郇維亮，李 志，徐 崇

（遼寧科技大學(xué) 理學(xué)院，遼寧 鞍山 114051）

高等教育的快速發(fā)展，為我國經(jīng)濟(jì)社會的健康和可持續(xù)發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)，但是高等教育質(zhì)量還不能滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需要。如何培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才，已成為高等教育的緊迫任務(wù)［1－2］。物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是我國高校理工科各專業(yè)必修的公共基礎(chǔ)課［3］，在培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、動手操作、觀察記錄、綜合分析和解決問題的能力等方面起著非常重要的作用。但作為一門基礎(chǔ)課，它的一些實(shí)驗(yàn)題目過于傳統(tǒng)和陳舊［4－5］。

近年來，遼寧科技大學(xué)物理與計算科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心在教學(xué)改革實(shí)踐中以物理實(shí)驗(yàn)為平臺，深入挖掘傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的深刻內(nèi)涵，走出了一條具有自身特色的培養(yǎng)創(chuàng)新型人才之路。

1 改革教學(xué)模式

1.1 建立有利于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的教學(xué)模式

我校開設(shè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的專業(yè)有36個，涉及的專業(yè)面廣，學(xué)生人數(shù)多，程但是知識基礎(chǔ)參差不齊。經(jīng)過幾年的研究和實(shí)踐，我校物理與計算科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心針對學(xué)生特點(diǎn)，構(gòu)建了分單元、分層次、適合不同學(xué)生的基礎(chǔ)及能力、緊密結(jié)合學(xué)校辦學(xué)特色的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程體系，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ρ驖u進(jìn)地得到提高，為后續(xù)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)奠定一個良好的基礎(chǔ)［6］。

所謂分單元，就是將所有的工科專業(yè)分成A單元和B單元，每個單元實(shí)驗(yàn)題目各不相同，各專業(yè)根據(jù)自己的專業(yè)特點(diǎn)選擇A單元或B單元。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排上，不同的專業(yè)側(cè)重面有所不同，例如建筑專業(yè)的力學(xué)實(shí)驗(yàn)可多些，而自動化專業(yè)的電子、電路實(shí)驗(yàn)可多些，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)物理知識的具體理解和應(yīng)用［7］。

每個單元的教學(xué)又分為4個層次，由淺入深分別是：基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，提高性實(shí)驗(yàn)，綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)和開放性實(shí)驗(yàn)。

（1）基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)注重教師的講授和輔導(dǎo)，使學(xué)生能夠很快地了解和掌握物理實(shí)驗(yàn)的基本要義，嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室規(guī)范，養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣?；A(chǔ)性實(shí)驗(yàn)需要嚴(yán)格訓(xùn)練，以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

（2）提高性實(shí)驗(yàn)多采用啟發(fā)式教學(xué)，課堂上不需要面面俱到地講解，有些內(nèi)容點(diǎn)到即止，留給學(xué)生更多的思考空間。

（3）在綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)階段，實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生準(zhǔn)備若干設(shè)計性實(shí)驗(yàn)題目，學(xué)生選擇其中的一個實(shí)驗(yàn)題目并提出設(shè)計方案，教師審查設(shè)計方案，針對其中的問題提出修改意見，由學(xué)生最后完成實(shí)驗(yàn)。學(xué)生最后提交的綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)報告要以科技論文的格式書寫。綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生活學(xué)活用知識，著重考察和培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力，包括自學(xué)能力、文獻(xiàn)檢索能力、創(chuàng)新能力、科技論文寫作能力等［8］。

（4）開放性實(shí)驗(yàn)的題目不是學(xué)生必修的內(nèi)容，而是面向一些對物理實(shí)驗(yàn)特別感興趣而且有較強(qiáng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ膶W(xué)生開設(shè)的。題目可以由學(xué)生自擬，也可由實(shí)驗(yàn)室給出。學(xué)生利用課余時間完成實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過答辯合格的學(xué)生，其期末成績可以得到一定的加分。由于學(xué)生可以自由選擇感興趣的實(shí)驗(yàn)題目，因此積極性很高，而且更容易取得較好成績。例如：我校07級一位學(xué)生根據(jù)開放實(shí)驗(yàn)題目完成了“西林電橋測量電容方法的研究”，論文已發(fā)表在2010年的一個省級期刊上［9］。

1.2 以傳統(tǒng)的儀器啟發(fā)學(xué)生發(fā)散性思維

一些比較傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)題目，我校已經(jīng)開設(shè)多年。有人認(rèn)為傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力不太可能有什么貢獻(xiàn)，但事實(shí)并非如此。

