基于卓越工程師培養(yǎng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

李 榮，賈天俊，高光珍

(濱州學(xué)院 光電工程系，山東 濱州 256603)

基于卓越工程師培養(yǎng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

李 榮，賈天俊，高光珍

(濱州學(xué)院 光電工程系，山東 濱州 256603)

為了更好地實(shí)現(xiàn)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”所要求達(dá)到的目標(biāo)，文中從構(gòu)建面向卓越理工人才的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，組建具有培養(yǎng)卓越理工人才意識(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)等方面進(jìn)行了有益探討，旨在提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平和質(zhì)量，培養(yǎng)具有工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力與工程創(chuàng)新能力的工程技術(shù)人才。

卓越工程師計(jì)劃；物理實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革；探索

卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃(以下簡(jiǎn)稱“卓越計(jì)劃”)的培養(yǎng)目標(biāo)是面向工業(yè)界、面向世界、面向未來(lái)培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才[1]。該計(jì)劃將促進(jìn)工程教育的改革和創(chuàng)新，全面提高我國(guó)工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量，努力建設(shè)具有世界先進(jìn)水平和中國(guó)特色的現(xiàn)代高等工程教育體系，促進(jìn)我國(guó)由工程教育大國(guó)邁向工程教育強(qiáng)國(guó)[2]。

為發(fā)揮大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在人才培養(yǎng)中的作用，實(shí)現(xiàn)卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃提出的強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的目標(biāo)，濱州學(xué)院大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心不斷探索與工程實(shí)際緊密聯(lián)系的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新理念、新方法、新思路。目前，我校飛行技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、化學(xué)工程與工藝等3個(gè)專業(yè)入選省級(jí)“卓工計(jì)劃”， 環(huán)境工程、電氣工程及其自動(dòng)化、生物技術(shù)3個(gè)專業(yè)入選校級(jí)“卓工計(jì)劃”。 相信將來(lái)還會(huì)有更多的專業(yè)入選“卓工計(jì)劃”。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程以此為契機(jī)，以強(qiáng)化工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力與工程創(chuàng)新能力為核心，重構(gòu)課程體系，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。改革目前人才培養(yǎng)過(guò)程中以灌輸式和知識(shí)傳授為主的教學(xué)方法，著力推動(dòng)基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)、基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)、基于案例的學(xué)習(xí)等研究性教學(xué)和學(xué)習(xí)方法改革，加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力訓(xùn)練。

本文結(jié)合我校實(shí)際，從大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)體系，師資隊(duì)伍建設(shè)等幾個(gè)方面進(jìn)行了探討。

1 構(gòu)建大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

1.1 設(shè)置與專業(yè)緊密結(jié)合的開(kāi)放設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

本著“寬基礎(chǔ)，重應(yīng)用”的原則，我們將物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和開(kāi)放設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)多為驗(yàn)證性和綜合性實(shí)驗(yàn)，是必做實(shí)驗(yàn)，面向開(kāi)設(shè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的所有專業(yè)學(xué)生，旨在培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)素質(zhì)，掌握實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法，了解實(shí)驗(yàn)原理，掌握數(shù)據(jù)處理方法。開(kāi)放設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為選做實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)專業(yè)特色和創(chuàng)新，開(kāi)設(shè)與專業(yè)緊密結(jié)合的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，重在培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力[3-4]。

實(shí)驗(yàn)中采用的實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)在工程上可能有多方面的應(yīng)用，這些應(yīng)用可作為綜合性實(shí)驗(yàn)或設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。改變實(shí)驗(yàn)儀器、改變實(shí)驗(yàn)方法、改變數(shù)據(jù)處理方法等以此激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。為鼓勵(lì)學(xué)生積極參與自制實(shí)驗(yàn)儀器，可開(kāi)設(shè)部分儀器改造實(shí)驗(yàn)；同時(shí)，將改造的儀器用于課堂實(shí)驗(yàn)，這樣既鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)了創(chuàng)新能力，又激發(fā)了學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性。

以液體表面張力系數(shù)的測(cè)量實(shí)驗(yàn)為例，為了能測(cè)不同溫度下液體的表面張力系數(shù)，學(xué)生改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)儀器。實(shí)驗(yàn)裝置中加了一個(gè)變溫水池、智能PID溫度控制儀、溫度傳感器、小型水泵、固態(tài)繼電器和加熱器。用水泵使加熱后的水循環(huán)于變溫水池的夾層，對(duì)變溫水池內(nèi)的液體進(jìn)行水浴加熱，溫度傳感器放在變溫水池內(nèi)，測(cè)量水池內(nèi)的待測(cè)液體的溫度，設(shè)定智能PID溫度控制儀上的溫度，開(kāi)始加熱，直至所設(shè)定溫度裝置會(huì)自動(dòng)停止加熱，液體最后穩(wěn)定到設(shè)定溫度。這樣的裝置設(shè)計(jì)既能準(zhǔn)確地測(cè)量一定溫度下液體的表面張力，又可以把原來(lái)的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)改進(jìn)為綜合型實(shí)驗(yàn)。該項(xiàng)目的改進(jìn)設(shè)計(jì)獲得了山東省物理科技創(chuàng)新大賽特等獎(jiǎng)[5-6]。

