基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的物理專業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)探究

陳展斌

(湖南工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，湖南 株洲 412007)

物理專業(yè)旨在培養(yǎng)掌握物理理論及相關(guān)工程技術(shù)知識并將物理學(xué)應(yīng)用于現(xiàn)代高新技術(shù)和社會各領(lǐng)域的復(fù)合應(yīng)用型人才。物理實(shí)踐教學(xué)是指在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生主動地在認(rèn)知、情感和動作技能多個領(lǐng)域掌握知識、發(fā)展能力、提升技能的教育教學(xué)活動的總稱[1]。實(shí)踐教學(xué)旨在提高學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能、知識應(yīng)用能力、社會實(shí)踐能力、創(chuàng)新研究能力和科學(xué)素養(yǎng)，是鞏固和加深對理論認(rèn)識的有效途徑，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)技術(shù)人才的重要環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)方法和提高動手能力的重要平臺[1-10]，高校實(shí)踐教學(xué)水平的高低決定了創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的優(yōu)劣。

國外高校的實(shí)踐研究主要集中在實(shí)踐教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容上，具體表現(xiàn)在(1)設(shè)置突出實(shí)踐能力培養(yǎng)的課程，確定實(shí)踐要求，布置學(xué)習(xí)內(nèi)容，并不斷引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用理論知識去解決問題、激發(fā)積極的學(xué)習(xí)技能影響思維，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能的目的。(2)重視“雙師型”教師隊(duì)伍的建設(shè)，國外大學(xué)注重教師的專業(yè)發(fā)展和實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，建立教師發(fā)展中心，加強(qiáng)教師“教與學(xué)”的培訓(xùn)，提高教師教學(xué)水平的創(chuàng)新。(3)政府、企業(yè)、學(xué)校共建產(chǎn)學(xué)研一體的實(shí)踐教學(xué)模式[3]，在政府的協(xié)助下，高校與企業(yè)行業(yè)之間建立多元合作辦學(xué)，多個主體圍繞學(xué)校教學(xué)、科研和管理，實(shí)現(xiàn)三贏的局面。學(xué)校和企業(yè)共同培養(yǎng)學(xué)生，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容以解決企業(yè)的真實(shí)問題為主，企業(yè)配有專業(yè)的指導(dǎo)老師，指導(dǎo)并協(xié)助學(xué)生解決在實(shí)踐過程中遇到的各種問題，學(xué)生在企業(yè)能夠感受真實(shí)的工作環(huán)境，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力，做到學(xué)以致用，理論聯(lián)系實(shí)踐。

國內(nèi)方面，1988年張智宸、郝建平在《建立新的實(shí)踐教學(xué)體系的嘗試》中首先提出實(shí)踐教學(xué)體系[1]。目前，大多集中在關(guān)于實(shí)踐教學(xué)體系含義的研究，實(shí)踐教學(xué)體系重要性的研究，實(shí)踐教學(xué)體系現(xiàn)狀、問題研究，體系完善研究等方面，主要模式有[10]：

1.“三結(jié)合、三層次、三段培養(yǎng)”的教學(xué)體系結(jié)構(gòu)。教學(xué)、科研、生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合；基礎(chǔ)實(shí)踐、專業(yè)實(shí)踐、社會實(shí)踐三個層次；校內(nèi)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)階段、校內(nèi)教學(xué)基地課內(nèi)外結(jié)合階段、校外教學(xué)基地與生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)合階段；

2.“驅(qū)動-受動-調(diào)控-保障”的實(shí)踐教學(xué)體系結(jié)構(gòu)。教學(xué)動力體系和教學(xué)目標(biāo)體系構(gòu)成了實(shí)踐教學(xué)體系的動力層面，教學(xué)內(nèi)容體系構(gòu)成了實(shí)踐教學(xué)體系的受動層面，教學(xué)管理體系構(gòu)成了實(shí)踐教學(xué)體系的調(diào)控層面，教學(xué)保障體系構(gòu)成了實(shí)踐教學(xué)體系的保障層面；

