卓越工程師計劃對大學(xué)物理實驗教學(xué)改革的影響

何永凡， 周 紅， 李玉龍

(成都大學(xué)電子信息學(xué)院，四川成都610106)

0 引言

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”(簡稱“卓越計劃”)是貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》的重大改革項目，也是促進(jìn)我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措，旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強國戰(zhàn)略服務(wù)，對促進(jìn)高等教育面向社會需求培養(yǎng)人才，全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量具有十分重要的示范和引導(dǎo)作用［1］。目前，我國開設(shè)工科專業(yè)的本科高校1003所，占本科高校總數(shù)的90%;高等工程教育的本科在校生達(dá)到371萬人，研究生47萬人。該計劃對促進(jìn)高等教育面向社會需求培養(yǎng)人才，全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要的示范和引導(dǎo)作用。成都學(xué)院(以下簡稱“我校”)是“卓越計劃”試點的地方應(yīng)用型本科院校之一。“卓越計劃”具有3個特點:①行業(yè)企業(yè)深度參與培養(yǎng)過程;②學(xué)校按通用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)工程人才;③強化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力［2］。“大學(xué)物理實驗課程”課程是目前理工類院校普遍開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程是一門創(chuàng)新性和實踐性較強的課程，既強調(diào)知識的綜合性、實用性，又強調(diào)創(chuàng)新能力、綜合分析和解決生產(chǎn)實踐問題的能力，這也是“卓越工程師”培養(yǎng)計劃所要求的。本文分析“大學(xué)物理實驗課程”課程的教學(xué)現(xiàn)狀，并進(jìn)一步提出相應(yīng)的改革措施。

1 “大學(xué)物理實驗課程”課程教學(xué)現(xiàn)狀

(1)學(xué)生的應(yīng)用能力差，創(chuàng)新意識淡薄。大學(xué)物理實驗作為系統(tǒng)培訓(xùn)學(xué)生實驗技能和實驗方法的開端，特別強調(diào)應(yīng)用，但是現(xiàn)在有相當(dāng)一批學(xué)生學(xué)習(xí)很被動，沒有養(yǎng)成實驗動手的習(xí)慣，所以解決實際問題沒有章法，沒有知識應(yīng)用能力，更沒有創(chuàng)新的欲望，教師教什么，學(xué)生學(xué)什么。

(2)實驗實施問題較多。我校的各院系各專業(yè)開設(shè)相同的物理實驗內(nèi)容，課程設(shè)置沒有針對性，專業(yè)特點不突出;實驗內(nèi)容單一，驗證性實驗過多，設(shè)計性和綜合性實驗較少，缺乏吸引力，不利于發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力;教師對實驗過程的引導(dǎo)和控制不夠，學(xué)生蒙混過關(guān)現(xiàn)象較普遍;實驗儀器數(shù)量有限，部分學(xué)生沒有動手實踐的機會;實驗的考核體系不科學(xué)，評價的主要依據(jù)是實驗報告，產(chǎn)生重報告，輕操作的認(rèn)識。

2 “大學(xué)物理實驗課程”教學(xué)改革措施

2.1 性能測試實驗與開放設(shè)計性實驗相結(jié)合

如何在學(xué)時不變的前提下，在充分掌握主要的教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，能讓學(xué)生結(jié)合專業(yè)特點和優(yōu)勢選擇自己專業(yè)相關(guān)的實驗內(nèi)容，針對這個問題，我們將實驗內(nèi)容分為了性能測試實驗、開放設(shè)計性實驗。同時將實驗內(nèi)容設(shè)置為必做實驗和選做實驗，必做實驗強調(diào)實驗的基本技能和實驗素質(zhì)，教師可做詳細(xì)講解，使學(xué)生了解實驗的基本步驟，為后續(xù)選做實驗提供基礎(chǔ);選做實驗強調(diào)“專業(yè)特色”和“創(chuàng)新”，由學(xué)生負(fù)責(zé)實驗方案的制定，實驗步驟的完成，而教師不做詳細(xì)介紹，主要負(fù)責(zé)實驗?zāi)康脑O(shè)定，實驗過程引導(dǎo)監(jiān)督以及實驗結(jié)果的檢查［3］。這樣在不增加學(xué)時的前提下增加了實驗內(nèi)容，也給了學(xué)生一定自主選擇權(quán)，讓學(xué)生能結(jié)合專業(yè)特點和愛好主動思考選題。比如針對電氣，自動化卓越班的學(xué)生，我們保留了惠斯通電橋，示波器使用，分光計的調(diào)整等一些實現(xiàn)基本技能為目的實驗，為該部分必做性能測試實驗外;將光電效應(yīng)，超聲聲速測量，音頻信號光纖傳輸，霍爾元件測磁場等能結(jié)合專業(yè)技術(shù)和特點的實驗設(shè)置為該部分的設(shè)計性的選做實驗，要求學(xué)生必須按照自己的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)完成選做實驗的項目，把專業(yè)特征目標(biāo)所規(guī)定的具體的知識、能力和素質(zhì)要求落實到具體的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中。這部分實驗學(xué)生以模擬的工程實際為背景，通過介紹(I)接受(T)應(yīng)用(U)，讓學(xué)生從不知道到知道，從知道到理解，從理解到應(yīng)用，從應(yīng)用到分析評價，從分析評價到創(chuàng)造，完成專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)實現(xiàn)的矩陣，讓學(xué)生在實踐中去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，得到書本上沒有的知識。［5］