例如：我校應(yīng)用物理09級一位學(xué)生在做“電子示波器的調(diào)節(jié)和使用”這個傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時，看到利用電極板可以控制電子束的偏轉(zhuǎn)，電子束打在熒光屏上產(chǎn)生光點(diǎn)，他想到利用光電轉(zhuǎn)換可以把光信號變成電信號，從而完成一個自動控制電路來實(shí)現(xiàn)對洗衣機(jī)注水量的控制。雖然這位學(xué)生的想法顯得有些笨拙，甚至是“用大炮打蚊子”，但教師并沒有簡單地否定他，而是提示他可以將控制電路用到溫度控制等其他方面。在教師的幫助下，學(xué)生組成了一個興趣小組，利用課余時間進(jìn)行探討和研究，終于設(shè)計出了煙草自動烘干機(jī)，此項(xiàng)作品獲得遼寧科技大學(xué)首屆金蝶杯創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)大賽三等獎。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生們經(jīng)過進(jìn)一步鉆研，設(shè)計出了“智能控溫儀”，并獲得在第八屆“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計劃競賽三等獎。

又如，我校資源與土木工程學(xué)院的一位學(xué)生在做“液體表面張力測量”實(shí)驗(yàn)時，看到液體被鋁環(huán)拉伸時，液體表面形成的凹面與金屬棒被拉伸時形成的凹面很類似，便提出它們之間的力學(xué)規(guī)律是否也類似的問題。在教師的鼓勵下，她查閱了大量資料并反復(fù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，在取得測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，與教師一起完成了論文“塑性固體和液體拉伸實(shí)驗(yàn)的比較”，該論文發(fā)表在一個省級刊物上［10］。

還有一名化工學(xué)院的學(xué)生在做“液體表面張力測量”實(shí)驗(yàn)時，發(fā)現(xiàn)提拉金屬環(huán)的速度對測量結(jié)果影響很大，而人力提拉金屬環(huán)的速度很難控制，導(dǎo)致每次測量的結(jié)果都不相同，他想到通過一個管道緩慢放出液體而降低液面高度，這樣更加容易控制。該學(xué)生將實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行了改造，收到了很好的實(shí)驗(yàn)效果，并寫出了論文“液體表面張力系數(shù)測量實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)”，在一個省級刊物上公開發(fā)表［11］。

2 參與科研訓(xùn)練

2.1 實(shí)施大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃提高學(xué)生的創(chuàng)新能力

遼寧科技大學(xué)每年都有大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃，實(shí)驗(yàn)中心鼓勵實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師積極申報科研訓(xùn)練項(xiàng)目。

2011年我實(shí)驗(yàn)中心有3個項(xiàng)目獲得學(xué)校的立項(xiàng)。這些項(xiàng)目能夠充分利用物理與計算科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心的師資、教學(xué)資源和科研資源，營造不同學(xué)科交叉、復(fù)合的氛圍，因材施教；能夠培養(yǎng)大學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、創(chuàng)新意識、創(chuàng)業(yè)和團(tuán)隊(duì)合作精神；能夠提高大學(xué)生科學(xué)研究能力、創(chuàng)新能力和實(shí)踐動手能力；能夠使學(xué)生接觸與掌握學(xué)科發(fā)展前沿信息和動態(tài)變化。一些項(xiàng)目在儀器設(shè)計開發(fā)階段就讓學(xué)生參與進(jìn)來，這樣使學(xué)生能夠完整地了解一個科研課題從立項(xiàng)到實(shí)施以及結(jié)題的全過程。

學(xué)生所受的訓(xùn)練并沒有固定的模式，而是隨著科研的實(shí)際情況充滿了變數(shù)。學(xué)生看到了科研工作更真實(shí)的一面，這對培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和畢業(yè)后的工作適應(yīng)能力都是十分有利的。

由于本科生平時接觸科研的機(jī)會比較少，親自參加課題研究的機(jī)會更少，因此，學(xué)生都非常珍惜這樣的機(jī)會。為了完成科研課題，每個本科生都在課堂教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，自學(xué)大量的課堂上沒有涉及到的內(nèi)容，并靈活運(yùn)用。在這一過程中，他們提高了分析問題、解決問題的能力，提高了創(chuàng)新能力、自主學(xué)習(xí)能力，也培養(yǎng)了戰(zhàn)勝困難的毅力，初步形成了良好的學(xué)習(xí)和研究習(xí)慣［12］。他們利用課余時間，全身心地投入到課題研究中，取得了較好的成績。

例如大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃項(xiàng)目“測量固體導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)儀器改進(jìn)”，已公開發(fā)表了2篇科技論文，分別是物理09級一位學(xué)生撰寫的“導(dǎo)熱系數(shù)測量實(shí)驗(yàn)中平衡溫度的測量技巧”和熱能10級一位學(xué)生撰寫的“基于VB6.0的固體導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)”［13］。另一個大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃項(xiàng)目“檢流計偏轉(zhuǎn)格數(shù)與電橋靈敏度關(guān)系的研究”，也有學(xué)生撰寫的論文“用實(shí)驗(yàn)方法探討檢流計偏轉(zhuǎn)格數(shù)與電橋靈敏度的關(guān)系”發(fā)表在《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》上［14］。上述2個大學(xué)生科研訓(xùn)練項(xiàng)目分別獲得了校二等獎和三等獎。

