拔尖人才培養(yǎng)背景下開展英才物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)試點(diǎn)的總結(jié)和展望

趙 偉，王中平，韋先濤，代如成，曲廣媛，張憲鋒，張?jiān)雒?/p>

(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 物理學(xué)院，安徽 合肥 230026)

為培養(yǎng)適應(yīng)國家中長期發(fā)展戰(zhàn)略的創(chuàng)新型人才，推進(jìn)解決“錢學(xué)森之問”，教育部在2009年開始實(shí)施基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)試驗(yàn)計(jì)劃.2018年10月，教育部發(fā)布了《關(guān)于實(shí)施基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)計(jì)劃2.0的意見》，擬在原有“拔尖計(jì)劃”基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量和增加受益學(xué)生數(shù)量，推進(jìn)培養(yǎng)具有家國情懷的未來科學(xué)家.2021年上半年教育部發(fā)布了《關(guān)于2021年度基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)基地建設(shè)工作的通知》，通過加快建設(shè)一批培養(yǎng)基地，全面推進(jìn)拔尖學(xué)生培養(yǎng)計(jì)劃.

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程是高校理工專業(yè)重要的核心基礎(chǔ)課,是學(xué)生科學(xué)素質(zhì)教育和實(shí)踐能力培養(yǎng)的重要基礎(chǔ)環(huán)節(jié),是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的重要平臺(tái).在“拔尖計(jì)劃2.0”工作持續(xù)推進(jìn)的要求下，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程也需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整才能在拔尖人才培養(yǎng)計(jì)劃中發(fā)揮實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程應(yīng)有的能力培養(yǎng)作用.在拔尖人才培養(yǎng)的背景下，國內(nèi)各高校在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的調(diào)整普遍集中在高年級物理實(shí)驗(yàn)或者近代物理實(shí)驗(yàn)中增加與科研前沿相結(jié)合的研究導(dǎo)向型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)[1-2]，同時(shí)也有部分高校在低年級普通物理實(shí)驗(yàn)中增加以賽促學(xué)型實(shí)驗(yàn)和互動(dòng)演示實(shí)驗(yàn)等教學(xué)內(nèi)容[3-5].

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程體系中，面向大三上學(xué)期的物理類專業(yè)學(xué)生,大學(xué)物理研究型實(shí)驗(yàn)課程是以科研訓(xùn)練為目標(biāo)的研究導(dǎo)向型實(shí)驗(yàn)，具有較強(qiáng)的開放性、設(shè)計(jì)性和研究性[2,6].在研究型實(shí)驗(yàn)課程之前的大學(xué)物理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)代技術(shù)實(shí)驗(yàn)，分別面向大一下學(xué)期、大二上學(xué)期和大二下學(xué)期的學(xué)生，內(nèi)容涵蓋了普通物理實(shí)驗(yàn)中的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和部分近代物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.近年來，作為拔尖人才培養(yǎng)課程體系改革的一部分，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心將中國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽(CUPT)項(xiàng)目作為以賽促學(xué)的教學(xué)內(nèi)容加入到大學(xué)物理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和大學(xué)物理綜合實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)體系中，取得了較好的效果.但該實(shí)驗(yàn)課程原有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目還是以傳統(tǒng)的做實(shí)驗(yàn)學(xué)物理作為課程建設(shè)原則，對學(xué)生的自主設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)重視不夠.另一方面近年來大學(xué)生群體學(xué)情顯示出明顯多樣化的新特點(diǎn)，例如受到高考要求影響，部分學(xué)生高中物理基礎(chǔ)知識不扎實(shí)，動(dòng)手能力偏弱，需要在物理實(shí)驗(yàn)課程中夯實(shí)基礎(chǔ)物理知識和基本實(shí)驗(yàn)技能；有些學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)課中只關(guān)注明顯與自己專業(yè)相關(guān)的內(nèi)容，而不愿探究相關(guān)性弱的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；也有部分學(xué)生具有扎實(shí)的物理基礎(chǔ)和較強(qiáng)的動(dòng)手能力，其中一些學(xué)生不滿足于經(jīng)典驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)較多的傳統(tǒng)普通物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，希望有機(jī)會(huì)在開放探索的物理實(shí)驗(yàn)中體驗(yàn)探究的樂趣.

