CDIO理念下的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新

張曉蘭

（黑龍江科技學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150027）

0 引言

著名諾貝爾物理學(xué)獎獲得者丁肇中教授認(rèn)為“任何理論沒實(shí)驗(yàn)證明是沒有用的，實(shí)驗(yàn)可以推翻理論，但理論絕對不能推翻實(shí)驗(yàn)”。這也簡明扼要的概述了實(shí)驗(yàn)的重要性。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是大學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后的第一門實(shí)踐性課程，是培養(yǎng)學(xué)生“動手能力”的必修基礎(chǔ)課。這種能力不僅是實(shí)驗(yàn)操作能力，更重要的是創(chuàng)造性思維能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是讓學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)測量方法、科學(xué)思維方法和科學(xué)研究的基本方法。它對于學(xué)生能力培養(yǎng)和科學(xué)素質(zhì)訓(xùn)練所起的作用是其它課程難以替代的?，F(xiàn)如今，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)又是工程技術(shù)的一個主要基礎(chǔ)。這是由于在工程技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展過程中，大多數(shù)操作方法與測量的技巧都是建立在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)上的。與此同時，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，諸多測量原理、技術(shù)、處理數(shù)據(jù)的方法等都能夠直接應(yīng)用到工程技術(shù)領(lǐng)域當(dāng)中。然而，在當(dāng)前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍存在許多問題，針對存在的問題，探討基于CDIO 工程教育理念的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，對培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能和工程能力具有重要意義。

1 關(guān)于對大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析

通常對大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中諸多驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、認(rèn)證性實(shí)驗(yàn)等探究所占的比例是非常大的，因此，導(dǎo)致和產(chǎn)品設(shè)計與生產(chǎn)等諸多工程環(huán)境都無任何的關(guān)聯(lián)，這樣一來，學(xué)生在最容易獲得工程經(jīng)驗(yàn)階段相反收獲是最小的。除此之外，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，未把個人能力、職業(yè)素質(zhì)、團(tuán)隊(duì)合作精神等能力培養(yǎng)都融入到課程教學(xué)當(dāng)中。然而，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的傳統(tǒng)教學(xué)中，教學(xué)方法也是簡單的灌輸式。不論是驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，還是綜合性的實(shí)驗(yàn)，或者設(shè)計性的實(shí)驗(yàn)，首先每次實(shí)驗(yàn)時都是由老師講解實(shí)驗(yàn)原理和步驟、注意事項(xiàng)等，然后學(xué)生按照老師的講授或?qū)嶒?yàn)講義要求進(jìn)行操作,利用實(shí)驗(yàn)儀器測試出數(shù)據(jù)，最后寫出實(shí)驗(yàn)報告。整個實(shí)驗(yàn)教學(xué)都是圍繞教師而展開的，學(xué)生僅僅是被動地參與，灌輸?shù)某煞侄?，啟發(fā)性內(nèi)容少。雖然這種方式對加深學(xué)生對理論知識學(xué)習(xí)、提高實(shí)踐操作能力等都是極其有效的，然而，上述實(shí)驗(yàn)方式強(qiáng)調(diào)學(xué)生嚴(yán)格按照既定設(shè)計對已有知識進(jìn)行確認(rèn)，這樣一來，導(dǎo)致學(xué)生積極、主動探索解決方案過程便完全被忽略了，束縛了學(xué)生科學(xué)思維能力的發(fā)展，不利于培養(yǎng)學(xué)生的科研素質(zhì)和創(chuàng)新能力。另外，在很多的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，一些實(shí)驗(yàn)儀器一般都集成化、箱式化，實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)計十分成熟，學(xué)生操作起來相對簡單，學(xué)生實(shí)驗(yàn)時只是測試一些簡單的數(shù)據(jù)。而對實(shí)驗(yàn)設(shè)計思想與方法選擇、測試手段與故障診斷方法的完善、結(jié)論驗(yàn)證等關(guān)鍵環(huán)節(jié)都逐漸被淡化。其結(jié)果是學(xué)生在完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作之后，盡管會獲得一些相關(guān)知識，但是卻未能充分發(fā)揮出學(xué)生積極性與主動性，與此同時，學(xué)生溝通能力與合作能力都沒有得到很大程度提升。