2.2 不斷拓展課程的空間和時間

“卓越計劃”的大學(xué)物理實驗課程按計劃和教學(xué)進(jìn)度在課堂進(jìn)行教學(xué)，但對學(xué)生工程能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不應(yīng)局限于教室。可以通過利用多種空間、不同的時間進(jìn)行，我們從這方面入手，這部分實驗不設(shè)固定內(nèi)容，優(yōu)先邀請高年級學(xué)生做報告，介紹他們在大學(xué)生實踐創(chuàng)新訓(xùn)練項目和畢業(yè)設(shè)計中和大學(xué)物理實驗有關(guān)聯(lián)的內(nèi)容，發(fā)揮高低年級學(xué)生之間的易交流、易接受的榜樣作用。再補充以教師科研講座，介紹實驗知識在科研中的應(yīng)用，列舉一些與學(xué)生的專業(yè)或?qū)I(yè)知識相聯(lián)系的物理原理和實驗技術(shù)。如在做“霍爾元件測磁場”實驗時，可以對霍爾元件已發(fā)展為品種多樣的磁傳感器產(chǎn)品族的應(yīng)用作一些介紹。如:霍爾加速度傳感器，以測量汽車行駛時的縱向和橫向的加速度，霍爾壓力傳感器和微位移傳感器等，做“超聲聲速測量”實驗時，可以將空氣中聲速、引入到液體、固體中的聲速測量。將邁克爾遜干涉儀的應(yīng)用領(lǐng)域拓展到測量玻璃的折射率，融入光電技術(shù)測量微小位移量的相關(guān)實驗系統(tǒng)中去，以提高測量精度和拓寬應(yīng)用范圍。不同的實驗結(jié)合了不同的應(yīng)用，讓學(xué)生提前接住到與自己專業(yè)相關(guān)的物理原理和技術(shù)，使學(xué)生對于實驗知識在將來的工程應(yīng)用有更深入的認(rèn)識［5］。利用多種空間、不同的時間舉辦各樣的科創(chuàng)興趣小組，例如可以對廢舊儀器拆裝并進(jìn)行修理、或組合成新的實驗器具。促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步理解和了解儀器的設(shè)計和工作原理，提高學(xué)生動手能力。并組織學(xué)生開展知識技能競賽，把學(xué)科競賽作為實踐創(chuàng)新的有效載體，挑選一些有興趣和有潛力的學(xué)生參加一些大學(xué)生課外科技作品競賽，通過競賽提高學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力［8］。

2.3 采用“任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)方法

專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的矩陣采用介紹(I)接受(T)應(yīng)用(U)是獲得某一知識或能力的具體的三個環(huán)節(jié)，而“任務(wù)驅(qū)動”是實現(xiàn)矩陣的最好的一種教學(xué)方法，適用于學(xué)習(xí)操作類的知識和技能。“任務(wù)驅(qū)動”在教學(xué)過程中，將教學(xué)內(nèi)容圍繞著若干個實際問題展開，每個實際問題分配一個專門單元來解決，每個單元又分解成若干個任務(wù)。任務(wù)是教師制定、學(xué)生完成的，學(xué)生通過任務(wù)訓(xùn)練學(xué)習(xí)知識，所有任務(wù)完成后，通過任務(wù)組裝掌握應(yīng)用［10］。

為了加強實驗過程控制引導(dǎo)，完成專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的矩陣的三個環(huán)節(jié)。目前“任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)在我校開放設(shè)計性實驗的研究性學(xué)習(xí)活動中全面采用，我們將實驗過程分為幾個階段。