為了推進(jìn)雙一流建設(shè)要求下的拔尖人才培養(yǎng)教學(xué)體系改革，同時(shí)考慮到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程面對全校本科生的多樣化需求，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心必須積極行動(dòng).在大學(xué)物理綜合實(shí)驗(yàn)和大學(xué)物理現(xiàn)代技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程中推動(dòng)分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革，一方面對原有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行分層次教學(xué)內(nèi)容建設(shè)，另一方面嘗試引入適應(yīng)拔尖人才培養(yǎng)計(jì)劃的具有挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,滿足學(xué)有余力且對物理實(shí)驗(yàn)探索保有強(qiáng)烈好奇心的學(xué)生的學(xué)習(xí)需要.在此需求下，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心首先以大學(xué)物理綜合實(shí)驗(yàn)課程作為試點(diǎn),加入了面向?qū)W有余力且喜愛物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)生的英才實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，組織有經(jīng)驗(yàn)的一線教師細(xì)致準(zhǔn)備，通過一對一討論、研討課、實(shí)踐動(dòng)手指導(dǎo)和期末匯報(bào)考核等教學(xué)過程，英才實(shí)驗(yàn)教學(xué)試點(diǎn)取得了良好效果.

1 課程體系的調(diào)整

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的大學(xué)物理綜合實(shí)驗(yàn)課程面向全校大二上學(xué)期的所有專業(yè)學(xué)生，課程包括的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為普通物理實(shí)驗(yàn)中綜合性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，例如邁克耳孫干涉儀實(shí)驗(yàn)、光纖傳感器實(shí)驗(yàn)和非平衡電橋?qū)嶒?yàn)等.對學(xué)校部分院系學(xué)生而言，綜合實(shí)驗(yàn)課是他們需要修讀的最后一門實(shí)驗(yàn)課程.近年來學(xué)校教學(xué)反饋中，部分動(dòng)手能力較強(qiáng)的學(xué)生希望實(shí)驗(yàn)課程能提供具有挑戰(zhàn)性和開放性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目.同時(shí)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心在大學(xué)物理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和大學(xué)物理綜合實(shí)驗(yàn)課程中加入的CUPT以賽促學(xué)類型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，對部分學(xué)生而言在上一階段實(shí)驗(yàn)課程中已經(jīng)體驗(yàn)過，他們希望有不同模式的實(shí)驗(yàn)課程可以選擇.

針對上述情況和學(xué)生要求，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心在大學(xué)物理綜合實(shí)驗(yàn)中加入了英才實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目.調(diào)整后的物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)體系如圖1所示，加入的英才實(shí)驗(yàn)可以為部分學(xué)有余力而且對物理實(shí)驗(yàn)特別感興趣的學(xué)生提供以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主的綜合普通物理實(shí)驗(yàn)和命題式CUPT，可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)差異化的選擇.

圖1 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)體系

2 英才實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式和內(nèi)容

大學(xué)物理綜合實(shí)驗(yàn)課程中的英才實(shí)驗(yàn)是普通物理和簡單近代物理范圍內(nèi)的開放性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn).英才實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目面向前一級大學(xué)物理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中成績較好、動(dòng)手能力表現(xiàn)突出的學(xué)生.考慮到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的場地和儀器條件，通過分析大學(xué)物理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程中學(xué)生的成績并結(jié)合自愿報(bào)名，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心計(jì)劃每學(xué)期組織30～40名學(xué)生參加英才實(shí)驗(yàn).試點(diǎn)學(xué)期實(shí)際參加的學(xué)生人數(shù)為36人.

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心組織一線教師對英才實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式進(jìn)行了廣泛調(diào)研和反復(fù)討論，最后將試點(diǎn)英才實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的教學(xué)模式定為將高年級研究性實(shí)驗(yàn)完全開放教學(xué)和命題式CUPT實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相結(jié)合的教學(xué)模式.