因此，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課中，其主要是培養(yǎng)的大多數(shù)都是知識型學(xué)生。那么如何真正將“知識型學(xué)生”轉(zhuǎn)變成“創(chuàng)新型學(xué)生”，這樣一來，能夠?yàn)樯鐣囵B(yǎng)一大批專業(yè)技能較強(qiáng)且素質(zhì)偏高的創(chuàng)新型學(xué)生，從而增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，因此，這為當(dāng)前各類高校所要解決的首要問題，但是，當(dāng)前CDIO 工程教育理念成為解決上述問題的一個有效措施。國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)都表明，CDIO的理念和方法適合工科教育教學(xué)過程中的各個環(huán)節(jié)。

2 CDIO工程教育理念是近幾年國際工程教育改革取得的一巨大成果

自2000年開始，目前已經(jīng)有四所大學(xué)成立了一國際性研究中心，同時由Knut and Alice Wallenberg 基金會約2000 完美元的資助。在經(jīng)過長達(dá)四年的探究，提出了SDIO 工程教育理念，此外，還建立了一個以CDIO 命名的國際合作組織。事實(shí)上，此次改革CDIO 改革教育目標(biāo)目的是要將學(xué)生培養(yǎng)成為一個可以熟練掌握技術(shù)基礎(chǔ)知識的高素質(zhì)人才，并且能夠指導(dǎo)新產(chǎn)品與新系統(tǒng)開發(fā)以及運(yùn)行；而且全面了解技術(shù)研究和發(fā)展對社會的影響。實(shí)際上，CDIO是構(gòu)思、設(shè)計、實(shí)現(xiàn)以及運(yùn)作4個英文單詞的縮寫，為學(xué)生提供實(shí)踐、理論課程之間有機(jī)知識關(guān)聯(lián)的教學(xué)情景、鼓勵學(xué)生以主動的方式學(xué)習(xí)工程。

CDIO 工程教育理念為“做中學(xué)”與“基于項(xiàng)目教育與學(xué)習(xí)”的一種集中概括與抽象表達(dá)。而將“做中學(xué)”學(xué)習(xí)方式應(yīng)用在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，這樣一來，此項(xiàng)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課便將傳統(tǒng)與現(xiàn)代教學(xué)方法緊密結(jié)合在一起，不斷培養(yǎng)和提高學(xué)生整體素質(zhì)以及綜合能力。

3 結(jié)合CDIO工程教育理念改革的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上壓縮驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加綜合性、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)的比重。有關(guān)電子信息、超導(dǎo)技術(shù)、納米技術(shù)等項(xiàng)目應(yīng)盡量開設(shè)，使實(shí)驗(yàn)課程緊跟時代、科技發(fā)展、緊貼現(xiàn)實(shí)生活，增強(qiáng)實(shí)用價值，在提高科技含量的同時激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，為使學(xué)生能夠盡早地成為優(yōu)秀的工程技術(shù)人才打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。減少必做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，增加選做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。我校設(shè)置公共基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課之外，又結(jié)合專業(yè)特色設(shè)置特色物理實(shí)驗(yàn)課程。例如：電路設(shè)計實(shí)驗(yàn)、光纖傳感實(shí)驗(yàn)等。結(jié)合計算機(jī)專業(yè)設(shè)置仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)應(yīng)用等。由于這些特色實(shí)驗(yàn)課程與學(xué)生的本專業(yè)培養(yǎng)相結(jié)合，深受學(xué)生的歡迎。這樣做不僅便于因材施教原則的貫徹，而且又培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與實(shí)踐操作能力，最終達(dá)到培養(yǎng)實(shí)踐型人才目標(biāo)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要以學(xué)生為中心，采用啟發(fā)式、案例式等教學(xué)方法，注重培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

大學(xué)四年的學(xué)習(xí)畢竟是短暫的，學(xué)生要掌握的應(yīng)該是學(xué)習(xí)的方法，而不僅僅是具體的內(nèi)容。具有了自主學(xué)習(xí)的能力，掌握了獲得知識的方法，也就具有了終身學(xué)習(xí)的能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,注意所使用實(shí)驗(yàn)儀器不要太智能化，因?yàn)閮x器智能化后，往往是幾個按鍵就能解決問題，學(xué)生動手的機(jī)會大大減少，得不到應(yīng)有的鍛煉和提高。

