面向“卓越計劃”的物理實驗教學(xué)改革探索

李 勇，孫文斌，劉 義，汪文明

（安徽工業(yè)大學(xué) 數(shù)理學(xué)院，安徽 馬鞍山243002）

我校為教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（以下簡稱“卓越計劃”）的第二批試點高校之一，冶金工程、化學(xué)工程與工藝、過程裝備與控制工程、測控技術(shù)與儀器、材料成型及控制工程、材料科學(xué)與工程、能源與動力工程等7個專業(yè)陸續(xù)入選“卓越計劃”。各專業(yè)按照國家“卓越計劃”要求制定了相應(yīng)的培養(yǎng)標準和實施方案。我校物理實驗教學(xué)為適應(yīng)“卓越計劃”需要，積極推進教學(xué)改革。

一、物理實驗在“卓越計劃”中作用

實驗課程在“卓越計劃”中占有很重要的地位。對我校理工科專業(yè)的大學(xué)生而言，物理實驗是他們進入高校后的第一門自然科學(xué)實驗課程。物理實驗教學(xué)的目標是讓學(xué)生受到嚴格、系統(tǒng)和科學(xué)的實驗技能訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，分析問題、解決問題的能力，理論聯(lián)系實際的能力，以及科學(xué)嚴謹?shù)乃季S方法和創(chuàng)新精神。這些目標也是一名卓越的工程技術(shù)人才所應(yīng)該具有的素質(zhì)。

我校物理實驗中心擔(dān)負著全校理工科類專業(yè)物理實驗課程的教學(xué)任務(wù)，同時也是學(xué)生科技創(chuàng)新及實踐教學(xué)培訓(xùn)基地。目前，我校大學(xué)物理實驗幾經(jīng)改革和發(fā)展，在培養(yǎng)學(xué)生獨立動手能力等實驗技能方面取得顯著成效。如何針對新時期新的教學(xué)理念和培養(yǎng)目標，如何通過自身建設(shè)，更好地為全校相關(guān)專業(yè)實現(xiàn)“卓越計劃”服務(wù)，是物理實驗中心建設(shè)的目標和要求，也是以物理實驗為切入點的實驗課程教學(xué)改革的目的。從以往的實驗教學(xué)來看，存在部分學(xué)生對基礎(chǔ)實驗和專業(yè)實驗的認識不夠，對實驗課程不重視，教師教學(xué)方式、手段單一等情況。針對這些問題，我們提出以“卓越工程師”培養(yǎng)目標為導(dǎo)向，以物理實驗課程的卓越工程師班教學(xué)為切入點，深化實驗教學(xué)改革，不斷完善實驗教學(xué)大綱和教學(xué)模式。繼續(xù)加大開放性實驗教學(xué)的力度，加強開放項目教學(xué)平臺建設(shè)。完善實驗課程創(chuàng)新競賽系統(tǒng)，提高學(xué)生應(yīng)用理論知識解決實際問題的能力。使學(xué)生得到全方位的鍛煉，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力。

“卓越計劃”的核心目標就是培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才。針對這一培養(yǎng)目標，物理實驗除了培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)基本實驗知識、掌握基本實驗方法，形成基本實驗素質(zhì)，形成科學(xué)的實驗觀，為以后的專業(yè)實驗課程的開設(shè)打下堅實的基礎(chǔ)外，還要幫助大學(xué)生加深對物理概念的理解、提高觀察能力和動手操作能力，增強學(xué)生分析問題和解決問題的能力、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力和創(chuàng)新思維。