教師提出確定的實(shí)驗(yàn)探索方向并提供基本實(shí)驗(yàn)方案和相關(guān)資料，學(xué)生閱讀資料并在教師指導(dǎo)下完成基本實(shí)驗(yàn)方案，分析數(shù)據(jù)并總結(jié)后，可自行設(shè)計(jì)個(gè)性化實(shí)驗(yàn)方案，教師與學(xué)生討論方案的可行性，教師指導(dǎo)學(xué)生組裝器材完成實(shí)驗(yàn).該教學(xué)模式可兼顧學(xué)習(xí)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能和培養(yǎng)自主設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力兩方面.根據(jù)前期調(diào)研學(xué)生學(xué)情反饋，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為英才實(shí)驗(yàn)教學(xué)準(zhǔn)備了專用實(shí)驗(yàn)室，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都有指定教師負(fù)責(zé).任課教師為每個(gè)項(xiàng)目提供可行的基本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案、參考資料和實(shí)驗(yàn)器材.10項(xiàng)英才實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為以普通物理實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、綜合探究型實(shí)驗(yàn)和儀器設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)3大類，如圖2所示.選擇這樣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是為使英才實(shí)驗(yàn)教學(xué)盡量兼顧普通物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和開放性探究型內(nèi)容.

圖2 英才實(shí)驗(yàn)教學(xué)試點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)題目和選擇情況

以微小物理量的測量實(shí)驗(yàn)為例，該實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生測量相對微小的物理量，可以是時(shí)間、長度、質(zhì)量和溫度等基本物理量，也可以是速度、加速度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、電場強(qiáng)度、真空度和照度等導(dǎo)出物理量.該實(shí)驗(yàn)以普通物理實(shí)驗(yàn)中的多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，包括等厚干涉測量細(xì)絲直徑、彈性模量測量、非平衡電橋和傳感器等實(shí)驗(yàn)都可以為學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案提供參考[7].在此基礎(chǔ)上教師引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生綜合應(yīng)用力學(xué)、光學(xué)和電磁學(xué)等學(xué)科中的基本方法，借助傳感器、光譜和視頻捕捉等現(xiàn)代技術(shù)手段，分析、設(shè)計(jì)和完成實(shí)驗(yàn)方案并科學(xué)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).按照從基礎(chǔ)到綜合的教學(xué)路徑，作為與大學(xué)物理綜合實(shí)驗(yàn)常規(guī)課程平行的英才實(shí)驗(yàn)，可幫助學(xué)生自然地從大學(xué)物理綜合實(shí)驗(yàn)過渡到現(xiàn)代技術(shù)實(shí)驗(yàn)和研究性實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí).

為了能夠給予學(xué)生充分的時(shí)間對英才實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行較為深入的探索研究，也為在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，在英材實(shí)驗(yàn)教學(xué)中規(guī)定學(xué)生每2人1組在學(xué)期結(jié)束前完成圖2中的3項(xiàng)實(shí)驗(yàn)即可參加期末實(shí)驗(yàn)匯報(bào)考核.學(xué)期總評成績由期末匯報(bào)考核成績和所選題目的負(fù)責(zé)教師的主觀評價(jià)2部分構(gòu)成.基于拔尖人才培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)，總體評價(jià)的原則是考慮實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)創(chuàng)新性的同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生盡量深入探究題目的物理過程.

3 英才實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心在大學(xué)物理綜合實(shí)驗(yàn)中加入英才實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)是為英才學(xué)生提供個(gè)性化、多層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力.為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中必須堅(jiān)持以啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)為主，同時(shí)將以立德樹人為目的的課程思政元素有機(jī)融入教學(xué)的全過程.