3.“內(nèi)外一體開放式”的實(shí)踐教學(xué)體系結(jié)構(gòu)。學(xué)生、教師和實(shí)踐內(nèi)容組成內(nèi)部要素，實(shí)踐教學(xué)機(jī)制、教師來源和就業(yè)機(jī)制組成外部要素；

4.“實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容、管理和條件四系統(tǒng)、基本實(shí)驗(yàn)技能、工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)訓(xùn)和課外實(shí)踐活動四平臺、實(shí)踐過程分為德育及素質(zhì)培養(yǎng)、基本技能培養(yǎng)、綜合技能培養(yǎng)、創(chuàng)新能力培養(yǎng)四層次”的實(shí)踐教學(xué)體系結(jié)構(gòu)。

開展物理專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建與研究的主要有：張富文2013年在《應(yīng)用物理專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建與實(shí)施》 中提出以多層次的教學(xué)內(nèi)容和個性化的教學(xué)方法為核心，以師資隊(duì)伍和科學(xué)平臺為基礎(chǔ)，以科學(xué)管理為保障的實(shí)踐教學(xué)體系，提高了人才培養(yǎng)質(zhì)量[4]。王秀杰2012年在《應(yīng)用物理專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的建設(shè)與實(shí)踐》中以培養(yǎng)計(jì)劃為指導(dǎo)，全面論證了各種實(shí)驗(yàn)課、課程設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系，科學(xué)合理安排實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，形成了能滿足培養(yǎng)目標(biāo)要求的應(yīng)用物理實(shí)踐教學(xué)體系[5]。劉剛2007年提出了欠發(fā)達(dá)地區(qū)師范本科物理專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建思路，形成了四年不斷線，四大實(shí)踐環(huán)節(jié)，四大執(zhí)行保障的實(shí)踐教學(xué)體系框架，并對具體的體系內(nèi)容進(jìn)行了闡述[7]。

隨著社會的快速發(fā)展和科技進(jìn)步，現(xiàn)代科技對高校實(shí)驗(yàn)課教學(xué)產(chǎn)生了很大的影響，以現(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)體系(如陳舊的實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念，內(nèi)容老套，教法與現(xiàn)實(shí)需求脫節(jié)，積極性不夠，實(shí)踐灌輸式傳授等)培養(yǎng)的學(xué)生很難滿足社會當(dāng)前和未來對人才創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的要求[2]，也難以滿足學(xué)生個人未來發(fā)展的需求。在當(dāng)前“雙一流”和“新工科”建設(shè)以及教育信息化行動計(jì)劃背景下，傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)模式和實(shí)踐教學(xué)體系已經(jīng)不能適應(yīng)時代要求，探索物理專業(yè)實(shí)踐教學(xué)新模式，有效提高實(shí)驗(yàn)課教學(xué)質(zhì)量，全面培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)和創(chuàng)新意識，進(jìn)行基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的應(yīng)用物理專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

為達(dá)到以培養(yǎng)人才創(chuàng)新為導(dǎo)向目標(biāo)，探究新時代實(shí)踐教學(xué)的新模式。完善物理專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程模塊建設(shè)、改革實(shí)踐教學(xué)模式，構(gòu)建基礎(chǔ)與創(chuàng)新協(xié)同發(fā)展、符合時代特征，滿足學(xué)生發(fā)展和職業(yè)需求的實(shí)踐教學(xué)新體系及管理機(jī)制。認(rèn)為可從以下幾個方面開展

(1)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建的理論基礎(chǔ)