(1)確立實驗研究“任務(wù)”，選好課題。選題既要兼顧本學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，又要考慮到學(xué)生的年齡特點和身心發(fā)展特征，讓每個學(xué)生都能在適合自己發(fā)展水平的范圍內(nèi)得到發(fā)展。以學(xué)生已經(jīng)掌握的基本知識為前提，突出綜合性、探索性和創(chuàng)造性的特點創(chuàng)建一個實驗任務(wù);比如:(將邁克爾遜干涉儀的應(yīng)用拓展為設(shè)計性實驗，把測量玻璃的折射率為實驗課題的任務(wù):根據(jù)玻璃加入一條光路中產(chǎn)生光程差，造成中央條紋發(fā)生位移，設(shè)計實驗方案，測量玻璃折射率);

(2)學(xué)生根據(jù)已定的課題和所學(xué)的知識收集查閱相關(guān)資料，寫一份課題預(yù)案，(如用邁克爾遜干涉儀測量玻璃折射率實驗原理，理論計算公式，研究測量的方法)，指導(dǎo)老師根據(jù)實驗方案對實驗進(jìn)行調(diào)整，協(xié)助同學(xué)提供完成實驗任務(wù)的條件;指導(dǎo)學(xué)生明確實驗中要解決的問題或要測定的指標(biāo)，明確實驗思路，實驗原理，實驗方法，完善實驗方案;

(3)學(xué)生根據(jù)自己設(shè)計任務(wù)要求和實驗條件，組合出基本的實驗裝置流程，學(xué)生進(jìn)入實驗室后，教師根據(jù)實驗類型確定講解內(nèi)容(僅強調(diào)實驗要求和注意事項)，之后由學(xué)生根據(jù)實驗方案以小組為單位獨立完成實驗，得到實驗數(shù)據(jù)，教師檢查確認(rèn)。在這一過程中，教師對實驗過程進(jìn)行監(jiān)控，并對學(xué)生的實驗作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度，測定的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行打分。

(4)對實驗結(jié)果的精確度和誤差來源進(jìn)行分析與討論，寫出任務(wù)總結(jié)報。開放設(shè)計性實驗的研究性學(xué)習(xí)在一定程度上擺脫了驗證性實驗受到的各種限制，指導(dǎo)教師擁有較多的決定權(quán)，學(xué)生有較多的選擇權(quán)，因而教學(xué)方式及手段更靈活，彌補了在能力培養(yǎng)方面的種種不足。通過此活動讓學(xué)生在研究中實現(xiàn)工程能力和創(chuàng)新能力，具體體現(xiàn)是四會:會思考、會運用、會借鑒、會查資料［12］。

2.4 按照專業(yè)培養(yǎng)計劃方案構(gòu)造設(shè)計性試驗平臺

我校各理工科院系積極制定各自專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的培養(yǎng)計劃方案，作為學(xué)校不可或缺的大學(xué)物理實驗課程教學(xué)，我們可以為各專業(yè)的學(xué)生提供設(shè)計性試驗的平臺［14］，比如:(機械專業(yè)的學(xué)生可以力學(xué)的物理試驗儀器的改進(jìn)方面展示自己的專業(yè)，而電氣自動化的學(xué)生則在光學(xué)與電磁學(xué)試驗儀器的改進(jìn)方面一展身手，而物理實驗數(shù)據(jù)可以為軟件專業(yè)的學(xué)生提供實踐平臺)。

2.5 多樣性的實驗成績評定方式，促進(jìn)學(xué)生實驗?zāi)芰Φ奶岣?/h3>

建立合理科學(xué)、準(zhǔn)確有效、具有可操作性的考評辦法和考核制度，發(fā)揮考核對實驗教學(xué)的推動作用，調(diào)動學(xué)生的積極性，是提高物理實驗質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。為了避免學(xué)生產(chǎn)生了“重報告，輕操作”的現(xiàn)象，真實反映學(xué)生的實驗?zāi)芰Α?chuàng)新能力，實驗考核可以采取多種考核方式相結(jié)合的綜合評定方法，考核方式主要有:日常性能測試實驗考查，包括預(yù)習(xí)報告、實驗操作、實驗報告三個部分，占總成績的(60%)，，綜合性設(shè)計性實驗項目小論文的成績評定(40%)。綜合性和設(shè)計性實驗小論文，根據(jù)實驗方案的可行性和創(chuàng)新性、實驗結(jié)果的正確性和小論文的規(guī)范性等要素進(jìn)行集體講評和考核。由于考評方案具有多樣化特點，即兼顧了學(xué)生的三基的訓(xùn)練，同時也給學(xué)生提供了廣闊的思考空間和自由度［15］。

3 結(jié)語

“大學(xué)物理實驗課程”課程具有很強的綜合性和實踐性，應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生獨立思考，自主分析問題，解決問題的能力，才能真正使學(xué)生掌握該門課程，才能實現(xiàn)“卓越計劃”的主要目標(biāo):那就是面向工業(yè)界、面向世界、面向未來，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才。

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