打造“創(chuàng)新”型基礎(chǔ)物理實驗

陳水橋，李海洋，陳洪山，陳紅雨，鮑德松

(浙江大學(xué) 物理學(xué)系，浙江 杭州310027)

0 引 言

物理實驗中心遵循“以人為本，整合培養(yǎng)，求是創(chuàng)新，追求卓越”的教學(xué)理念。通過全體師生的共同努力實現(xiàn)了“學(xué)生選課自主化，教師隊伍層次化，教學(xué)方法多元化，實驗內(nèi)容多樣化，實驗管理規(guī)范化”的教學(xué)改革思路，取得了較好的成效。

1 實驗中心現(xiàn)狀

(1) 學(xué)生選課自主化。中心特別注重學(xué)生的自主選課系統(tǒng)建設(shè)［1］，主要表現(xiàn)在:選實驗自主化，實驗內(nèi)容分必做和選做兩部分，必做實驗占4%，選做實驗占96%，學(xué)生可以根據(jù)自己愛好自由選擇大部分實驗內(nèi)容;實驗預(yù)習(xí)自主化，中心鼓勵學(xué)生上網(wǎng)預(yù)習(xí)，既節(jié)省了學(xué)生預(yù)習(xí)時間，又拓寬了預(yù)習(xí)方式;中心開設(shè)了開放性實驗室，學(xué)生可以在任意時間段來做實驗，不受時間、空間限制［2-3］。

(2) 教師隊伍層次化。物理實驗中心把教師隊伍根據(jù)實驗內(nèi)容進行層次化分類，把教師根據(jù)自身能力和特長分成幾個層次，讓每位老師找到合適的位置［4］。這些層次因為是根據(jù)實驗內(nèi)容來分類的，所以分別稱做:研究型課題層、SRTP 項目層、綜合設(shè)計層、基礎(chǔ)層。層次化的教師隊伍明顯地提升了教學(xué)質(zhì)量。

(3) 教學(xué)方法多元化。中心建立起了“啟發(fā)式、自主式和開放式”教學(xué)新體系。以實驗內(nèi)容為中心的“分層次、多模塊”教學(xué)方法是根據(jù)學(xué)生要求、教師隊伍建設(shè)需要和實驗室發(fā)展的需求而提出來的教學(xué)方法［5］。主要包括:網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)平臺、立體化實驗室、開放化儀器平臺和無紙化自測考試系統(tǒng)。

(4) 實驗內(nèi)容多樣化。根據(jù)“啟發(fā)式、自主式和開放式”教學(xué)新體系，對物理實驗教學(xué)內(nèi)容進行了大膽改革，針對性地開設(shè)了“大學(xué)物理實驗”、“普通物理實驗ⅠⅡ”、“物理學(xué)實驗ⅠⅡⅢ”、“大學(xué)物理及實驗”四大類本科生實驗課程，以及“現(xiàn)代物理實驗”研究生實驗課程。其中本科生實驗共有97 個，包括基礎(chǔ)實驗26 個，綜合、設(shè)計型實驗71 個(課題實驗31 個)，研究生實驗有18 個，還有一系列開放和演示實驗［6］。

(5) 實驗管理規(guī)范化。中心實行“模塊式”管理體系。把整個實驗中心的管理系統(tǒng)分成四大模塊:日常管理模塊，實驗管理模塊，教師管理模塊和學(xué)生管理模塊。分別由1 位中心主任和3 位中心副主任負責。其中日常管理模塊包括設(shè)備管理、信息管理和實驗中心建設(shè);實驗管理模塊包括基礎(chǔ)物理實驗室、綜合開放實驗室和近代物理實驗室;教師管理模塊包括排課、培訓(xùn)等;學(xué)生模塊包括選課系統(tǒng)和考試系統(tǒng)。