實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建緊密聯(lián)系實(shí)踐活動，遵循教育教學(xué)的規(guī)律。知識、技能不是被動積累的，而是學(xué)習(xí)者積極實(shí)踐的結(jié)果。在構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)體系時應(yīng)當(dāng)關(guān)注學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程中知識、技能的連貫性和教學(xué)內(nèi)容的情境性，使學(xué)生通過具體的實(shí)踐、實(shí)習(xí)等環(huán)節(jié)，在解決具體問題中積極主動地構(gòu)建自己的理解、創(chuàng)造過程。同時還要考慮學(xué)生的全面發(fā)展，專業(yè)體系的完整性等。實(shí)踐教學(xué)體系的高效運(yùn)行，須考慮多種要素之間的相互聯(lián)系。在構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)體系時：1)根據(jù)人才培養(yǎng)規(guī)格、專業(yè)學(xué)科特點(diǎn)及發(fā)展規(guī)律以及社會對人才的需求，有針對性設(shè)定具體目標(biāo)，除培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力外還要注重創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。2)實(shí)踐進(jìn)行環(huán)節(jié)的時間安排上要保持連續(xù)性，處理好與理論教學(xué)的關(guān)系，合理分配課時比例。3)實(shí)踐教學(xué)應(yīng)分階段、分層次逐步深化。由易到難，由簡單到復(fù)雜，循序漸進(jìn)加以構(gòu)建。

(2)學(xué)校物理專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系分析

學(xué)校投入物理專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，改善了實(shí)踐教學(xué)條件，有效促進(jìn)了學(xué)生動手能力和實(shí)踐能力的提升，但仍然存在一些問題：1)對實(shí)踐教學(xué)的充分認(rèn)識和重視程度不夠，實(shí)踐教學(xué)長期處于次要地位，課時量少，考核工作量低，人才培養(yǎng)方案中缺乏創(chuàng)新能力培養(yǎng)和具體要求，未體現(xiàn)“創(chuàng)新活動”；實(shí)踐教學(xué)體系中人才培養(yǎng)未考慮學(xué)生個體差異，缺乏因材施教策略。2)高水平的專業(yè)實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員缺乏，教師上實(shí)驗(yàn)課時對其重視不夠，理論教師兼職實(shí)驗(yàn)課程教師也有情緒，幾乎沒人愿意上實(shí)驗(yàn)課，更沒人愿意潛下心來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。大部分的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)依然是教師主講灌輸理論知識，學(xué)生被動接受的模式，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題能力不強(qiáng)，創(chuàng)新能力沒有體現(xiàn)。另外，由于教師素質(zhì)原因，如不提前備實(shí)驗(yàn)儀器等，遇到問題難以現(xiàn)場解決，致使學(xué)生對物理實(shí)踐課程的興趣不高。3)物理學(xué)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)資源欠缺，設(shè)備不足，線路老化嚴(yán)重，如申請人開設(shè)的電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)課，時常3～6個同學(xué)集中在一臺儀器上，難以保證學(xué)生均等受到訓(xùn)練的機(jī)會等。學(xué)校管理層、學(xué)生和教師應(yīng)該轉(zhuǎn)變觀念，充分認(rèn)識實(shí)踐教學(xué)在培養(yǎng)創(chuàng)新人才過程中的重要地位。

(3)“雙一流”、“新工科”建設(shè)條件下，以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心，構(gòu)建有差異，內(nèi)容交融的實(shí)踐課程新模塊

在新背景下，人才培養(yǎng)目標(biāo)須與時俱進(jìn)，實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)也應(yīng)適當(dāng)調(diào)整。依據(jù)高校教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)、以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心，兼顧不同層次學(xué)生的認(rèn)知水平和學(xué)習(xí)能力，構(gòu)建應(yīng)用物理專業(yè)實(shí)踐教學(xué)差異化培養(yǎng)目標(biāo)新體系。設(shè)計(jì)有差異的課程，構(gòu)建有差異的實(shí)踐課程新模塊，實(shí)施有差異的教學(xué)，實(shí)現(xiàn)有差異的發(fā)展，將創(chuàng)新意識——創(chuàng)新精神——創(chuàng)新能力培養(yǎng)融入實(shí)踐教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，循序漸進(jìn)，服務(wù)學(xué)生，滿足社會對人才的需求。另一方面，課程體系規(guī)定了培養(yǎng)目標(biāo)實(shí)施的規(guī)劃方案，是保障和提高教育質(zhì)量的關(guān)鍵。物理學(xué)所開設(shè)的實(shí)踐課程主要有力學(xué)實(shí)驗(yàn)、熱學(xué)實(shí)驗(yàn)、電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)、光學(xué)實(shí)驗(yàn)、近代物理實(shí)驗(yàn)、材料物理實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)實(shí)習(xí)設(shè)計(jì)等。這些課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容太單一，每個實(shí)驗(yàn)所使用的設(shè)備太局限，束縛了學(xué)生的創(chuàng)新能力?？蓢L試將“創(chuàng)新活動”納入課表，形式可多樣化，如開設(shè)力學(xué)專題實(shí)驗(yàn)、電磁學(xué)專題實(shí)驗(yàn)、光學(xué)專題實(shí)驗(yàn)、近代物理專題實(shí)驗(yàn)等。一方面，實(shí)驗(yàn)設(shè)備多樣化，學(xué)生可自由發(fā)揮想象，充分利用專題內(nèi)設(shè)備，類似于小孩子“堆積木”，設(shè)計(jì)精彩的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，極大提高學(xué)生創(chuàng)新能力和動手能力。另一方面，教師可以選擇某個具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為切入點(diǎn)，將新技術(shù)、新思路引入實(shí)驗(yàn)過程中，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為核心展開探索和研究。

