軍校大學物理實驗教學體系的改革與實踐

李漢軍，張 晴，楊桂考, 韋 艷

(空軍勤務學院 航空彈藥系，江蘇 徐州 221000 )

隨著高等學校教學改革的不斷深入，實驗教學體系的研究與實踐、實驗教學運行機制的創新與實踐，已經成為高校教學改革研究的熱點，同時實驗教學運行機制的構建、創新和落實，也是高等學校實驗教學改革的關鍵[1-2]。本文針對傳統實驗教學的弊端，結合我校實驗教學的現狀，對照完善實驗教學內容和形式，增強學生實踐創新能力的培養目標要求，提出了創新性實驗教學體系建設的基本架構和實踐狀況。

1 物理實驗教學體系改革的基本原則

1.1 加強基礎性實驗教學

基礎性實驗教學是以傳授和加強基礎性知識為主，同時注重配合理論課進行的循序漸進的教學模式。增強了學生對理論的理解和記憶，培養了學生的基本實驗技能和實驗方法，使學生在物理實驗的基礎知識、基本方法和基本技能方面受到系統訓練，熟悉和掌握儀器設備的使用，培養學生認識問題、分析問題和解決問題的能力，以及良好的實驗習慣和嚴謹的科學作風，使學生逐步具有良好的實驗素質[3]。 因此，基礎性實驗教學應采用學生為主、教師輔導的方式，其教學方法可采用現場演示、合作學習等方式。

1.2 開設演示性實驗教學

演示實驗往往要在短時間內給學生介紹比較多的物理以及實驗知識，著重實驗現象的觀察和實驗原理的介紹，不要求物理量的精密測量和實驗數據的精確處理。演示實驗能夠提供豐富的知識材料，把抽象的知識形象化，它的最終目的是要通過觀察現象啟發學生創造性思維，使學生更好地認識客觀規律，發展自主創新能力，培養學習興趣。在演示實驗過程中，教師啟發學生積極思考，使教師的主導作用和學生的主體作用達到最佳結合，充分發揮演示實驗的教學功能[4-5]。演示實驗教學可采用現場啟發式、互動式等。

1.3 開展綜合性、設計性實驗教學

應綜合集成各課程以及現代科技相關學科的知識與技術內容，開設應用性、綜合性、先進性、實用性強的實驗項目，以利于學生進一步理解物理概念、了解物理實驗技術應用，培養學生綜合把握和運用課程群、學科群知識分析和解決實際問題的能力[6]。因此，該類實驗教學應采用學生為中心進行的協作學習，以學生自學和動手為主的方式，其教學方法可采用討論式、互動式、任務驅動式等。

1.4 創建創新性實驗教學

以提高素質為主線，應充分應用新概念、新材料、新工藝、新技術、新方法，鼓勵學生自擬實驗方案進行探索性、研究性、創造性實踐[7]，學生在實踐中學習、在實踐中探索、在實踐中發展，形成創新精神、創新意識、創新方法和創新能力。實驗教學中增加科研成果的內容，引導、鼓勵學生主動探索、研究，培養科學精神，提高綜合實驗的能力。其教學模式是采用學生自行提出課題、獨立創新完成的方式，其教學方法可采用競賽式、研究式等。

2 我校物理實驗教學體系模式的改革

2.1 以創新實驗室為平臺，提高學生的創新實踐本領

將基礎課教學與測控技術應用融合是學科發展的方向，是學生提高綜合能力的需要。以創新實驗室為平臺，從工程應用的角度出發，引領學生設計與制作測控模塊和教育機器人，通過一個典型實例的設計、制作與編程，采用先實踐后歸納的教學方法，激發學生的學習興趣與熱情，達到培養學生分析、解決問題的能力。

在創新教學過程中注重學生學習習慣和學習方法的指導、學習能力和實踐能力的培養，注重學生個性培養和創新精神的養成。在教師的帶領下進行有計劃、有組織的培訓，講究傳、幫、帶，形成團隊協作、相互學習的氛圍，最大限度地激發學生的合作意識，培養學生的創新實踐本領。

2.2 以生長學習法為教學方法，培養學生的綜合能力

創新教育以知識融合為主，具有啟發、互動、發現等明顯特征，注重學生能力的培養，特別是創新實踐能力的培養[8]。在開放實驗教學過程中，我們受樹苗栽培與成長過程的啟發，提出了生長學習法。生長學習法是由教師根據學生的自身特點提出一個實例，由學生通過自主學習和實踐來完成，實現以用促學的學習方法。生長學習法的特點主要是以實例教學為手段，以工程應用為目的，在學習過程中培養學生探索、應用知識的能力。

在創新教學過程中采用開放式教學方式，通過直觀、有趣的設計制作過程，激發學生的學習興趣和參與熱情。整個實踐過程，以學生為中心，以任務作驅動，營造一種學生主動探究的學習氛圍，充分發揮學生的能動性和創造性，而教師只是組織者和指導者。

2.3 采用模塊化設計思想，降低初學者的入門難度

對在校學生來說，完全憑借自己的技術實力設計制作出一臺由單片機控制、直流電機驅動的機器人是有難度的。為降低初學者的學習難度，采用模塊化的設計思想，降低了學生的入門難度，提高了學生的參與熱情[9]，學生就像搭積木一樣構成一個自己的單片機應用系統，有利于增強學生的自信心和滿足欲。

