大學物理創(chuàng)新實驗平臺的建設與研究

劉烈　張朝民　吳建寶

摘 要：大學物理實驗教學主要以教師設計實驗，學生依據教師的要求去完成，這樣對學生的綜合能力和創(chuàng)新能力未得到充分體現和發(fā)揮，不利于培養(yǎng)學生獨立創(chuàng)新的能力。上海工程技術大學物理實驗中心探索建設適合自身實際的創(chuàng)新實驗的平臺，通過創(chuàng)新實驗平臺建設，將課堂教學進一步在時間、空間和內容上延伸，保護和延續(xù)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，培養(yǎng)大學低年級學生對科學研究的興趣，進一步深化教學改革，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。

關鍵詞：創(chuàng)新實驗平臺 大學物理實驗 建設 研究

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）007-180-02

1 研究背景

國外一些著名大學的物理實驗課程具有教學主體開放性、教學方法和教學手段的多樣性、教學內容的時代性等特點；突出物理實驗“設計性、研究性、探索性”的教育功能。哥倫比亞大學和麻省理工學院的“upper division”的實驗課，斯坦福大學、哈佛大學的“project”實驗課程相當于我們的設計性、探究性實驗，其特點是注重為學生提供足夠的條件，學生自主選題、擬定實驗方案、配置實驗設備、測量數據、分析結果、完成報告，對實驗的時間和最終結果不作硬性規(guī)定，學生可以根據自己的時間、能力及興趣來安排。許多學生每周要在實驗室度過30多個小時，這種教學模式極大地提高了學生的興趣和積極性，培養(yǎng)了學生的科研能力和創(chuàng)新能力。目前我國許多高校加大了對大學物理實驗教學的重視和資金投入，從事實驗教學的教師在實驗的教學模式和教學方法上不斷探索改革，大多將物理實驗教學分為：基礎實驗、綜合性實驗、設計性實驗等階段。但實驗中主要還是以教師設計實驗，學生依據老師的要求去完成，這樣對學生的綜合、創(chuàng)新能力未得到充分體現和發(fā)揮，不利于培養(yǎng)學生獨立創(chuàng)新的能力。目前許多高校也在探索適合自身情況創(chuàng)新實驗的平臺建設和實踐。

2 大學物理創(chuàng)新實驗平臺建設

2.1 大學物理實驗教學現狀

上海工程技術大學的大學物理實驗課程自1982年獨立設課以來，經過不斷地教學改革和探索實踐，逐步建立并形成了一個以培養(yǎng)學生初步具有獨立科學實驗工作能力為目的，符合原國家教委制定的《高等工業(yè)學校物理課程教學基本要求》的課程知識體系和教學體系。第一階段進行“誤差基本理論與實驗基本技術”和“基本實驗”教學；第二階段進行“科學實驗的階段與過程”和“設計性實驗”教學，學生自選實驗課題，采用討論式教學，這是應用實驗理論，提高實驗技能的階段，使學生在實踐與探索中增長科學實驗的能力。成績較為突出的學生進入第三階段——創(chuàng)新實驗（也稱“優(yōu)良答辯”），第三階段是創(chuàng)造性的運用實驗理論階段，并對實驗素養(yǎng)進行綜合考核的階段。學生自愿參加，自選課題，自己設計實驗方案，自己進行實驗獲得實驗結果，并進行總結并參加答辯。上海工程技術大學物理實驗的第三階段“創(chuàng)新實驗”（優(yōu)良答辯）實行了多年，在學生中也有較好的反響，他們認為這樣的考試形式很新穎，是一個展現自己能力的舞臺。但是由于課時的限制，有些學生有很好的實驗選題和創(chuàng)意，但由于實驗的答辯的時間臨近期末考試，所以這些不錯的選題卻因沒有足夠的時間展開便草草結束。

2.2 創(chuàng)新實驗平臺建設的研究目標和內容

為了讓“創(chuàng)新實驗”中產生的思想火花不因答辯結束而熄滅，讓這些學生的創(chuàng)新能力得到充分的發(fā)展，中心設想通過構建大學物理創(chuàng)新實驗的平臺，不僅可以對這樣的創(chuàng)新實驗繼續(xù)加以引導，進一步完善實驗研究，將研究結果以論文形式公開發(fā)表，對他們創(chuàng)新思想也是一種肯定；有較好創(chuàng)意和實用價值的選題，可以鼓勵其向大學生創(chuàng)新計劃項目發(fā)展，使之轉化為創(chuàng)新項目，其項目中采用的技術若具有新穎性、創(chuàng)造性和實用性，則鼓勵學生申請專利。