(4)樹立創(chuàng)新能力培養(yǎng)貫穿實(shí)踐教學(xué)全過程的理念，創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)新模式

經(jīng)過多年的發(fā)展物理學(xué)專業(yè)形成了幾乎固定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。隨著科技的快速發(fā)展，這種教學(xué)模式面臨新的挑戰(zhàn)。學(xué)生積極參加創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽、研究型實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)等活動，其背后折射出的就是學(xué)生對現(xiàn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的不認(rèn)同，創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)給他們留下了深刻的印象，探究式學(xué)習(xí)模式才能吸引他們的興趣。在當(dāng)今競爭激烈的社會，行業(yè)及分工變化迅速且不可預(yù)期，學(xué)校所學(xué)知識多半與從事的工作無關(guān)?，F(xiàn)階段大學(xué)生對知識的獲取方式有很多種，教師在學(xué)校更多的應(yīng)體現(xiàn)在指導(dǎo)，引導(dǎo)技能訓(xùn)練，方法訓(xùn)練，開發(fā)腦力，學(xué)習(xí)創(chuàng)新。實(shí)踐是創(chuàng)新的源泉，實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的渠道，只有具有創(chuàng)新能力的人才能比較好地在社會中立足。因此，在實(shí)踐教學(xué)過程中要以創(chuàng)新能力培養(yǎng)貫穿實(shí)踐教學(xué)全過程，積極探究科學(xué)的教學(xué)方法，創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)創(chuàng)新人才。

(5)開發(fā)實(shí)踐教學(xué)環(huán)境資源，構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)保障體系

實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建需要挖掘?qū)嵺`教學(xué)環(huán)境資源，實(shí)踐教學(xué)活動的開展，不僅受實(shí)驗(yàn)設(shè)備、場所、師資等條件的限制，還受制于社會、企業(yè)的支持，這是目前高校實(shí)踐教學(xué)普遍存在的問題之一。應(yīng)該采取有效措施，積極挖掘?qū)嵺`教學(xué)資源。整合校內(nèi)資源，提高設(shè)備、場地、師資。創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)往往涉及到多個部門的儀器設(shè)備，希望學(xué)校出臺相應(yīng)政策，提供便利和協(xié)助。開展實(shí)質(zhì)性的校企合作，鍛煉學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，將企業(yè)的遇到的難題作為學(xué)生課程設(shè)計(jì)的課題由教師指導(dǎo)完成，綜合培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)校企共贏。

實(shí)踐教學(xué)是高校教學(xué)工作的重要組成部分，同時也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力的主要途徑。實(shí)踐教學(xué)體系以實(shí)踐教學(xué)人才培養(yǎng)目標(biāo)為核心前提，以教學(xué)活動為主體內(nèi)容，并以相應(yīng)環(huán)境資源作為支持條件的有機(jī)整體。本文就基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的物理專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系進(jìn)行了探究。僅代表個人觀點(diǎn)，如有不妥，還望批評指正。