3.1 英才實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程舉例

在水的膨脹系數(shù)測量實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中，教師組織選該課題的學(xué)生進(jìn)行研討，以回顧基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)中物質(zhì)密度的測量為導(dǎo)入內(nèi)容[7]，之后從密度自然過渡到體積變化.接著提醒學(xué)生注意水是生活中最常見的液體，在高中階段將水的密度作為常量，引導(dǎo)學(xué)生調(diào)研水的物理常量尤其是密度和體膨脹系數(shù)的測量方法以及二者與溫度的依賴關(guān)系.學(xué)生調(diào)研資料后，教師組織小組討論，并請學(xué)生介紹調(diào)研情況，學(xué)生通常都會(huì)提到在4 ℃附近時(shí)水的密度出現(xiàn)極大值，此時(shí)教師要提醒學(xué)生注意4 ℃前后溫度區(qū)間一定質(zhì)量水的體積和體膨脹系數(shù)與溫度的依賴關(guān)系，同時(shí)提醒學(xué)生查閱水的微觀結(jié)構(gòu)和相結(jié)構(gòu)的前沿科學(xué)研究成果.通過導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)和討論引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，通過介紹生活中常見的水的物理參量與溫度的依賴關(guān)系激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情.

實(shí)驗(yàn)方面，教師可將靜力稱衡法[8]或毛細(xì)管法[9]作為基本實(shí)驗(yàn)方法介紹給學(xué)生，指導(dǎo)學(xué)生搭建實(shí)驗(yàn)裝置測量并分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).之后建議學(xué)生嘗試?yán)没A(chǔ)實(shí)驗(yàn)或綜合實(shí)驗(yàn)中的其他實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)方案測量水的體膨脹系數(shù)，學(xué)生容易想到光學(xué)方法，教師引導(dǎo)學(xué)生嘗試光杠桿或者衍射干涉方法，學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)光學(xué)衍射干涉的基本原理和測量方法，此時(shí)教師要鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)并搭建裝置，利用光學(xué)干涉衍射測量水的體膨脹系數(shù).

圖3(a)是學(xué)生設(shè)計(jì)的利用光的衍射測量液體膨脹系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，通過記錄分析衍射光斑的移動(dòng)計(jì)算液體的體膨脹量.學(xué)生測數(shù)據(jù)后，教師要引導(dǎo)學(xué)生評價(jià)實(shí)驗(yàn)方案的合理性，并分析實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差，提醒學(xué)生嘗試優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置.

(a)實(shí)驗(yàn)裝置

在英才實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，自主調(diào)研資料,學(xué)習(xí)相關(guān)物理知識，搭建儀器裝置、測量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并改進(jìn)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置.學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不再是傳統(tǒng)的做實(shí)驗(yàn)學(xué)物理的被動(dòng)狀態(tài)，而是主動(dòng)學(xué)習(xí)探索，該過程有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情.

在復(fù)雜結(jié)構(gòu)的干涉和衍射實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中，教師先回顧基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)中衍射法測量圓孔和細(xì)絲直徑導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[10]，之后過渡到光的電磁橫波屬性和波粒二象性的介紹，提醒學(xué)生回想生活中光的邊緣衍射現(xiàn)象.在此基礎(chǔ)上教師引導(dǎo)學(xué)生調(diào)研如何用Matlab軟件對光的衍射現(xiàn)象進(jìn)行計(jì)算模擬，并了解衍射光學(xué)元件的原理和制作方法.在學(xué)生調(diào)研資料后，教師組織小組討論，學(xué)生通常會(huì)提到菲涅耳衍射的理論計(jì)算方法，此時(shí)教師要提醒學(xué)生注意實(shí)際實(shí)驗(yàn)中衍射元件的制作公差和入射光束等因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響.

實(shí)驗(yàn)方面，教師可將計(jì)算模擬和實(shí)驗(yàn)觀察方孔和雙縫屏的衍射現(xiàn)象作為基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容介紹給學(xué)生，展示使用Matlab軟件對方孔的模擬結(jié)果，指導(dǎo)學(xué)生利用激光器觀察衍射圖像并與模擬結(jié)果進(jìn)行比對分析.建議學(xué)生使用Matlab軟件對其他結(jié)構(gòu)的圖案進(jìn)行建模和模擬，學(xué)生學(xué)習(xí)使用激光打孔裝置制作實(shí)際的衍射屏完成衍射實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)和模擬結(jié)構(gòu)進(jìn)行比對分析.圖4是學(xué)生對幾種旋轉(zhuǎn)對稱的衍射屏進(jìn)行的Matlab模擬和實(shí)驗(yàn)觀察，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果具有較高的一致性.通過基于開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的啟發(fā)引導(dǎo)式教學(xué)，學(xué)生在教學(xué)過程中不再局限于本實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容學(xué)習(xí)，還在實(shí)驗(yàn)探索的需求下有目的性地?cái)U(kuò)展學(xué)習(xí)了其他相關(guān)知識和技能，此過程有利于學(xué)生綜合創(chuàng)新能力的培養(yǎng).