二、建立以學(xué)生為主體的探究式教學(xué)模式

實驗教學(xué)，其最終目標不僅僅在于傳授知識，而是以培養(yǎng)創(chuàng)新型思維為目的。探究式教學(xué)著重于學(xué)生的素質(zhì)培養(yǎng)，除傳授知識外，更強調(diào)學(xué)生價值觀、學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)能力方面的培養(yǎng)，其優(yōu)勢在于始終使學(xué)生主動活動，積極思考，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，而且這種積極的以調(diào)查、探究為基礎(chǔ)的教與學(xué)所產(chǎn)生的知識技能和逐漸形成的價值觀，當(dāng)然也就最容易讓學(xué)生記住并運用。基于探究式教學(xué)的這些特點和為體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，我們必須擺脫單一的教學(xué)模式，針對不同的實驗項目，采用不同的教學(xué)組織形式，凸顯學(xué)生的主體地位，使學(xué)生得到全方位的鍛煉，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

例如在超聲聲速測量這個實驗中，以往的教學(xué)往往平鋪直敘，先從聲音在空氣中的傳播講起，講清楚超聲波的發(fā)射和接受，在利用駐波共振法來測量超聲聲速。這樣的講解過程雖然講清了本實驗的原理部分，但在激發(fā)學(xué)生興趣，引導(dǎo)學(xué)生積極思考提出問題等方面，卻毫無新意。教師在教學(xué)過程中要善于設(shè)疑引導(dǎo)，而不能和盤托出。只有把學(xué)生置于“問題”的情景之中，才能使學(xué)生在對“問題”的執(zhí)著追求中積極思考，激發(fā)興趣。教學(xué)方法要力爭注重啟發(fā)學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，不斷提出問題。比如，在本實驗講解過程中，直觀地提出兩個問題：超聲波怎么產(chǎn)生？如何接受？很自然地就引起學(xué)生對此問題的興趣，這個時候再講解壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)就很自然順暢了，學(xué)生也很容易接受。在此之后接著設(shè)置另一個問題：如何利用聲波傳播速度與聲波頻率和波長之間的關(guān)系來進行聲速測量？如何確定聲波頻率和波長呢？然后在根據(jù)實驗裝置講解共振頻率的獲得和駐波共振法的測量原理，這樣的講解過程水到渠成，事半功倍。在學(xué)生做完空氣中聲速測量的時候又可進一步設(shè)疑，除駐波共振法測量超聲聲速，有沒有其他方法？超聲波在水中的聲速如何去測量？能不能采取同樣的方法？聲波速度怎么變化？在三個不同長度的同種材質(zhì)的固體中超聲波的聲速如何去測量？這樣，一堂實驗課就被每一個過程一環(huán)套一環(huán)的問題緊緊相扣，學(xué)生進行有的放矢的探究，并根據(jù)現(xiàn)有的實驗器材進行分析得出正確的實驗方案。因此，探究式教學(xué)有利于讓學(xué)生學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，分析問題和解決問題，這樣不僅能激勵學(xué)生對學(xué)習(xí)知識的需要，促進教學(xué)任務(wù)的實現(xiàn)，而且也有利于全面提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新素質(zhì)。經(jīng)過短時間的實踐，這種教學(xué)組織方式在“卓越工程師班”的學(xué)生中深受歡迎，收到良好的教學(xué)效果。

三、實驗教學(xué)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類項目相結(jié)合

根據(jù)《教育部關(guān)于批準實施“十二五”期間“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”2012年建設(shè)項目的通知》要求，各高校在十二五期間大力實施大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃。該計劃將大學(xué)生創(chuàng)新實踐項目分為三種類型：創(chuàng)新訓(xùn)練項目、創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目和創(chuàng)業(yè)實踐項目。其中創(chuàng)新訓(xùn)練項目強調(diào)項目設(shè)計、研究的過程；創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目強調(diào)對項目商業(yè)可行性計劃的研究和經(jīng)營模式的研究；而創(chuàng)業(yè)實踐項目強調(diào)真正的企業(yè)運行和市場化經(jīng)營管理。這三種項目的共同特點都是學(xué)生自主參與、在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成。通過實施該計劃，促進高校轉(zhuǎn)變教育思想觀念，改革人才培養(yǎng)模式，強化大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的訓(xùn)練，增強學(xué)生的創(chuàng)新能力。