創(chuàng)新實驗平臺建設以本學科教學實驗室為基礎，以開發(fā)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造性實踐能力為目的，為學生提供一個展現和發(fā)揮自身才能的空間和環(huán)境。創(chuàng)新平臺建設的內容主要是創(chuàng)新實驗平臺的軟、硬件建設：軟件建設主要是進行教師團隊建設，組成創(chuàng)新實驗平臺實驗指導教師團隊，進行創(chuàng)新實踐的指導，促進創(chuàng)新實驗的進行和可持續(xù)發(fā)展；硬件建設主要是充分利用物理實驗中心實驗室的基本設施，在此基礎上進行實驗平臺整合、添置儀器用具，探索構建合理有效的硬件環(huán)境，促進創(chuàng)新實驗的開展。

2.3 創(chuàng)新實驗平臺建設的實施步驟

創(chuàng)新實驗平臺軟件建設：教師指導團隊建設。根據教師專長及興趣、教師和學生的雙向選擇，組建指導教師團隊，對學生在創(chuàng)新實驗平臺上進行創(chuàng)新實驗的指導。

創(chuàng)新實驗平臺硬件建設：對大學物理實驗中心所屬物理實驗室現有硬件設備進行分析和整合，初步在力學、電學、光學、熱學、傳感器技術等實驗室構建可進行創(chuàng)新實驗的平臺。

創(chuàng)新實驗平臺的應用：學生利用實驗平臺進行課題研究。課題的來源可以由學生自擬、教師根據基礎實驗拓展設計的實驗選題（物理學的發(fā)展歷史、前沿科技及物理學知識在工程技術及生活中的應用等）或者其它可以利用該創(chuàng)新實驗平臺進行研究的項目。在研究中，盡量利用已有的實驗設備，鼓勵學生自制簡單的實驗器具、搭建實驗裝置。

創(chuàng)新實驗平臺開放：實行導師負責制，向創(chuàng)新課題小組學生開放。研究小組的活動時間由學生自定，但需用實驗室或器材應事先與導師或相關人員預約。

圖1 大學物理實驗創(chuàng)新平臺建設框圖

3 大學物理創(chuàng)新實驗平臺建設的成果

通過2個教學年的實踐，共指導學生完成大學生創(chuàng)新計劃項目“新型光學可視讀數裝置”、“光波導傳感器測量液體濃度研究”、“磁流體光強調制器”、“車輛識別及控制系統(tǒng)”、“氮分子激光器的性能提高”、“基于光波導的氣體檢測方法研究”、“納米管類電子元件的輸送性能研究”等7項市、校級項目的申請；完成了“用超聲光柵研究聲速與溶液濃度及溫度之關系”、“D葡萄糖溶液變旋現象的研究”、“N摻雜對zigzag型石墨烯納米帶德能帶結構和運輸性質的影響”、“水立方薄膜（ETFT膜）導熱系數的確定”等10余篇研究論文；有1項發(fā)明專利已獲批準、1項實用新型專利已在申請。

4 結語

實踐教育是上海工程技術大學的優(yōu)良傳統(tǒng)和特色，是學校創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系的重要組成部分。學校非常重視實驗教學工作，在校長的直接領導下，成立實踐教學專家指導委員會，完善和協(xié)調實踐教學工作、實驗室開放和創(chuàng)新實踐活動。對學生的調查發(fā)現，參與創(chuàng)新實驗的學生對創(chuàng)新實驗平臺給予肯定，學生對自己的研究項目非常感興趣，尤其是看到自己的論文獲得發(fā)表；大學生創(chuàng)新計劃項目獲得批準、項目完成；有些技術還可以申請專利，他們都有一種成功的自豪。通過大學物理創(chuàng)新實驗平臺建設的研究與探索，教師將課堂教學進一步在時間、空間和內容上延伸，保護和延續(xù)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，培養(yǎng)大學低年級學生對科學研究的興趣，在高等教育大眾化的同時，能因材施教，重視學生的個性化教育，使學生的創(chuàng)造力得到應有的發(fā)揮，從而進一步深化教學改革、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。

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