基于基礎物理實驗教學改革的創新人才培養

王曉萌 劉金玉 王世燕 李 靜

（中國石油大學〈華東〉理學院，山東 青島 266580）

傳統觀念認為實驗教學是教學工作的附屬，但隨著對實踐教學育人意識的強化與重視，這種觀念逐漸被摒棄。科學研究離不開實驗為基礎，更離不開基礎性實驗。基礎實驗教學是培養創新型、綜合型人才的重要環節之一，基礎實驗室是培養拔尖創新人才的重要基地，物理實驗課則是高等院校對學生進行科學實驗基本訓練的必須基礎課程[1]。中國石油大學〈華東〉物理實驗教學中心主要承擔全校大學物理實驗教學工作。實驗中心根據基礎物理實驗教學的特點，以培養學生工程素養、科技素養、創新精神和實踐能力為目的，努力打造適合既面向全體學生又兼顧個性化教育的基礎實驗訓練平臺[2]，深化基礎物理實驗建設與改革，促進了創新人才的培養。

1 搭建適合大面積物理實驗教學的課程設置

基礎物理實驗有著與專業實驗不同的特點和背景。實驗中心的教學工作主要面向的是全校所有理、工科專業，涉及的專業面廣，一體化的實驗教學模式和課程設置不能針對不同專業學生做到個性化教育。然而，創新實驗教學體系的構建以培養學生的基本實驗技能、創新實踐能力和滿足不同專業學生培養要求為目標，符合個性化教育的宗旨。

圖1 實驗課程體系設置

該“倒金字塔式”的課程體系設置具有“分層次”、“分模塊”、“特色性”等特點。“分層次”指的是針對不同專業學生實驗課程設置有所區別，“分模塊”指的是在每一層次的實驗課程設置中設有鍛煉學生不同能力的單元。兩者結合分為三個層次：第一層次為某些非理工科專業學生學習大部分基礎實驗和小部分綜合實驗；第二層次為部分工科專業學生學習部分基礎實驗、部分綜合實驗和小部分拓展實驗；第三層次為物理類專業學生則學習基礎實驗、綜合實驗、拓展實驗、創新實驗。另外，在本實驗課程體系設置中針對不同專業的特點還考慮增設了具有專業特色的部分實驗，例如設置了像落球法測量油品的粘滯系數、電熱法測量油品的比熱容等具有石油特色的實驗。

分級式、分模塊單元式以及特色式的實驗課程設置既滿足了基礎物理實驗大面積教學的需求，又考慮了不同專業對學生的培養目標；既扎實了學生的基礎實驗能力，又可以使學生掌握綜合性的知識結構，打破專業間人為的壁壘[3]；既提高學生的創造力，也滿足社會對于復合型人才的需求,適應開放式實驗教學模式。

2 實行“多角度”、“全方位”開放創新式實驗教學

開放式實驗教學遵循因材施教原則，充分體現了學生是學習的主體這一特點[4]。開放式教學的理念應貫穿實驗教學過程始終，在課前、課中、課后為學生打造一個多角度、全方位[5]的開放實驗平臺。

2.1 增加考核、調節機制的網絡預約開放平臺

網絡開放平臺是開放式網絡教學的基礎，學生自主預約式的選課方式更是基礎的基礎。過去學生主要通過現有的網絡預約平臺在統一時間段內進行實驗預約，一個實驗預約滿以后其它學生則不能進行預約。這種“先到先得”的實驗預約方式存在一些弊端，比如，學生在沒有預習不了解實驗的情況下盲目預約、預約實驗數據處理簡單、預約相似的實驗等問題。為了改善這種情況，目前，在網絡預約平臺中加入了預約考核模塊和動態調節預約。預約考核模塊是指在學生預約時先進行考核，包括對實驗原理理解、簡單操作、實驗儀器等方面的簡單問題的解答，對于不合格的學生則不能進行預約，對于合格的學生則再根據“先到先得”的預約模式。這種模式也利于教師對于學生的預習結果有更直觀更好的認識，從而更好的對實驗教學進行調整，也在一定程度上符合“翻轉課堂”[6]的理念。動態調節預約是指對于預約中出現的某些時間段只有極少數學生的情況進行第二次預約，以防止資源的浪費。

網絡化實驗教學開放平臺除了實驗預約系統外還包含教學資源、教學視頻、實驗設備使用、查詢[7]、實驗心得交流、實驗成績查詢、仿真實驗、交互實驗等。交互實驗指的是學生可以在任何有網絡的地方實現對實驗室內實驗儀器的控制進行實驗操作，這比仿真實驗更具有直觀性，可以成為未來實驗室改革的一個參考點。

2.2 開放教學實驗室

開放實驗教學平臺是指從時間上空間上面向學生開放所有的實驗教學資源，充分發揮學生在學習中的主體地位[8-10]。開放實驗教學是素質教育的一種具體體現，它能夠滿足學生的個性化培養，以及培養學生探究性、自主性、合作性的學習能力。因此，基于開放實驗教學平臺而建設各類開放實驗室就顯得尤為重要。

（1）創新實驗室。學生根據自己的規劃自主統籌安排實驗研究，從實驗選題，查閱文獻，到擬定實驗方案等過程。這可以讓學生有很大的自由空間，有利于學生開放思維，提出思路和辦法，有利于培養學生創新精神和解決實際問題的能力。在時間管理上采用門禁管理制度，由實驗員對學生及相應指導教師進行指紋門禁授權管理。