2.2 自制儀器設(shè)備，開發(fā)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識的新題目

近些年，學(xué)校鼓勵各實(shí)驗(yàn)室自制教學(xué)儀器設(shè)備，一方面可以為學(xué)校節(jié)省購買儀器設(shè)備的經(jīng)費(fèi)，另一方面可以增加一些綜合設(shè)計性的實(shí)驗(yàn)題目。物理與計算科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心的教師在完成教學(xué)工作以外，積極投身這些創(chuàng)新工作。近2年實(shí)驗(yàn)中心有3項(xiàng)自制儀器設(shè)備項(xiàng)目獲得學(xué)校的批準(zhǔn)和資助。

為了能夠完成這些項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)中心全體教師的積極性都被調(diào)動起來，認(rèn)真研究、群策群力，實(shí)驗(yàn)中心的工作更加充滿活力［15］。

這些項(xiàng)目有的可以吸收學(xué)生參與，作為大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃的內(nèi)容，如大學(xué)生科研訓(xùn)練項(xiàng)目“利用邁氏干涉的方法測量金屬熱膨脹系數(shù)”就來自于物理與計算科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心自制儀器項(xiàng)目“金屬熱膨脹系數(shù)干涉測量儀研制”。該項(xiàng)目的完成，實(shí)現(xiàn)了由驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)題目轉(zhuǎn)化為綜合性、設(shè)計性的實(shí)驗(yàn)題目，提高了綜合性、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)的比例。

有些自制儀器設(shè)備項(xiàng)目可以作為應(yīng)用物理專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)論文題目，既能豐富學(xué)生畢業(yè)論文選題種類，也能幫助教師完成了自制儀器設(shè)備項(xiàng)目，是一個雙贏的結(jié)果。例如：物理06級一位學(xué)生2010年的畢業(yè)論文選題“地磁場測量的實(shí)驗(yàn)研究及系統(tǒng)開發(fā)”就來源于實(shí)驗(yàn)中心一位教師的自制儀器設(shè)備項(xiàng)目“巨磁阻效應(yīng)的弱磁場測量儀”。該學(xué)生的畢業(yè)論文被評為理學(xué)院優(yōu)秀畢業(yè)論文，指導(dǎo)教師也被評為院級優(yōu)秀指導(dǎo)教師。通過自制儀器設(shè)備，既鍛煉了實(shí)驗(yàn)室全體人員的能力，為學(xué)校節(jié)約了5萬多元資金，同時也增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)室隊(duì)伍的凝聚力。

2.3 將教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與國家級科研項(xiàng)目聯(lián)系起來

我實(shí)驗(yàn)中心有兩套“金屬納米粒子制備試驗(yàn)儀”，可以利用蒸汽冷凝法制備納米粒子。但是，該儀器制備的納米粒子穩(wěn)定性比較差，主要用于應(yīng)用物理專業(yè)開設(shè)近代物理實(shí)驗(yàn)。而我校納米材料研究中心是省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，研究人員以物理教師為骨干。我實(shí)驗(yàn)中心也有一些教師加入到其中的科研團(tuán)隊(duì)，承擔(dān)一些國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和國家“863”項(xiàng)目。我實(shí)驗(yàn)中心把原來一個單純金屬納米粒子制備實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展開來，講授納米材料中心的化學(xué)沉淀法、水熱合成法制備納米粉體技術(shù)等內(nèi)容，使學(xué)生獲得的知識更加全面，也容易獲得好的成績。

我校應(yīng)用物理07級的一位學(xué)生畢業(yè)論文的選題就是我實(shí)驗(yàn)中心的納米粉體技術(shù)。通過教師的精心指導(dǎo)和學(xué)生個人的努力鉆研，該學(xué)生的畢業(yè)論文《鑭鈷摻雜鍶鐵氧體納米粒子的制備及性能研究》獲得了2011年校級優(yōu)秀畢業(yè)論文，指導(dǎo)教師也獲得了校級優(yōu)秀指導(dǎo)教師。學(xué)生本人還考取了北京鋼鐵研究總院的研究生，研究方向仍為納米材料技術(shù)。另有一位物理07級學(xué)生的畢業(yè)論文選題也為納米技術(shù)，他所參與撰寫的論文“稀土摻雜BTO基納米陶瓷的制備及介電性能”在2012年的某中文核心期刊上發(fā)表［16］。

3 結(jié)束語

21世紀(jì)，中國的崛起是不可阻擋的，高等院校培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新意識是責(zé)無旁貸的。作為公共基礎(chǔ)課的物理實(shí)驗(yàn)如何能夠發(fā)揮自身優(yōu)勢，克服自身的不足，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力方面找到一條可行之路是每一個物理實(shí)驗(yàn)教師應(yīng)該思考的問題。在這方面我實(shí)驗(yàn)中心的教師進(jìn)行了一些大膽的嘗試，取得了一些成績，僅希望以此經(jīng)驗(yàn)為其他院校的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作提供一點(diǎn)參考。

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