2 構(gòu)建實驗教學(xué)新體系

物理實驗中心建立起了“啟發(fā)式、自主式和開放式”教學(xué)新體系(見圖1)。

圖1 教學(xué)體系結(jié)構(gòu)圖

(1) 重點對課程內(nèi)容和實驗指導(dǎo)書進行了改革。根據(jù)“啟發(fā)式、自主式和開放式”教學(xué)新體系，實驗中心對物理實驗教學(xué)課程進行了大膽的改革，針對性地開設(shè)了“大學(xué)物理實驗”、“普通物理實驗ⅠⅡ”、“物理學(xué)實驗ⅠⅡⅢ”、“大學(xué)物理及實驗”和“現(xiàn)代物理實驗”五大類本科生課程［7］。其中“普通實驗Ⅱ”和“物理學(xué)實驗Ⅲ”也稱研究型課題實驗。由于實驗中心儀器設(shè)備更新率很高，實驗內(nèi)容經(jīng)常根據(jù)需求轉(zhuǎn)變，如招生模式從過去的分專業(yè)變成現(xiàn)在的大類招生等，所以中心每年都要更新實驗教材內(nèi)容，以適應(yīng)學(xué)校的發(fā)展需求。一本固定的教材是滿足不了實驗室的建設(shè)需求的，所以實驗中心根據(jù)課程內(nèi)容系統(tǒng)化地建設(shè)了各類實驗指導(dǎo)書，作為學(xué)生的實驗教材［8］。新編的實驗教材有:《普通物理實驗》，《物理課題實驗》，《光學(xué)開放實驗指導(dǎo)書》，《大學(xué)物理實驗》，《現(xiàn)代物理實驗》。

(2) 開設(shè)特色實驗課程。中心為了培養(yǎng)高水平，具有創(chuàng)新精神的研究型人才，專門成立了求是科學(xué)班實驗課程。“求是科學(xué)班”是依據(jù)教育部面向高校推出的基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)計劃，“求是科學(xué)班”就是培養(yǎng)基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域的，能耐得住寂寞、潛心于科學(xué)研究的，以科學(xué)研究為終身職業(yè)的人才。在求是科學(xué)班做實驗的學(xué)生都將按照“高、精、尖”的培養(yǎng)模式，實施課程精、深、通的研究型實驗教學(xué)。求是科學(xué)班實行開放制，所有實驗課程都有教授擔綱。帶隊導(dǎo)師全部都是長江學(xué)者或教學(xué)名師。學(xué)生至少主持一項SRTP(大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃)，并在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，參加一項科研項目，完成研究論文。開設(shè)具有大類學(xué)生特色的物理課題實驗課程:物理課題實驗基于學(xué)生SRTP 項目的課題內(nèi)容，學(xué)生以論文形式提交成果。課題實驗課程難度高，形式靈活，內(nèi)容多樣，一般一個課題需要花2 個短學(xué)期的時間完成，最后以答辯的方式來考查學(xué)生的完成情況。

3 改革教學(xué)方法和教學(xué)手段

為適應(yīng)大類學(xué)生的需求，實驗中心對實驗教學(xué)方法和手段有針對性的進行了大膽的改革。以實驗內(nèi)容為中心的“分層次、多模塊”教學(xué)方法是根據(jù)學(xué)生要求、教師隊伍建設(shè)需要和實驗室發(fā)展的需求而提出來的教學(xué)方法。真正實現(xiàn)了“教師—實驗—學(xué)生”一體化，見圖2。

圖2 “教師—實驗—學(xué)生”一體化圖

實驗中心運用“啟迪式”的教學(xué)手段，解決了以往單一的“說教式”教學(xué)手段。“啟迪式”教學(xué)手段主要是想盡辦法為學(xué)生提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，實現(xiàn)學(xué)生實驗預(yù)習(xí)和操作的多途徑化，其教學(xué)手段見圖3。