1.2 改革教學(xué)方法，強(qiáng)化課前預(yù)習(xí)

各高校物理實(shí)驗(yàn)均實(shí)行讓學(xué)生撰寫預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的方式來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)。但是僅憑一份預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告如何能確定學(xué)生認(rèn)真預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)？較為普遍的現(xiàn)象是學(xué)生將實(shí)驗(yàn)教材的內(nèi)容“復(fù)制”到預(yù)習(xí)報(bào)告中，至于實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)原理等根本不知其所以然。為了有效杜絕此類現(xiàn)象，強(qiáng)化預(yù)習(xí)效果，我校采取了一系列措施。如將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目制作成課件，上傳至物理實(shí)驗(yàn)中心網(wǎng)站，結(jié)合每個(gè)實(shí)驗(yàn)都設(shè)置幾個(gè)問(wèn)題，學(xué)生通過(guò)預(yù)習(xí)，上網(wǎng)查資料尋找答案，在實(shí)驗(yàn)課時(shí)教師將針對(duì)所設(shè)置的問(wèn)題進(jìn)行提問(wèn)，預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)寫合格，且回答問(wèn)題正確的學(xué)生才能進(jìn)實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，否則將不允許進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。

利用課件指導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，可以直觀地了解儀器的構(gòu)造原理，調(diào)節(jié)方法以及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，既降低了學(xué)生對(duì)文字理解的難度，又增加了感性認(rèn)識(shí)。利用課件模擬實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的物理過(guò)程，使學(xué)生獲得的表象得以強(qiáng)化，通過(guò)反復(fù)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)生及變化的條件，加深學(xué)生對(duì)抽象的理論知識(shí)的理解[7-8]。尤其是實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的設(shè)置，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)思考，積極探索答案，提高學(xué)生自學(xué)能力。

1.3 改革實(shí)驗(yàn)操作教學(xué)方法

為縮短教師授課時(shí)間，留出更多的時(shí)間給學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)課采用多媒體教學(xué)，可有效提高課堂教學(xué)效率，達(dá)到最佳教學(xué)效果。實(shí)踐證明，利用多媒體教學(xué)，將實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)和一些重要實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法通過(guò)FLASH動(dòng)畫形式播放，使學(xué)生有了更加直觀的印象，其效果要好于教師口頭強(qiáng)調(diào)數(shù)遍。

1.4 搭建產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)

鼓勵(lì)學(xué)生積極參與教師科研教研課題，搭建“產(chǎn)學(xué)研用”相結(jié)合的學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)。為各專業(yè)的學(xué)生加大實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放力度，提供開(kāi)放設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。如計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，光信息專業(yè)學(xué)生可進(jìn)行邁克爾遜干涉儀、微小距離測(cè)量等實(shí)驗(yàn)進(jìn)行儀器改造和實(shí)驗(yàn)拓展。另外，在教師的指導(dǎo)下可組織學(xué)生利用物理實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備為企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品性能的檢測(cè)。由于性能檢測(cè)可能要對(duì)物理實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行改造，也可能需要研制一些新的傳感器和配件，學(xué)生通過(guò)這些檢測(cè)工作可以學(xué)到物理學(xué)原理在工程技術(shù)中的應(yīng)用知識(shí)的同時(shí)，也可以看到所學(xué)物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)的使用價(jià)值，不僅提高了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，而且激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)的積極性和主動(dòng)性[9-10]。

1.5 建立多元化考核和激勵(lì)辦法

2 組建大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)

2.1 安排高學(xué)歷青年教師承擔(dān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)

要實(shí)現(xiàn)以卓越工程教育培養(yǎng)為導(dǎo)向的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，首先必須建設(shè)一支能夠滿足卓越工程師教育培養(yǎng)需要的高素質(zhì)的物理實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍。

