分層次開放性團隊化的實驗教學模式構建

摘要：實驗教學在培養學生的實踐能力、創新能力和科學素養等方面，扮演著重要角色。大學物理實驗可以根據不同科學思維水平和實驗技能分為基礎性實驗、綜合提高性實驗、設計性實驗和研究性實驗四個層次。實驗中心除了保證教學時間、實驗室和儀器設備的全面開放外，學生還可以根據興趣和能力，從實驗中心給定的多個題目中選擇，或者自己提出具有可行性的實驗題目，在教師的指導下，查閱文獻資料，設計實驗方案，制定操作步驟，完成實驗報告。依托學生科技創新項目平臺，以學生為主體、教師為主導，組建項目團隊、教師團隊和學生團隊。真正實現分層次、開放性、團隊化的實驗教學，有效地培養學生的創新能力。

關鍵詞：物理實驗；分層次；開放性；團隊化；教學模式

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A文章編號：1002-4107（2014）07-0003-02

大學物理是全部理工科學生的必修基礎課，實驗作為大學物理教學的重要基礎、重要內容、重要方法和重要手段，在大學物理教學中具有十分重要的地位和作用[1]。它不只是訓練學生的技能，鍛煉學生的動手能力，更重要的是啟發和培養學生科學的思維方法及創新能力，激發學生對物理的熱愛，培養學生的科研興趣。因此，通過物理實驗教學培養學生科學素養、提高學生創新能力是必要的而且是可行的[2]。

從創新能力培養出發，大學物理實驗教學應該建立一套按照課程知識體系的內在規律和順序進行系統教學，使科學素質培養貫穿于實驗教學全過程的教學模式[3]。黑龍江大學物理基礎實驗中心，尊重認識的發展規律，根據自身教學特點，建立了分層次、開放性、團隊化的物理實驗教學模式，針對不同層次的教學內容采用不同的教學方法，對學生的創新能力進行專項培養，將創新理念引入物理實驗教學。學生可以根據自己的興趣和能力選擇實驗內容，實現學生自己查閱資料、自己思考、自己研究、自己設計方案、自己制訂步驟完成實驗，完全打破了傳統教學模式，實現分層次、開放性、團隊化的新模式教學，更有利于高素質人才的培養和優秀人才的涌現[4]。

一、物理實驗分層次教學模式

作為理工科學生的必修課，大學物理實驗發揮著積極而重要的作用。根據實驗內容的難易和知識水平的差異，可以將實驗劃分為四個層次，即基礎性實驗、綜合提高性實驗、設計性實驗、研究性實驗。不同層次的實驗，采用的教學方法也不相同。

（一）基礎性實驗

共開設六個基礎性實驗，如測量物體的密度、惠斯通電橋、分光儀的使用等，都是十分經典的物理實驗。基礎性實驗主要培養學生的基本實驗技能、測量方式方法和實驗興趣，主要包含實驗儀器的正確使用和基本物理量的測量，對物理學中的力、熱、光、電幾方面的知識都有涉及。基礎性實驗作為所有實驗的基礎，是全體理工科學生的必做部分，需要教師悉心指導，詳細講解。

（二）綜合提高性實驗

充分整合現有教學資源，共開設二十多個綜合性、提高性實驗，如轉動慣量的測量、太陽能電池特性的測量等，拓寬實驗的廣度，加深實驗的難度。在實驗選題時，教師會提出指導性的意見和建議，學生根據興趣和能力選擇一定數目的實驗題目。在實驗過程中，老師著重負責講解實驗原理、設計思想和創新理念，引導學生獨立完成實驗，教師并不是面面俱到，遏制學生的創新思維。綜合提高性實驗是對基礎性實驗的檢驗和創新，是開啟學生創新思維的階段性成果，是考驗學生綜合運用物理知識和動手操作能力的有效途徑。

（三）設計性實驗

設計性實驗的開設主要是檢驗學生的獨立學習能力、綜合知識運用、實驗技能技巧等多方面素質。通過基礎性實驗和綜合提高性實驗的鍛煉，教師的工作就從主導教學轉換為指導咨詢和啟發，而學生也從被動學習轉換為主動學習。設計性實驗是以學生為主導，通過獨立進行實驗，檢驗學生是否真正掌握有關知識和技能，來解決實驗中遇到的新問題。設計性實驗對于學生來說難度較大，故作為一門選修課程。經過師生共同努力，已經開設了如多方案測量可溶物密度、多方案測量檢流計電阻等二十多個設計性實驗，供感興趣、有能力的學生選做。

（四）研究性實驗

研究性實驗主要是培養學生的創新思維和創新能力，優秀本科生和研究生進入教師科研課題的子項目中，參與課題研究，也可以通過與指導教師協商討論，開設學生獨立的研究項目。建設學生學術科技創新項目平臺，完善項目申請、開題、中期檢查、結題一整套的管理體系，以發表論文、申請專利、開發實物、參加競賽為結題成果。兩年來，本科生署名發表十余篇EI檢索的較高水平論文，取得了大量的創新研究成果。