圖3 多途徑化啟發(fā)式教學(xué)手段

其中，網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)手段主要通過實驗中心網(wǎng)站，上傳教學(xué)課件、教學(xué)多媒體和虛擬實驗等，讓學(xué)生在網(wǎng)上自主預(yù)習(xí)，獲取實驗相關(guān)知識。立體化教學(xué)手段，通過實驗室內(nèi)儀器掛圖、多媒體播放、實驗課件、實驗介紹板向?qū)W生展示該實驗的全方位信息，讓學(xué)生在實驗室內(nèi)做實驗時多一些相關(guān)實驗信息的來源和渠道。開放化教學(xué)手段讓學(xué)生可以在非實驗課時間段來開放實驗室做自己喜歡的實驗內(nèi)容。無紙化教學(xué)手段，學(xué)生可以對自己所學(xué)實驗內(nèi)容在網(wǎng)上自測考試系統(tǒng)內(nèi)進行隨時自測，從而達到查漏補缺的效用。

4 強化實驗教師隊伍建設(shè)

4.1 依托一級學(xué)科建設(shè)實驗指導(dǎo)教師隊伍

物理實驗教學(xué)中心，依托浙江大學(xué)物理學(xué)一級學(xué)科博士點和博士后流動站，理論物理、凝聚態(tài)物理兩個國家重點學(xué)科，光學(xué)、等離子體物理兩個浙江省重點學(xué)科，理科和物理工科課程兩個國家人才培養(yǎng)基地的雄厚的教學(xué)人才隊伍，堅持“以人為本，整合培養(yǎng)，求是創(chuàng)新，追求卓越”人才培養(yǎng)理念，取得了長足的發(fā)展［9-10］。

4.2 建設(shè)層次化實驗教師隊伍

每位教師都有自己的特點，根據(jù)自己的特點來從事或選擇實驗內(nèi)容才能促進實驗課程的良好發(fā)展，也更能很好地為學(xué)生服務(wù)。所以實驗中心給每位參與的老師根據(jù)自己的特點自主選擇實驗內(nèi)容的機會，而不是以前的指派方式。中心根據(jù)教師自身能力和特長分成幾個層次［11］見圖4，讓每位教師找到合適的位置，找到能最大發(fā)揮能力的地方。層次化的教師隊伍大大提升了教學(xué)質(zhì)量，也更能使教師在實驗教學(xué)中工作自如。

圖4 層次化教師隊伍建設(shè)

4.3 依托新的崗位聘任制優(yōu)化實驗教師結(jié)構(gòu)

實驗中心為了便以管理教師隊伍，把教師按照實驗室管理方法分成了基礎(chǔ)實驗室隊伍、綜合開放實驗室隊伍和近代物理實驗室隊伍，共計56 人。制定了合理的崗位聘任制度，保證了實驗教師隊伍健康成長。實驗中心根據(jù)“實驗人員崗位聘任實施辦法”進一步細化了實驗教師隊伍，保證了實驗教師隊伍的良好建設(shè)。實驗教學(xué)中心現(xiàn)有教師、實驗技術(shù)與管理人員共56 人，其中高級職稱38 人，中級職稱10 人，院士1人，教授28 人，副教授5 人，博士學(xué)歷29 人，碩士學(xué)歷5 人。合理的隊伍結(jié)構(gòu)促進了實驗教學(xué)的發(fā)展。

(1) 重視教師隊伍培訓(xùn)。實驗室非常重視實驗人員培訓(xùn)和參加各種會議，經(jīng)常組織實驗中心教師外出交流或培訓(xùn)，不斷提高教師的業(yè)務(wù)水平，吸取國內(nèi)外先進實驗技術(shù)和實驗方法［12］。

(2) 組建高校大學(xué)物理實驗教學(xué)協(xié)助組。為發(fā)揮物理實驗中心的示范作用，提高在杭高校大學(xué)物理實驗教學(xué)質(zhì)量，促進在杭各高校物理實驗的建設(shè)，召開了由浙江大學(xué)、浙江工業(yè)大學(xué)發(fā)起并組織的“在杭高校大學(xué)物理實驗教學(xué)協(xié)助組成立大會”。協(xié)助組進行了在杭高校大學(xué)物理實驗教學(xué)協(xié)作網(wǎng)的建設(shè)，建設(shè)了浙江省在杭高校大學(xué)物理實驗試題題庫，初步開展在杭高校大學(xué)物理實驗資源共享，進一步加深各高校之間交流協(xié)作、合作，深化了物理實驗教學(xué)改革，及物理實驗室建設(shè)，創(chuàng)新性實驗的模式和標準，并探討了各院校大學(xué)物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀比較等情況［13］。