圖4 旋轉(zhuǎn)對稱衍射屏實(shí)驗(yàn)

3.2 英才實(shí)驗(yàn)的思政元素

英才實(shí)驗(yàn)教學(xué)為拔尖人才培養(yǎng)服務(wù)，培養(yǎng)具有家國情懷的拔尖創(chuàng)新人才.物理實(shí)驗(yàn)作為實(shí)踐課程具有易于進(jìn)行課程思政融合教學(xué)的特點(diǎn).在英才實(shí)驗(yàn)的試點(diǎn)學(xué)期教學(xué)中，主要融入了以下2方面的課程思政元素：

1)在實(shí)驗(yàn)中需要利用現(xiàn)代科學(xué)先進(jìn)儀器時(shí)，對比我國“兩彈一星”元?jiǎng)椎戎茖W(xué)家，他們在國家經(jīng)濟(jì)困難且技術(shù)落后于西方國家時(shí)，在艱苦的條件下，克服困難攻克技術(shù)難關(guān)，為祖國科學(xué)事業(yè)的發(fā)展和國家富強(qiáng)做出了巨大的貢獻(xiàn).青年學(xué)生應(yīng)該珍惜現(xiàn)在的生活和學(xué)習(xí)條件，要不忘初心、刻苦努力，成為中華民族偉大復(fù)興的建設(shè)者和接班人.

2)在教師和學(xué)生討論實(shí)驗(yàn)方案的可行性時(shí)，可引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到物理學(xué)是1門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證理論設(shè)想的正確性，進(jìn)而理解“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”這一科學(xué)世界觀和方法論.

4 英才實(shí)驗(yàn)試點(diǎn)的總結(jié)和反思

在大學(xué)物理綜合實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行英才實(shí)驗(yàn)教學(xué)試點(diǎn)，是為了在大學(xué)物理綜合實(shí)驗(yàn)和大學(xué)物理現(xiàn)代技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程中系統(tǒng)地開展英才實(shí)驗(yàn)教學(xué)，積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn).為了解學(xué)生在英才實(shí)驗(yàn)教學(xué)期間的收獲和學(xué)習(xí)情況，在試點(diǎn)學(xué)期結(jié)束后，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心通過問卷調(diào)查收集了參加本次英才實(shí)驗(yàn)學(xué)生的感受和建議.

表1是學(xué)生在英才實(shí)驗(yàn)過程中自主學(xué)習(xí)的與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的學(xué)科理論知識.從反饋結(jié)果來看，學(xué)生不僅自主學(xué)習(xí)了物理中光學(xué)、力學(xué)、電磁學(xué)和熱學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識，還跨學(xué)科了解了生物、計(jì)算機(jī)等學(xué)科的專業(yè)知識.同時(shí)也注意到，有很多的學(xué)生反映英才實(shí)驗(yàn)促使他們主動(dòng)學(xué)習(xí)了光學(xué)知識，這是由于本次試點(diǎn)教學(xué)中光學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較多，另外也說明在較為精確的測量中，光學(xué)方法通常更為簡單、有效，使用更為頻繁.計(jì)算機(jī)和人工智能學(xué)科知識也出現(xiàn)在物理實(shí)驗(yàn)課程中，這說明物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要更多引入現(xiàn)代信息和數(shù)字處理技術(shù).