考慮到本校物理實驗課程基本在大一下學(xué)期或大二上學(xué)期開設(shè)，物理實驗與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類項目相結(jié)合主要基于以下指導(dǎo)思想：以宣傳和吸引為主，使優(yōu)秀學(xué)生有機會參與到具體科研課題和工程實踐中去。通過整合實驗課教學(xué)內(nèi)容，初步建立物理實驗課堂教學(xué)與校SRTP項目、實驗技術(shù)開發(fā)基金、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類項目和物理實驗相關(guān)競賽相結(jié)合的教學(xué)模式。在保證教學(xué)質(zhì)量的前提下，嘗試將課程內(nèi)容延伸與拓展，使優(yōu)異的學(xué)生能夠有更多的動手機會，使學(xué)生更早接觸和參與到教師的科研課題研究工作中，發(fā)揮教師各自的優(yōu)勢對學(xué)生進行學(xué)業(yè)、課題研究、工程實踐和職業(yè)生涯發(fā)展規(guī)劃方面的指導(dǎo)，使學(xué)生能夠參與到科研課題和工程實踐方案的設(shè)計、審查、選擇等過程中，做到與相關(guān)創(chuàng)新類項目的有機結(jié)合，切實提高學(xué)生的動手實踐能力，促進創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

四、加強師資隊伍建設(shè)

長期以來，學(xué)校十分重視物理實驗教師隊伍建設(shè)，取得了良好的成效。面對形勢發(fā)展要求，仍存在師資力量不足，實驗技術(shù)人員缺乏等問題。因此，在加強課程建設(shè)和改革的同時，必須不斷加強自身的師資隊伍建設(shè)，提高師資隊伍的水平。面向“卓越計劃”的物理實驗教師隊伍建設(shè)主要從以下兩個方面入手：

一是提高師資的數(shù)量和素質(zhì)。加大引進優(yōu)秀實驗人才的力度，提高物理實驗授課老師的數(shù)量，這是提高物理實驗教學(xué)質(zhì)量和滿足教學(xué)需要的客觀要求。吸收青年教師和具有博士學(xué)位的教師從事物理實驗課程教學(xué)，并從行業(yè)、企業(yè)等聘請一些具有豐富實踐經(jīng)驗和相當(dāng)理論水平的技術(shù)人員擔(dān)任培訓(xùn)教師。鼓勵中青年教師去企業(yè)鍛煉，積累工程經(jīng)驗，同時又能夠在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)問題，并轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類項目和科研類項目，應(yīng)用于教學(xué)實踐。提高專業(yè)課教師中具備在企業(yè)工作經(jīng)歷的比例，使教師能夠適應(yīng)卓越工程人才培養(yǎng)的需要。

二是建立結(jié)構(gòu)合理的師資梯隊。物理實驗教學(xué)改革要形成特色，師資隊伍必須要有特色。因此，必須下大力氣建立一支有特色的專業(yè)教學(xué)團隊是當(dāng)前師資隊伍建設(shè)的重中之重。要調(diào)整師資隊伍結(jié)構(gòu)，鼓勵具有高學(xué)歷、高職稱的教師擔(dān)任實踐課程教師或?qū)Τ袚?dān)實踐教學(xué)課程的中青年教師提供優(yōu)先深造的機會，使理論課和實踐課教師的學(xué)歷和職稱比例趨于合理。專業(yè)教師要加強理論教學(xué)和實踐教學(xué)的結(jié)合。

“卓越計劃”是一個復(fù)雜的、系統(tǒng)的工程，是高校面臨的一個重要課題和長期任務(wù)。物理實驗課程教學(xué)通過以上幾方面的改革和實踐，獲得了一些行之有效的教學(xué)方法和教學(xué)經(jīng)驗，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)效果都有了很大的提高。

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