5 建立“開放、正確、合理”的信息平臺

建立“開放、正確、合理”的軟件信息平臺是我們物理實驗中心建設(shè)的目標之一。因此實驗中心建設(shè)了“一站式，平臺型”實驗中心網(wǎng)站，主要包括日常信息公布平臺，學(xué)生選課平臺，成績評定平臺，師生交流平臺，實驗演示平臺(虛擬實驗、課件、多媒體播放)，實驗信息平臺和課程建設(shè)平臺。為學(xué)生、教師和其他需求人員提供開放、正確、合理的信息支持。網(wǎng)站地址:10.71.23.61，每年點擊的學(xué)生人數(shù)約5 000 多，每年點擊量約20 萬人次。

立體化實驗室建設(shè)是針對學(xué)生實驗需求的一個硬件信息平臺，其主要內(nèi)容包括儀器掛圖、多媒體播放、實驗課件、實驗介紹板等。立體化實驗教學(xué)信息平臺向?qū)W生展示了每個實驗的全方位實驗信息，讓學(xué)生在實驗室內(nèi)做實驗時增加了實驗信息渠道，使學(xué)生做實驗時更加得心應(yīng)手。

6 建設(shè)“模塊式”實驗室管理系統(tǒng)

物理實驗中心的四大“模塊式”管理系統(tǒng)中，日常管理系統(tǒng)采用一體化運行機制，實驗管理系統(tǒng)采用開放式運行機制，教師隊伍管理系統(tǒng)采用崗位聘任制運行機制，學(xué)生管理系統(tǒng)采用自主性選課運行機制［14］。

(1) 日常管理系統(tǒng)。采用“自上而下，分級管理”的一體化運行機制，實行“主任負責制，副主任分管制，室主任落實制和管理人員承包制”。每個實驗室都布置了安全提示、規(guī)則制度表、實驗介紹提示板。

(2) 實驗管理系統(tǒng)。采用開放式運行機制，主要包括網(wǎng)絡(luò)開放，選課開放，實驗開放。學(xué)生可以從多渠道來了解和進入物理實驗中心。每年進入開放室自由選做實驗的學(xué)生人數(shù)約5 000 人次。

(3) 教師隊伍管理系統(tǒng)。采用崗位聘任制運行機制，學(xué)校特別重視實驗中心的隊伍建設(shè)，考慮到實驗人員是學(xué)校里的弱勢群體，在崗位要求，職稱評定，經(jīng)費劃撥等方面都有特別照顧。當然學(xué)生對實驗教師的要求也更高，比如每次實驗，學(xué)生都要對每位老師進行評分。學(xué)校每年都對實驗課程考評。

(4) 學(xué)生管理系統(tǒng)。采用自主性選課運行機制，學(xué)生管理系統(tǒng)主要指學(xué)生選課系統(tǒng)。實驗中心實行“啟迪式”教學(xué)手段，真正做到了學(xué)生自主選課，師生雙向選擇［15］。

7 特 色

(1) 打造‘創(chuàng)新’型基礎(chǔ)物理實驗。實驗中心遵循“以人為本，整合培養(yǎng)，求是創(chuàng)新，追求卓越”的教學(xué)理念，開設(shè)了“大學(xué)物理實驗”、“普通物理實驗ⅠⅡ”、“物理學(xué)實驗ⅠⅡⅢ”、“大學(xué)物理及實驗”、“現(xiàn)代物理實驗”五大類課程，通過全體師生的努力，實現(xiàn)了“學(xué)生選課自主化，教師隊伍層次化，教學(xué)方法多元化，實驗內(nèi)容多樣化，實驗管理規(guī)范化”的教學(xué)思路。提升了實驗室的創(chuàng)造力。實驗中心構(gòu)建了“啟發(fā)式、自主式和開放式”教學(xué)新體系，使實驗中心面目一新。

