趙樹軍,李　濱

(黑龍江工程學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050)

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基于實驗素養(yǎng)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的物理實驗教學(xué)研究

趙樹軍,李濱

(黑龍江工程學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050)

摘要：大學(xué)物理實驗教學(xué)是學(xué)生實驗素養(yǎng)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的一個重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)符合現(xiàn)代科技發(fā)展和工程需求的高素質(zhì)、高能力創(chuàng)新人才過程的重要組成。為激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，提高學(xué)習(xí)興趣，促進個性發(fā)展，在結(jié)合國家“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的基礎(chǔ)上，對大學(xué)物理實驗教學(xué)體系進行了研究，并對教學(xué)過程中實驗室資源的規(guī)劃與利用進行了初步的改革與實踐，進而提出一種適合培養(yǎng)學(xué)生的實驗素養(yǎng)與創(chuàng)新能力的大學(xué)物理實驗教學(xué)新體系。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用技術(shù)；實驗素養(yǎng)；創(chuàng)新能力；教學(xué)體系

1研究目的及意義

大學(xué)物理實驗是學(xué)習(xí)和鞏固物理知識，強化科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)綜合與創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)性、實踐性的教學(xué)課程，其教學(xué)理念、教學(xué)方法和教學(xué)效果不但直接影響學(xué)生對物理學(xué)基礎(chǔ)知識的理解和掌握，還關(guān)系到學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度、科學(xué)理念和創(chuàng)新能力的塑造與培養(yǎng)?；诤邶埥こ虒W(xué)院“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”人才方案要求，通過推進大學(xué)物理實驗教學(xué)的改革與實踐，來構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展的物理實驗教學(xué)新體系，給學(xué)生營造了從被動學(xué)習(xí)到自主學(xué)習(xí)，到應(yīng)用性學(xué)習(xí)的循序漸進階梯型的實驗環(huán)境和學(xué)習(xí)氛圍。新體系不僅大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且能實現(xiàn)向?qū)I(yè)實驗的過渡,對提高學(xué)生實驗素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力具有非常重要的現(xiàn)實意義，對大學(xué)物理實驗教學(xué)改革具有一定的理論研究和應(yīng)用的價值，能夠為學(xué)校實現(xiàn)應(yīng)用技術(shù)大學(xué)的轉(zhuǎn)型與發(fā)展，建立可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新型實驗教學(xué)模式，發(fā)揮十分積極的促進作用[1]。

2大學(xué)物理實驗教學(xué)體系的改革與實踐

2.1制定適合地方工科院校人才培養(yǎng)要求的實驗教學(xué)內(nèi)容的改革與實踐

傳統(tǒng)的大學(xué)物理實驗都是按照力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)、近現(xiàn)代物理實驗等內(nèi)容劃分的，由于各學(xué)科的獨立性，忽略了學(xué)科之間的兼容與互補，各學(xué)科各自為戰(zhàn)，限制了學(xué)生跨學(xué)科的思維與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。根據(jù)學(xué)校自身的情況和實驗條件，從2001年自己編寫大學(xué)物理實驗指導(dǎo)書開始，不斷完善，不斷地對實驗教材進行修改，根據(jù)學(xué)校的實驗室情況和學(xué)生的能力水平以及教學(xué)大綱要求，于2008年在黑龍江省教育出版社出版了適合本校學(xué)生使用的《大學(xué)物理實驗》教材。為了適應(yīng)“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”要求，于2011年在北京郵電大學(xué)出版社公開出版了《大學(xué)物理實驗》教材，該教材根據(jù)教學(xué)大綱和學(xué)校多年發(fā)展的要求打破了以往力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)、近現(xiàn)代物理實驗順序，按照基礎(chǔ)實驗、綜合實驗、設(shè)計實驗進行分類，達到符合“中國特色應(yīng)用技術(shù)大學(xué)”模式要求的實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)教學(xué)體系。這種新體系的建立，不但培養(yǎng)了學(xué)生的實驗素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，而且使學(xué)生在實驗研究方法、實驗設(shè)計思想等方面得到了提高和升華[2]。