我校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心承擔(dān)全校物理、化學(xué)、生物、地理、自動(dòng)化、飛行學(xué)院等9個(gè)院系19個(gè)專業(yè)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)，僅僅依靠中心專職實(shí)驗(yàn)教師難以完成教學(xué)任務(wù)。安排一批高學(xué)歷且具有較高教學(xué)能力、科研能力的老師進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)實(shí)驗(yàn)課成為必然。近幾年引進(jìn)的青年教師均承擔(dān)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)補(bǔ)充了新鮮血液。由于青年教師多為碩士或博士，一方面提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的學(xué)歷；另一方面由于這些教師都具有較強(qiáng)的科研能力，能較好地指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科研性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，可以很好地開(kāi)展在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入物理學(xué)原理在工程技術(shù)中的應(yīng)用知識(shí)的工作。青年教師作為指導(dǎo)教師，指導(dǎo)學(xué)生在國(guó)家級(jí)、省級(jí)電子設(shè)計(jì)大賽、省級(jí)物理實(shí)驗(yàn)技能大賽、全國(guó)節(jié)能減排大賽、國(guó)家創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃、校級(jí)SRTP(大學(xué)生訓(xùn)練計(jì)劃)等各級(jí)各類競(jìng)賽中均獲得不俗成績(jī)。

2.2 實(shí)行“引進(jìn)來(lái)，走出去”方針，鼓勵(lì)青年教師繼續(xù)深造

通過(guò)多種形式提高專業(yè)教師的工程實(shí)踐能力，強(qiáng)化專業(yè)教師的工程背景，逐步形成工程實(shí)踐能力強(qiáng)、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富、技術(shù)儲(chǔ)備強(qiáng)，集科研、教學(xué)和工程應(yīng)用為一體的專業(yè)師資隊(duì)伍。學(xué)校采取一系列措施，為老師們提供便利和資金支持，鼓勵(lì)具有碩士學(xué)歷的青年教師考取博士學(xué)位，鼓勵(lì)教師進(jìn)行國(guó)內(nèi)外訪學(xué)，單科進(jìn)修，到企事業(yè)單位進(jìn)行頂崗鍛煉。通過(guò)考取博士或者訪學(xué)，將國(guó)內(nèi)外高校先進(jìn)的教學(xué)理念、教學(xué)方法和手段引進(jìn)來(lái)，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的提高。另外，到企事業(yè)單位進(jìn)行頂崗鍛煉，熟悉行業(yè)規(guī)范和技術(shù)手段，尤其是將一些工程技術(shù)手段帶到課堂，與學(xué)生專業(yè)相結(jié)合，在教學(xué)中突出工程技術(shù)知識(shí)的講解，使學(xué)生了解所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值。指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行專業(yè)與工程技術(shù)緊密結(jié)合的開(kāi)放性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

3.結(jié)束語(yǔ)

我校不斷提高工科專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，旨在真正地培養(yǎng)出適應(yīng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的具有良好社會(huì)責(zé)任感、富有創(chuàng)新精神、工程實(shí)踐能力強(qiáng)的高素質(zhì)工程技術(shù)人才。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心緊跟學(xué)校步伐，積極響應(yīng)“卓工計(jì)劃”，以學(xué)生為主體，以實(shí)驗(yàn)室為依托，改革物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念和教學(xué)方法，組建具有培養(yǎng)卓越理工人才意識(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)，為培養(yǎng)具有較高創(chuàng)新能力、知識(shí)綜合應(yīng)用能力、科研能力的卓越工程技術(shù)人才做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

[1] 林 健.“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”通用標(biāo)準(zhǔn)研制[J]. 高等工程教育研究,2010(4):21-29.

[2]張文生,宋克茹.“回歸工程”教育理念下實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的思考[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2011,31(1):77-79

[3]胡海云,劉兆龍,宋克輝,等. 面向卓越理工人才培養(yǎng)，建設(shè)大學(xué)物理精品課程[J]. 大學(xué)物理,2013,32(12):46-48.

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Reform of University Physics Experiment Teaching for Educating and Training Excellence Engineers

LI Rong, JIA Tianjun, GAO Guangzhen

(Department of Optics and Electronics，Binzhou University，Binzhou 256603，China)

In order to improve the university physics experiment teaching level and quality and to train persons with engineering practice ability, engineering design ability and the innovation ability of engineering and technical, this paper analyzes how to build the university physics experiment teaching system based on the excellence engineer project and to form a experiment teaching team cultivating excellent talents of science and technology.

excellence engineer project; physics experiment; teaching reform；exploration

2014-05-17

濱州學(xué)院實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究基金資助項(xiàng)目(BZXYSYX M201316) 。

李 榮(1981-)，女，碩士，講師，主要從事大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)等方面的教學(xué)和研究工作。

G642.423；O4-33

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.03.034