2.4 以機器人競賽為牽引，提高學生的學習興趣

教育機器人技術綜合了單片機技術、傳感器技術、電子技術、機械傳動和電機技術等學科，是進行測控技術教育的有效載體，集知識性、趣味性、娛樂性于一體，深受學生的喜愛。通過組織學生設計與制作教育機器人，參加機器人競賽，培養學生的創新意識和團隊協作精神，提高學生的自主學習能力和創新實踐能力，加強學生之間的互動和交流，使學生獲得分解項目、循序漸進地完成項目的實踐經驗。在整個設計、制作與編程的過程中，學生體驗如何用已學的知識、日常的觀察和自己的創造性勞動去超越能力極限的挑戰[10]。

2.5 以光電檢測為基礎，培養教師的科研能力

光電技術是本世紀的尖端科學技術，是全球高科技競爭的焦點，它將對整個科學技術的發展起巨大的推動作用。光電技術發展的巨大推動力是應用。光電技術已成為軍事科學的發展熱點，武器裝備中的光電產品越來越具有系統性，已經逐步形成現代軍用光電技術的特點。光電技術在光電檢測、能源自治、精確制導武器、航空偵察技術、光電對抗技術、光電偽裝技術、激光輻射防護等軍事領域都得到了廣泛的應用[11]。

目前，我國已基本掌握了信息光電領域的關鍵技術的主要部分，在光電技術及光電產品方面已具有較好的基礎。但是，從整體而言，我國的光電技術水平和產業化程序與國際先進水平相差較大，創新和擁有自主知識產權的先進技術不多。解決上述問題的關鍵是提高對光電技術領域的重視程度，建立光電創新實驗室，進行光電綜合檢測及軍用光電產品的應用研究，培養一支具有較強科研能力的教師隊伍。

3 我校創新實驗室的建設環節

3.1 創新實驗室建設任務

建立2個創新實驗室，一是機器人創新實驗室，二是光電創新實驗室。

堅持辦學思路創新、辦學模式創新的原則，擴建機器人創新實驗室和新建光電創新實驗室，不斷深化實踐教學改革，構建教學科研相結合的人才培養模式和“夯實基礎、注重實踐、強化創新、學用結合”的實踐教學體系。通過基礎理論實驗、綜合設計實驗、科技創新實踐3個漸進式培養模式，提高學生的自主學習能力、敏銳發現能力、解決問題能力和創新實踐能力。

3.2 創新實驗室建設目標

以本科教學為中心，著重提高學生工程實踐、創新意識和科技創新能力，以培養軍隊建設所需的自動化、電氣工程、電子信息類專業應用型人才為目標。

通過實踐教學將課本上的基本理論與當今廣泛應用的專業技術、前沿技術直接接軌，使學生在校園內本科教育階段就可以完成工程實踐，培養出高素質復合型專業人才，建設能夠完成綜合性、設計性、創新性為特色的，教學科研一體化的實驗平臺[12]。

3.3 創新實驗室的主要功能

實驗室主要承擔本科學生的設計性、綜合性、創新性的實驗任務。同時，利用該實驗平臺，教師和學生共同開展多種形式的工程實踐、科研創新、教學研討和學術交流活動，實驗室既可作為實踐教學基地，又可成為學院的科研基地，促進學院的學科建設和科研發展。

3.4 創新實驗室建設的基本原則

一是有利于提高教學質量和學生的創新精神和綜合實踐能力；二是有利于推進實踐教學改革，構筑完整、科學的實踐教學新體系；三是有利于優化配置教育資源，提高實驗室綜合利用率和投資效益；四是有利于實驗室科學化、規范化管理，提高實驗室管理水平。

3.5 創新實踐教學的培養模式

采用“334”的工程實踐和創新人才培養模式。“三個階段”：初級階段、高級階段和發展階段；“三種類型”：設計型、綜合型和專業型；“四個層次”：驗證性、設計性、綜合性和研發性4個層次。

3.6 創新實踐教學具有的特色

實驗類型由演示型、驗證型向設計型、研究型發展；實驗內容由單純教學型向教學型和科研型相結合轉變；采用工程案例教學，突出科技創新活動在人才培養中的作用；實驗室全方位向師生開放，包括時間、空間、設備、實驗內容等方面。

4 結束語

近幾年來，我校形成了多層次、多模塊、多樣化的實驗教學新體系，實現了由傳統的技能訓練逐步向現代先進技術發展的方向轉變，由單純的本科教學逐步向以本科教學為主體，科研、創新能力培養相結合的方向轉變。創新實驗教學體系的建設充分發揮了學生的主觀能動性，培養了學生的創新精神，順應了高校實驗教學改革的趨勢。

[1] 姚毅.高校擴招后的實驗教學改革[J].理工高教研究,2002,21(2):37-38.

[2] 楊國良,高瑞光.新形勢下高校實驗教學改革的思考[J].教學研究,2005,28(1):62-65.

[3] 唐衛紅.大學物理實驗教程[M].徐州:空軍勤務學院出版社,2012.

[4] 韓飛,高允鋒,石浩辰.普通物理演示實驗淺析[J].才智,2012(19):138.

[5] 路峻嶺.物理演示實驗教程[M].北京:清華大學出版社,2005.

[6] 付成華.關于高校實驗室建設與本科實驗教學的幾點思考[J].高等教育研究,2009,26 (3):47-49.

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[8] 曹宏慶,李艷,董紅斌,等.如何求解問題：現代啟發式方法[M].北京:中國水利水電出版社,2003.

[9] 劉大茂.智能儀器原理與設計[M].北京:國防工業出版社,2008.

[10] 劉廣瑞.機器人創新制作[M].西安:西北工業大學出版社,2007.

[11] 王慶有.光電技術[M].北京:電子工業出版社,2005.

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