在學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案的指導(dǎo)下，改變以往陳舊的教學(xué)方法，建立教學(xué)以學(xué)生為本，教師為學(xué)而教的教學(xué)思想，幫助和促進學(xué)生獨立地完成物理實驗?zāi)芰Φ奶岣?，激發(fā)學(xué)生的積極性和主動性，使其形成強烈的學(xué)習(xí)動機和興趣。通過調(diào)整使得學(xué)生能夠更加系統(tǒng)地掌握物理理論知識，進一步加強了解近現(xiàn)代科技進步成果，充分利用學(xué)校對實驗室投入的新的、先進的、符合現(xiàn)代物理實驗教學(xué)的儀器設(shè)備，讓學(xué)生學(xué)會使用新的實驗儀器、工具以及新的實驗手段測試各種物理量，而且在實驗中教師和學(xué)生嚴格執(zhí)行實驗室的管理和實驗操作規(guī)范，盡量避免實驗儀器的損壞，做到規(guī)范使用、操作、愛護實驗設(shè)備，在教與學(xué)中不斷提高學(xué)生自身的動手能力和實驗素養(yǎng)。在實驗內(nèi)容教學(xué)改革實踐中，建立實驗內(nèi)容的連續(xù)性、科學(xué)性體系，使傳統(tǒng)實驗的進一步拓展與現(xiàn)代科技發(fā)展和工程應(yīng)用相聯(lián)系，把以學(xué)生為中心，教師為輔導(dǎo)者作為目標(biāo)，根據(jù)現(xiàn)有的實驗設(shè)備和實驗環(huán)境，進一步發(fā)掘創(chuàng)建一些綜合性，設(shè)計性，創(chuàng)新性的實驗內(nèi)容，創(chuàng)建不同的實驗教學(xué)模式情景，使學(xué)生帶著問題來完成實驗。例如：在邁克爾干涉實驗中加入光纖傳輸技術(shù)，并要求對鈉黃光雙線進行測量；在惠斯登電橋試驗中加入對發(fā)光二極管特性曲線的測量；使學(xué)生了解現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)；在不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)測量試驗中通過測試不同保溫建筑材料的導(dǎo)熱系數(shù)，來驗證保溫材料的技術(shù)指標(biāo)可靠性，從而啟發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力。教師在教與學(xué)的過程中不斷更新自身的知識，增強其前瞻性和創(chuàng)新性，通過加強自身的知識儲備保持教學(xué)內(nèi)容和思想的先進性和實驗內(nèi)容的優(yōu)化性[3]。

總之，通過轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體，以能力培養(yǎng)為第一要務(wù)，以學(xué)以致用為目標(biāo)，注重實驗內(nèi)容和現(xiàn)代科技以及生活實際的聯(lián)系，在實驗中不斷踐行“以人為本”的教育理念，“以學(xué)生為中心”的教育主體觀，“以能力為中心”的教育質(zhì)量觀，“以強素質(zhì)為中心”的人才培養(yǎng)觀。只有這樣，才能培養(yǎng)出適應(yīng)地方應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移的復(fù)合型人才。

2.2與專業(yè)相結(jié)合的實驗選課的改革與實踐

根據(jù)地方工科院校人才培養(yǎng)方案要求，加強與專業(yè)相結(jié)合的物理實驗的選課制度改革，一方面有力地推動了學(xué)校教學(xué)試點的整體改革，為基礎(chǔ)實驗到專業(yè)實踐教學(xué)的改革提供了思路；另一方面大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為學(xué)生的個性發(fā)展在時間和空間上提供了寬松的環(huán)境[5]。按照全校理工科專業(yè)分成三個“大類專業(yè)”模塊，在每個模塊的實驗學(xué)時不同的情況下對實驗內(nèi)容和實驗要求做出相應(yīng)的調(diào)整，來滿足各院系不同專業(yè)對大學(xué)物理實驗的要求，建立不同的教學(xué)大綱和教學(xué)計劃，打破以往的全校學(xué)生統(tǒng)一的教學(xué)模式，從而更能體現(xiàn)專業(yè)相關(guān)聯(lián)的重要性。打破以往的物理實驗室的封閉性，積極探索基本實驗與開放實驗的相互結(jié)合，形成全新的“半開放式”教學(xué)新模式，既滿足學(xué)生的基本實驗的和基本實驗儀器的操作使用技能，也能充分利用實驗室的現(xiàn)有資源調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。加強設(shè)計性試驗和相關(guān)性實驗，例如：利用楊氏模量實驗測試結(jié)構(gòu)力學(xué)模型的彈變模量和應(yīng)變模量來分析不同設(shè)計方法的抵抗外力的能力；用霍爾效應(yīng)實驗測試電機線圈的磁感應(yīng)強度；在邁克遜干涉儀測激光波長中加入光纖傳導(dǎo)，既改善了激光能量的損失，也讓學(xué)生更多地了解現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)；利用測不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)實驗去測試不同化學(xué)保溫材料的保溫性能；用液體表面張力實驗去測試不同酒精濃度的白酒張力系數(shù)，根據(jù)張力系數(shù)的規(guī)律性變化去驗證各種白酒的酒精度數(shù)；學(xué)會用示波器測聲速、測磁介質(zhì)和鐵磁質(zhì)磁滯回線和磁化曲線等等[6]。