（2）校企共建開放實驗室。目前，通過與企業聯合在高校建立實驗室，已經成為一種重要方式。它可以取得先進的實驗資源，為學生搭建與生產實踐接軌的先進、共享、開放實驗平臺。例如，筆者所在單位與北京賽凡光電儀器有限公司共同建設了學生實驗訓練基地。學生不僅可以在基地進行實驗訓練，還可以進一步依托企業的拓展資源進行深入研究。校企共建開放實驗室符合國家對高素質、應用型、復合型人才的需求。

（3）學生成果展示實驗室。這類實驗室是將學生參加各類各級競賽的獲獎作品以及學生在創新實驗室或拓展實驗室完成的優秀作品予以集中展示。它采用固定時間段集中開放的方式，面向全校師生開放。成果展示實驗室不論對學生還是對教師都有很好的示范、激勵和啟發作用，學生可以從中汲取靈感從而促進自身的發展。

2.3 開放學科創新競賽平臺

目前，各高校都鼓勵學生參加各種創新競賽，可見學科競賽對于學生能力的培養和素質的提高都有著促進作用[11-12]。基于這一角度出發，結合基礎物理實驗室的特點，制定出一套開放的學科創新競賽平臺。

為了保證開放力度以及受眾面，競賽平臺采用分層模式。目前，面向學生開放的競賽主要有：實驗室舉辦的實驗技能大賽、校級創新創業訓練項目、山東省物理科技創新大賽、國家級各類競賽等。對于基礎薄弱或者較低年級的學生可以參加基礎實驗室舉辦的實驗技能大賽，為之后進入創新實驗室打基礎。當學生到二年級或較高年級學生可以參加校級創新創業訓練項目、山東省物理科技創新大賽以及國家級各類競賽。這種具有層次性的競賽模式能夠保證學生的參與性與開放性。在這種模式下，實驗室歷年來也在指導學生方面取得了眾多優異的成績。

3 落實實驗室管理體制改革

實驗室改革以及創新人才的培養不僅與實驗教學模式，課程設置等有關，還與實驗室的管理息息相關。基礎實驗室的管理應采用校、院、實驗中心三級管理體制，以校、院的辦法規范為指導，以實驗中心的實際為根本制定符合基礎實驗開放平臺的創新體制。

首先，實行以人為核心的人才隊伍建設管理模式，注重對實驗室人員觀念的創新與轉變，緊跟實驗室管理改革的步伐。其次，引入網絡管理系統。網絡管理系統不僅可以使資源在實驗室內共享，還方便了不同實驗室間的交流溝通。第三，采用“責任制”、“輪換式”管理模式。將責任落實到每一個人有利于提高工作的積極性以及責任感。在人人有責的前提下，也要適時的進行責任輪換，這有利于實驗室的良性持續發展。最后，建立符合實驗中心實際的教學團隊考核體系，以量化式的考核評價標準為主，主要包括：實驗教學工作，實驗儀器管理、維護與開發，指導大學生工作（參與競賽、創新訓練、課題研究、畢業設計），教材、專著編寫等的量化考核評價。

4 結語

人才培養是目前高校的主要任務，培養符合社會需求的創新型、綜合型、應用型人才更是長久的目標。實驗訓練在培養人才的過程中起著至關重要的作用，所以實驗室的改革與創新也是對人才培養的改革與創新。以面向大面積專業的基礎物理實驗中心為例，通過搭建物理實驗課程體系、開放創新教學模式以及深化實驗教學管理體制改革，建立了適應新形勢下人才培養要求的運行機制。近年來，實驗室得益于實驗改革創新，學生取得了許多優異的成績。這為本科人才的培養起到了積極的作用，取得了良好的效果。

[1]教育部.關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見[Z].教高[2007]2號.

[2]許國安.構建基礎實驗訓練平臺，培育創新型人才[J].實驗技術與管理,2009,26(12):18-21.

[3]韓照祥,朱惠娟,李強.探索多元化實踐育人模式培育創新創業人才[J].2011,30(1):82-95.

[4]宋國利,蓋功琪,蘇冬妹.開放式實驗教學模式的研究與實踐[J].實驗室研究與探索，2010,29(2):91-93.

[5]劉艷,朱昌平,黃國銘.開放式電子信息類學生創新平臺的層次化管理探索與實踐[J].實驗技術與管理,2009,26(3):165-167.

[6]張金磊,王穎,張寶輝.翻轉課堂教學模式研究[J].遠程教育雜志,2012(4):46-51.

[7]張筱娟,王貴學,黃俊麗,唐朝君,尹鐵英,秦建.國家生物產業基地公共實驗中心建設[J].實驗室研究與探索,2014,33(10):149-153.

[8]詹鐵柱,劉幼昕,駱東奇,范貴麟.構建開放實驗平臺 促進經管實驗教學[J].實驗科學與技術,2009,7(3):119-120.

[9]劉燕,李曉波.開放的教學實驗平臺建設與創新性人才培養[J].實驗室研究與探索,2014,33(3):211-214.

[10]褚曉銳,錢波.基于工科學生科技創新能力培養的開放實驗教學平臺的構建[J].實驗技術與管理,2011,28(10):15-18.

[11]高云鵬,滕召勝,黎福海,周朝霞.開放實驗室與學科競賽平臺相結合的創新人才培養模式[J].實驗技術與管理,2012,29(4):360-365.

[12]李永濤,葛智勇,田友偉,董慧媛,陳偉,張紅光,包剛.強化實踐教育 培養創新能力[J].實驗室研究與探索,2014,33(1):160-163.