(2) 創(chuàng)建了具有浙大特色的求是科學(xué)班實驗課

程。浙江大學(xué)物理實驗中心為了培養(yǎng)高水平，具有創(chuàng)新精神，研究型人才，專門成立了求是科學(xué)班實驗課程。在求是科學(xué)班做實驗的學(xué)生都將按照“高、精、尖”的培養(yǎng)模式，實施課程精、深、通的研究型實驗教學(xué)。堅持“以人為本，整合培養(yǎng)，求是創(chuàng)新，追求卓越”人才培養(yǎng)理念，取得了長足的發(fā)展。求是科學(xué)班實行開放制，所有實驗課程都有教授擔綱。帶隊導(dǎo)師全部都是長江學(xué)者或教學(xué)名師。學(xué)生至少主持一項SRTP(大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃)，并在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，參加一項科研項目，完成研究論文。

(3) 創(chuàng)建“現(xiàn)代物理實驗”課程。該課程主要特點是，全程導(dǎo)師制，采用個性化、國際化培養(yǎng)方案、主要由教授講授實驗課。它的主要目標是打造一批創(chuàng)新型人才。各個實驗項目各具特色，實用性強，保障了各二級學(xué)科人才培養(yǎng)目標的需求。提倡學(xué)生對本專業(yè)及相關(guān)學(xué)科均有所了解，學(xué)生可結(jié)合自己論文課題自主選擇實驗項目，為學(xué)生出高水平科研成果打好基礎(chǔ)。

(4) 開設(shè)“研究型課題實驗”傳統(tǒng)特色課程。該課程特色明顯，成果顯著，實驗中心專項經(jīng)費資助、基于學(xué)生SRTP 項目的課題內(nèi)容、學(xué)生以論文形式提交成果。近五年，基于該課程，已經(jīng)指導(dǎo)學(xué)生申請并完成了5 個國創(chuàng)項目、13 個省創(chuàng)項目和21 個SRTP 項目，指導(dǎo)本科生發(fā)表了34 篇文章，發(fā)表了3 篇關(guān)于課題實驗建設(shè)方面的文章和5 篇會議論文，主編了1 本“物理課題實驗”指導(dǎo)講義，并在國內(nèi)多個會議上介紹。

(5) 建立長效的學(xué)生成績評分體系。物理實驗課程作為全校本科生的必修課，其地位不言而喻，所以實驗中心特別重視學(xué)生成績評定。結(jié)合學(xué)校實行大類招生后學(xué)生選擇專業(yè)與課程考試成績相關(guān)的特點，實驗中心對學(xué)生成績的評定進行了改革:①全面開放實驗，學(xué)生可以根據(jù)自己今后專業(yè)發(fā)展志向，有目的的選擇實驗和指導(dǎo)老師。②每位教師依據(jù)學(xué)生在每次實驗課中的表現(xiàn)和實驗后的報告給出實驗成績。③實行教師跟實驗的方法，替代過去的教師跟班制，所以學(xué)生的成績是取自于多位教師的評分，避免教師間給分的不平衡。受到了學(xué)生的好評。④學(xué)生最終實驗成績由平時成績和筆試成績相加的方法給定。同時，學(xué)生對每位教師和對應(yīng)的實驗也進行評分，這些措施較好地促進了教學(xué)質(zhì)量的提高。

8 結(jié) 語

物理實驗中心提出了“打造‘創(chuàng)新’型基礎(chǔ)物理實驗，創(chuàng)建‘示范’型實驗教學(xué)中心”的口號，將實驗基本技能、技術(shù)與綜合設(shè)計能力、研究能力的培養(yǎng)貫串于整個實驗教學(xué)過程中，構(gòu)建了具有自己特色的實驗內(nèi)容、先進的實驗技術(shù)，并以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)的分層次、模塊化、全面開放的物理實驗教學(xué)方法。中心經(jīng)過近幾年的探索和不斷完善，已經(jīng)積累了較豐富的經(jīng)驗，形成了具有自己特色的實驗教學(xué)體系和管理模式，教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段，實驗室發(fā)展思路明確，改革力度深，在全國高校起到了良好的示范作用。

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