實驗的安全.

要把實驗室改為開放式管理，相應(yīng)的實驗室管理體制也需要改革.新的管理體制應(yīng)體現(xiàn)領(lǐng)導(dǎo)、教師、學(xué)生的集體參與特點.只有充分調(diào)動所有成員的積極性，教學(xué)改革才有保障.實驗管理人員的積極性和行之有效的制度，能夠為實驗改革提供強有力的支持，教師和學(xué)生的積極參與又是改革成功與否的關(guān)鍵.新的體制首先在學(xué)習(xí)時間上給予保證，其次提供良好的寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境，真正使學(xué)生的學(xué)習(xí)由被動變主動.教師的積極參與更有利于良好教學(xué)氛圍的形成.

實驗室管理開放化為培養(yǎng)“工程化”人才提供教育創(chuàng)新平臺.

5 物理實驗教學(xué)管理信息化

隨著物理實驗教學(xué)的層次化，多樣化，開放化等措施的出臺和實施，實驗課程內(nèi)容的安排，時間的安排，學(xué)生的選課，實驗教師的安排，考試的安排等等工作千頭萬緒，都給教學(xué)管理增添了極大的困難，隨著計算機軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展,以及網(wǎng)絡(luò)在教學(xué)管理中的應(yīng)用,可以大幅度地提高管理者的工作效率,提供先進的管理方式.利用計算機網(wǎng)絡(luò)的排課系統(tǒng)、選課系統(tǒng)非常有效的安排物理實驗課的內(nèi)容、時間、地點.學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)可以隨時隨地進行選課,查詢自己的課表,查詢成績及打印輸出等操作.利用物理實驗精品課程網(wǎng)絡(luò)平臺，收集網(wǎng)上的各種大學(xué)物理實驗工程化教學(xué)資源，提供第二課堂教學(xué)信息，建立學(xué)生與教師的交流平臺、自我檢測平臺等等.利用好計算機網(wǎng)絡(luò)這個平臺，使教學(xué)管理井然有序，進一步發(fā)揮了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、自主性和創(chuàng)造性.

大學(xué)物理實驗教學(xué)管理信息化為培養(yǎng)“工程化”人才提供教育信息管理和交流平臺.

總之,“工程化”教育背景下大學(xué)物理實驗課程建設(shè)的道路是艱辛和漫長的，一定要堅持教學(xué)方法要有層次,要靈活多樣、實驗設(shè)備要現(xiàn)代化、實驗觀念要更新、管理要更新，只有這樣才可以創(chuàng)新大學(xué)物理實驗教學(xué).才能把物理實驗課程建設(shè)成一個工程化的教育平臺.

〔1〕李正，林鳳.從工程的本質(zhì)看工程教育的發(fā)展趨勢[J].高等工程教育研究,2007(2):19-25.

〔2〕楊博,孫海濤,楊柳,余旱雨.工程化教育背景下土木工程專業(yè)力學(xué)課程體系改革的探討[J].教育與教學(xué)研究,2010(5):63-64.

〔3〕崔杰軍,于洛生,符建華.大學(xué)物理實驗教學(xué)改革嘗試與探索[J].河南教育學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2005,14(4):23-24.

〔4〕唐武生，高洪，姚春景.實驗教學(xué)信息化管理系統(tǒng)的研究[J].《長春大學(xué)學(xué)報》，2004,(6):56-58.