表1 學(xué)生在英才實(shí)驗(yàn)過程中主動(dòng)學(xué)習(xí)的理論知識

表2是學(xué)生在英才實(shí)驗(yàn)結(jié)束后總結(jié)得到鍛煉的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，除了光路搭建、焊接安裝、電路分析、示波器使用等典型物理實(shí)驗(yàn)技能之外，學(xué)生還通過自學(xué)初步掌握了Matlab、單片機(jī)、Python和Comsol軟件等，這反映出計(jì)算機(jī)和相關(guān)技術(shù)作為重要工具在現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)中發(fā)揮著越來越重要的作用.與表1中的情況一致，由于英才實(shí)驗(yàn)試點(diǎn)中光學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較多，因此學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中需要進(jìn)行光路搭建和調(diào)整工作.

表2 學(xué)生在英才實(shí)驗(yàn)過程中得到鍛煉的技能

從課后問卷調(diào)查以及教學(xué)過程中教師的直觀感受可以看出，英才實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和試點(diǎn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和引導(dǎo)學(xué)生通過設(shè)計(jì)完成物理實(shí)驗(yàn)提升解決問題的能力上，對大二上學(xué)期的學(xué)生效果較好.在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中學(xué)生主動(dòng)性很強(qiáng)，在教師指導(dǎo)下完成第1個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目后，后2個(gè)項(xiàng)目的探究工作更加有目的性和計(jì)劃性，研究的深度和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性都有提高.英才實(shí)驗(yàn)將完全自主研究性實(shí)驗(yàn)和命題式CUPT實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)模式，既給予學(xué)生基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，也給予學(xué)生探索和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的責(zé)任感，學(xué)生在此過程中自然地完成學(xué)習(xí)提高過程.

學(xué)生課后反饋和問卷調(diào)查顯示試點(diǎn)英才實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容也存在一些問題.教學(xué)模式方面，首先需要評估如何平衡常規(guī)普通物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)的比例.如圖1所示，原有大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程序列中很多實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是編排有序的，如果學(xué)生在大學(xué)物理綜合實(shí)驗(yàn)課程中沒有學(xué)習(xí)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，在之后的大學(xué)物理現(xiàn)代技術(shù)實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)某項(xiàng)實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)缺少知識基礎(chǔ)和操作基礎(chǔ).其次學(xué)生希望減少必須完成的實(shí)驗(yàn)數(shù)量，以給他們更多時(shí)間在1～2項(xiàng)英才實(shí)驗(yàn)上探究得更深入.在教學(xué)內(nèi)容方面，學(xué)生建議增加可選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量并提供更為豐富的實(shí)驗(yàn)支撐材料.對于上述問題，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心已經(jīng)和學(xué)校教務(wù)部門進(jìn)行了討論，將會(huì)對現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)課程體系進(jìn)行整體調(diào)整，滿足拔尖人才培養(yǎng)目標(biāo)對于英才實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求，同時(shí)英才實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目將具有更為彈性的教學(xué)要求，以鼓勵(lì)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行深入探究.教學(xué)內(nèi)容方面，由于教師需要準(zhǔn)備每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可能用到的器材，而每個(gè)實(shí)驗(yàn)可能有多組學(xué)生同時(shí)選擇，因此需要考慮場地和資源限制，這導(dǎo)致增加可選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的難度較大.物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心會(huì)在現(xiàn)有條件基礎(chǔ)上，提供更多的可選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目并完善實(shí)驗(yàn)支撐材料.

5 結(jié)束語

在大學(xué)物理綜合實(shí)驗(yàn)課程中成功融入了為拔尖人才培養(yǎng)服務(wù)的英才實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，并在試點(diǎn)學(xué)期中取得了良好的教學(xué)效果，得到了學(xué)生的積極響應(yīng)和廣泛認(rèn)可.在此過程中，參加教學(xué)指導(dǎo)的一線教師也收獲了很多教學(xué)經(jīng)驗(yàn).培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才是高校重要的歷史責(zé)任和使命，教師需要積極探索適合新時(shí)期創(chuàng)新人才培養(yǎng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和教學(xué)方法，為國家培養(yǎng)更多具有扎實(shí)基礎(chǔ)和較強(qiáng)創(chuàng)新能力的優(yōu)秀人才.