總而言之，根據(jù)不同專業(yè)的學(xué)生，去對應(yīng)不同的實驗內(nèi)容的設(shè)置給學(xué)生提出思路，充分調(diào)動學(xué)生的主動性，增加研究性的機會，從而培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)大學(xué)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和實驗素養(yǎng)。

2.3理論和實踐相聯(lián)系的實驗課程考核方法的改革與實踐

改變以往的物理實驗以基礎(chǔ)實驗占80%的考核方式，變成實驗成績由基礎(chǔ)實驗和開放設(shè)計性試驗各占45%的評分方法，對提出合理性建議的、有創(chuàng)新方法的、有成功樣品制作的學(xué)生，根據(jù)貢獻程度給予不同的加分。另外，每學(xué)期根據(jù)學(xué)生的選課內(nèi)容，期末增添一次實際操作考核(是必選內(nèi)容，由學(xué)生抽簽決定自己考試內(nèi)容)，主要考核學(xué)生平時實驗的基本操作技能，該考核以提高學(xué)生的實驗素養(yǎng)為目的，占總成績的10%。通過操作考試的考核方式，既從實際動手能力和創(chuàng)新能力方面考察了學(xué)生，又突出了學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，激發(fā)了學(xué)生在實驗中學(xué)習(xí)的積極性和主動性，取得了良好的效果[7]。

總之，充分發(fā)揮了學(xué)生的積極性和主動性，從以往的“要我做”到現(xiàn)在“我要做”轉(zhuǎn)變到應(yīng)用技術(shù)人才的培養(yǎng)思想模式，從預(yù)習(xí)到實驗整個過程都激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，在研究和探索、動手和創(chuàng)新方面在教學(xué)效果上取得了較大的提高。

2.4完善實驗教學(xué)方法的改革與實踐

學(xué)校實驗室從2004年建設(shè)了大學(xué)物理實驗室的開放物理實驗室計算機管理系統(tǒng)，方便學(xué)生對實驗課的選擇。對于各專業(yè)不同的物理實驗學(xué)時，建立了不同的選課要求，加強了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和積極性，通過大學(xué)物理實驗室“開放物理實驗室計算機管理系統(tǒng)”的不斷完善，逐步達到了對學(xué)生實驗成績的計算機管理，實施了教學(xué)工作和儀器設(shè)備計算機網(wǎng)絡(luò)化管理。將理論教學(xué)、實驗設(shè)計、計算機仿真實驗、多媒體技術(shù)和計算機采集處理實驗數(shù)據(jù)等現(xiàn)代科技手段應(yīng)用于實驗教學(xué)，給實驗教學(xué)注入時代發(fā)展的活力，讓學(xué)生更好地掌握現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生運用物理思想，建立物理模型和設(shè)計實驗的創(chuàng)新意識與能力。利用模擬仿真的實驗方法在物理網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和實驗多媒體教學(xué)中設(shè)立動畫演示實驗室，解決了很多無法觀察的物理現(xiàn)象和實驗室現(xiàn)有條件的制約的物理實驗，得到了良好的物理結(jié)果和物理實驗規(guī)律的驗證，例如：光的干涉、衍射、偏振等。為了充分發(fā)揮學(xué)生的動手能力，在教師的帶領(lǐng)下選擇自己設(shè)計實驗內(nèi)容，選擇仿真物理器件，自己組裝和調(diào)試，得到仿真結(jié)果，例如極端放電；雅格布天梯實驗；橫波與縱波；電風(fēng)；多普勒效應(yīng)；渦流等[8]。

通過不斷的探索和完善教學(xué)新方法，來最大程度地挖掘?qū)W生的聰明才智，增強學(xué)生對物理實驗的興趣和實驗?zāi)芰Γㄟ^獨立完成的設(shè)計性實驗，培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考、分析和解決問題的能力，也培養(yǎng)了應(yīng)用技術(shù)大學(xué)學(xué)生的創(chuàng)新意識和對學(xué)好專業(yè)技能的渴望。