在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，選出一些品學(xué)兼優(yōu)且又有能力的學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與科研工作，教師正確指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科研工作，這樣一來，教師既可以對科學(xué)發(fā)展的最新動態(tài)進(jìn)行全面了解，而且又能掌握學(xué)科帶來新成果，并且更有利于將教學(xué)深度予以深化，切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量與效果，更便于學(xué)生在實(shí)踐工作中詮釋構(gòu)思、設(shè)計、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作過程，不斷激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并且又能提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及解決問題的能力。但是，教師指導(dǎo)學(xué)生對科研項(xiàng)目進(jìn)行研究必須十分得當(dāng)，其科研項(xiàng)目體現(xiàn)出教學(xué)內(nèi)容和工程技術(shù)應(yīng)用緊密結(jié)合特點(diǎn)，從而賦予現(xiàn)代發(fā)展氣息。除此之外，學(xué)生在參與教研項(xiàng)目后，又能提高學(xué)生綜合能力，并且最終實(shí)現(xiàn)“做中學(xué)”目的。比如：我校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室讓部分學(xué)生參與開發(fā)教學(xué)軟件、制定多媒體課件、仿真設(shè)計等。因此，教師應(yīng)該在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，結(jié)合實(shí)驗(yàn)讓同學(xué)們把每一個實(shí)驗(yàn)當(dāng)作CDIO 的一個項(xiàng)目來進(jìn)行學(xué)習(xí)。首先將全班學(xué)生以團(tuán)隊(duì)的形式劃分成若干個實(shí)驗(yàn)小組，使學(xué)生從實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)、設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)操作、分析檢測、數(shù)據(jù)處理到結(jié)題報告以至答辯等各個環(huán)節(jié)得到一次較為全面的綜合性科研訓(xùn)練。在實(shí)驗(yàn)過程中，不但能夠促使學(xué)生體驗(yàn)到團(tuán)隊(duì)協(xié)作的意義，而且還為培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)際應(yīng)用能力奠定了一定的基礎(chǔ)。在此過程當(dāng)中，不能只是提供給學(xué)生一些長期使用的設(shè)計方案作參考，而是為學(xué)生提供大量有價值的理論知識，利用實(shí)驗(yàn)室已有的儀器與設(shè)備，再通過到圖書館、網(wǎng)絡(luò)等多種途徑查閱相關(guān)的資料，由學(xué)生獨(dú)立設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，并且在實(shí)驗(yàn)之前，要對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行深入探討。在實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中，教師只需要為學(xué)生講解一些關(guān)于儀器、設(shè)備使用方法，其具體的操作、實(shí)驗(yàn)實(shí)施以及實(shí)驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果都要在報告中體現(xiàn)出來。以一具體大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，從而使學(xué)生能夠真正領(lǐng)會到CDIO 所包含的內(nèi)容，進(jìn)而不斷提高學(xué)生CDIO 能力。在條件允許以及確保學(xué)生安全的情況下，能夠允許學(xué)生出現(xiàn)驗(yàn)證性錯誤，這樣一來，能夠避免教師糾正學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、查找原因以及解決問題等培養(yǎng)環(huán)節(jié)的缺少，然而，此種能力培養(yǎng)是在工程實(shí)踐中極其重要的一部分內(nèi)容。在將項(xiàng)目完成之后，既能使學(xué)生達(dá)到基礎(chǔ)知識教學(xué)要求，而且又能使學(xué)生在實(shí)踐操作中，提高溝通、團(tuán)隊(duì)合作以及正確表述文字能力等，同時，又能夠拓寬學(xué)生視野范圍，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識，激發(fā)學(xué)生不斷進(jìn)行創(chuàng)新。

4 結(jié)束語

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，因此，學(xué)生在最初學(xué)習(xí)階段，其積極性與主動性是非常高的，然而，若實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法不夠科學(xué)、合理，那么勢必會對學(xué)生積極性產(chǎn)生一定影響。因此，我們必須在CDIO工程教育理念的正確指導(dǎo)之下，將學(xué)生作為教學(xué)的中心，使學(xué)生對所學(xué)知識有更深的了解，從而收到良好的教學(xué)效果。

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