二、物理實驗開放性教學模式

物理實驗可以分為必做實驗和選做實驗兩個部分，其中必做實驗主要是基礎性實驗，是每名學生必須完成的內容，但是實驗時間不是固定的，學生可以自由預約上課時間；選做實驗包含綜合提高性實驗、設計性實驗和研究性實驗。這三類實驗是學生可以根據自己的興趣進行自主選擇的，選做完成規定數目的實驗就可以得到學分。另外，學校還設立了開放實驗室項目、創新實驗室項目和學術科技創新項目，鼓勵學生進實驗室進行課題研究。開放性教學模式更具針對性，能夠實現因材施教，有利于學生合理分配學習時間，更有助于培養學生的學習興趣。但是，這種實驗模式還未普及，主要是各大高校的實際情況無法實現真正意義上的開放。教師龐大的工作量、儀器設備的高度損耗、經費緊張、學生興趣培養難度大等諸多因素的共同作用下，導致開放性實驗教學模式的正常運作存在很大難度。作為省級實驗教學示范中心，在相關基金項目的支持下，黑龍江大學物理基礎實驗中心努力加大經費投入，改進儀器設備的管理維護，增加兼職實驗教師的人數，保證了實驗室的高質量全方位開放。

三、物理實驗團隊化教學模式

在物理實驗教學中，引導學生形成創新思維是一項重要工作。不拘一格降人才是提高學生創新能力的前提；改革教育模式和教學方法是提高學生創新能力的重點；建設高水平的科研平臺是提高學生培養質量的基礎；加強教師隊伍建設是提高學生創新能力的關鍵；倡導濃郁的學術交流氣氛是提高學生創新能力的捷徑。經過改革實踐，我們組建了教師團隊、學生團隊和項目團隊，打造了全新的團隊化實驗教學模式。

（一）教師團隊：優勢互補

學生創新能力的培養，最主要的就是學生科研素質的培養，在培養過程中教師起著主導作用。但是現如今，單個教師卻很難勝任這一主要作用。因為科學的進步和學科的發展速度在不斷增加，專業內涵不斷深化，交叉學科的產生以及學科間的緊密聯系，要求教師本身要具備更多學科的知識，并加以綜合運用。一般情況下，單個教師很難達到上述要求。但是，許多高校又對團隊精神要求不高，論文、專利等一般只看中第一作者，教師之間競爭激烈，很難合作。因此要建立真正意義上的教師團隊就需要有明確的措施。根據我校的實際情況，物理基礎實驗中心規定，每個實驗題目由4名以上教師擔當授課任務，組成教師團隊，教授、副教授、講師等組成一隊，配合實驗能力較強的實驗員，進行集體備課、互相聽課、定期教研活動，共同完成實驗教學。開放實驗室項目、創新實驗室項目和學術科技創新項目實施過程中，每個實驗項目的多名指導教師組成一個教師團隊，教師團隊具有明確的目標和規劃，從立項到任務分解，形成階段性任務隊列，便于不同層次的學生選做。教師團隊內部分工更為細化，必要時確定實驗節點，綜合考量一個團隊的進度，教師間的優勢互補將更有益于實驗題目和實驗項目的完成。最后，通過實驗的完成程度和效果來衡量團隊的實力，促進師資隊伍水平的提升。

（二）學生團隊：合作創新

在學生中，不僅競爭意識強，合作意識也很強。在設計性實驗和研究性實驗中，一個實驗題目或項目，將幾名學生組建成團隊，創建良好的合作氛圍，更有益于實驗題目和項目的完成。組建團隊可以按照學生自己的想法自行組建，也可以由教師推薦。不同年級的研究生、本科生，或者是不同專業的學生都可以構成一個團隊，通過強強聯合、優勢互補，可以增強項目的持久性，也可以培養后備力量，為后續實驗隊伍的組建打好基礎。團隊內部分工明確，根據每個組員的優勢進行任務分配，促進學生的積極性。

（三）項目團隊：精益求精

每個學術科技創新項目、開放實驗室項目、創新實驗室項目、挑戰杯或電子設計大賽題目，根據不同的題目和方向，組成獨立的師生共同參與的項目研究團隊。建議多名不同學科背景的指導教師，共同對一個學生項目進行指導。鼓勵不同年級、不同專業的研究生、本科生混合組隊，形成多元化、交叉式、梯隊化建設。項目團隊內部經常舉辦小型交流會或者學術會議，團隊與團隊之間也可以開展學術交流，提高學生的求知欲望，拓寬學生的研究思路和研究領域，打開學生的學術視野，傳播當前科學動態和發展趨勢。在項目團隊模式下營造創新學術氛圍，不僅能夠鍛煉學生的溝通交流能力，而且為實驗項目的進行奠定了基礎。在師生共同努力下，物理基礎實驗中心項目團隊取得豐碩的創新成果，學生署名發表十多篇學術文章，參加物理相關競賽多次獲獎，學生的創新能力獲得了穩步快速的發展[5]。

參考文獻：

[1]沈元華.在基礎物理實驗教學中努力培養創新人才[J].大學物理，2000，(1).

[2]安文玉.在物理實驗教學中促進學生高階思維能力的發展[J].黑龍江教育：高教研究與評估，2012，(6).

[3]金恩培.淺談美國、加拿大幾所大學物理實驗教學情況[J].物理實驗，2002，（1）.

[4]邱菊，劉宇星.對物理實驗課教學改革的認識與思考[J].黑龍江高教研究，2007，（1）.

[5]安利民.大學生實踐能力與創新素質的培養[J].世紀橋，2011，（7）.

收稿日期：2013-11-25

作者簡介：安利民（1979—），男，黑龍江齊齊哈爾人，黑龍江大學物理基礎實驗中心（省級實驗教學示范中心）副主任，博士，副教授，碩士生導師，主要從事物理實驗教法和先進功能材料的光學性質研究。

基金項目：黑龍江省高等教育教學改革工程項目（JG2012010500）；黑龍江省教育科學”十二五”規劃課題（GBD1211048）；黑龍江大學學位與研究生教育教學改革研究項目（2012-25）；黑龍江大學第二屆“三育人”科研項目（2012-16）