2.5選擇優(yōu)秀的實驗團隊和指導(dǎo)實驗教師去其他高校、企業(yè)單位、科研機構(gòu)專業(yè)實驗室交流

打破傳統(tǒng)模式，積極主動和其他院校或相關(guān)單位聯(lián)系，進一步了解當(dāng)前的知識發(fā)展信息，學(xué)習(xí)更先進的實驗教學(xué)方法，將更有特色的優(yōu)秀實驗教學(xué)模式和教學(xué)理念傳授給學(xué)生，提高學(xué)校畢業(yè)生未來在社會的影響力，從而達到社會對學(xué)校的認可和宣傳作用。通過物理實驗與專業(yè)實驗相結(jié)合的實踐和探索，我們不斷把大學(xué)物理實驗室和專業(yè)實驗室進行相互結(jié)合，使學(xué)生認識到物理實驗的重要性與專業(yè)實驗相結(jié)合的連續(xù)性。這需要物理實驗教師的正確引導(dǎo)和加強專業(yè)實驗室的基本知識，我們物理實驗室通過不斷地探索，與專業(yè)實驗室的學(xué)習(xí)和交流，掌握了很多物理實驗和專業(yè)實驗相聯(lián)系的切入點。例如：光學(xué)實驗和測繪工程學(xué)院的水準儀、經(jīng)緯儀、全站儀相聯(lián)系；電磁學(xué)實驗和電子系的專業(yè)實驗室相聯(lián)系；力學(xué)實驗和工程力學(xué)和材料力學(xué)實驗室相聯(lián)系等[9]。

總之，創(chuàng)新教育的培養(yǎng)是應(yīng)用技術(shù)大學(xué)發(fā)展重要組成部分，需要一個可持續(xù)發(fā)展的物理實驗教學(xué)體系，加強和專業(yè)實驗室相結(jié)合以及相關(guān)的生產(chǎn)企業(yè)的聯(lián)系，給學(xué)生營造循序漸進階梯型的實驗環(huán)境和學(xué)習(xí)氛圍，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激勵學(xué)生個性發(fā)展。

3結(jié)束語

物理實驗教學(xué)是培養(yǎng)具備現(xiàn)代科技素質(zhì)的高質(zhì)量高層次創(chuàng)新人才的重要實踐環(huán)節(jié)，如何建立一種適合當(dāng)代科技發(fā)展的實驗教學(xué)新體系，能夠滿足各層次學(xué)生學(xué)習(xí)需要，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和能力，是目前高等院校教育教學(xué)改革面臨的問題之一。通過物理實驗教學(xué)體系改革與實踐，培養(yǎng)學(xué)生堅實的實驗科學(xué)基礎(chǔ)、勇于探索的創(chuàng)新思維、堅忍不拔的奮斗精神，更好的促進學(xué)生做實驗的主動性很積極性[10]。如何在國家建設(shè)“中國特色應(yīng)用技術(shù)大學(xué)”契機的基礎(chǔ)上，根據(jù)我校“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”人才培養(yǎng)方案的具體要求，在教學(xué)中不斷推進物理實驗教學(xué)的改革與實踐，提高學(xué)生實驗素養(yǎng)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)，建立物理實驗教學(xué)新體系，本著理論聯(lián)系實際的前提下，在我們今后工作中將不斷完善和進行新的創(chuàng)新。

參考文獻

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[責(zé)任編輯：路曉鴿]

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(本刊編輯部)

Teaching of physics experiment based on experimental literacy and innovative capacity

ZHAO Shujun，LI Bin

(College of Electronic and Information Engineering,Heilongjiang Institute of Technology，Harbin 150050，China)

Abstract：University physics experiment teaching is an important part of developing the student experimental literacy and innovative capacity, which is an important component of developing high quality, high capacity talents that can meet the needs of modern science and technology development and engineering. In order to inspire the sudents’ initiative, enhance their interest in learning, and promote the development of personality, based on the conjunction with national “excellent engineer education and training plan”, this paper proposes a physics experiment teaching system, and makes preliminary reform and practice on planning and using laboratory resources in the teaching process, then provides a new system of college physics experiment that adaptes to the students’ experimental literacy and innovative capacity.

Key words：applied technology; experimental literacy; innovative capacity; teaching system

中圖分類號：G642.423

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-4679(2016)01-0070-04

作者簡介：趙樹軍(1970-)，男，副教授，研究方向：大學(xué)物理教學(xué).

基金項目：2014年黑龍江省教育廳規(guī)劃課題(GBC121405)

收稿日期：2015-09-09