以物理實驗教學提高本科生科學與創新實踐能力

王丹+林曉瓏+張鳳琴

[摘 要] 為培養本科生創新實踐能力，吉林大學物理中心在大學物理實驗教學方面進行了嘗試與探索，優化了實驗指導教師隊伍，建立了大學物理實驗層次化的教學新體系，實現教學環境的創新化，為學生的培養搭建了優質的網絡平臺。

[關鍵詞] 大學物理實驗；創新實踐能力；教學

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 17. 104

[中圖分類號] G420 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2017）17- 0217- 02

0 引 言

21世紀初，我國提出了建設創新型國家的戰略目標，其目標是使科技發展成為經濟社會發展的有力支撐。創新型國家需要創新型的人才，在大學課程教學中，實驗教學是培養學生創新精神和工程實踐能力、團隊合作精神的重要環節。吉林大學根據國家培養創新型人才戰略要求，以及教育部高等學校物理學和天文學教學指導委員會物理基礎課程教學指導分委會制定的《理工科類大學物理實驗課程教學基本要求》和《吉林大學本科生培養方案》，公共物理教學與研究中心不斷更新教學理念，樹立了“以學生為根本，知識、能力、素質教育協調發展”的教學目標和以“能力培養為核心”的實驗教學體系。從物理實驗教學大綱的制定、實驗項目的設置、教學方法的改進，到實驗教材的編寫，以及教學模式的運行都是以提高學生的科學素質和創新能力為核心而實施的，從而搭建了全面開放的實驗教學平臺。經過多年的實踐，已經形成了自己的特色。

1 建立大學物理實驗層次化教學新體系

吉林大學公共物理教學與研究中心每年承擔著全校80多個專業，6 000余名本科生的大學物理實驗教學任務。針對專業多、學生多、學生水平參差不齊等現實，物理中心以形式多樣、多層次、模塊化物理實驗教學為基礎，以培養學生科學素養、創新精神和工程實踐能力為核心，以“預科實驗、基礎性實驗、綜合性實驗、設計性實驗、創新性實驗”五級層次為整體構架，按照循序漸進的認知規律，建立了適應多學科人才培養目標的物理實驗教學新體系。

1.1 預科實驗

將“力學基本儀器與訓練”“電學基本儀器與訓練”兩個實驗項目分配到預習實驗室，由學生自學完成。在預習實驗室中配備了電腦，安裝了實驗管理系統，并在系統中設置了：實驗項目的預習指南、實驗目的、實驗儀器、實驗原理、實驗操作、數據處理、注意事項、思考與討論等欄目，實驗操作一欄中還有視頻演示等相關內容。學生在實驗中遇到問題時，可以通過音頻、視頻的方式與教師實時進行答疑和互動，或者與其他學生在群里討論。預習實驗完成后，學生需要在網上提交實驗報告。預習實驗提高了學生的積極性，培養了學生的自主學習意識和自學能力。

1.2 基礎性實驗

基礎性實驗重在對物理實驗設計思想、基本實驗方法、基本操作技能的訓練。該系列實驗是面向剛接觸實驗課程的二年級本科生而開設的，包括必修實驗和基礎性選做實驗。基礎性必修實驗項目涉及了力、電、光、電子等方面基本儀器的使用、基本方法的訓練。學生通過這四個必修實驗項目訓練，為進入選修實驗項目的學習打下基礎。在基礎性選修實驗模塊中有十幾個題目，在網上以開放模式供選擇，學生可根據個人專業和興趣來選定實驗題目和時間。

1.3 綜合性實驗

該系列實驗引導學生對知識、技術和基本實驗方法進行綜合。實驗設置十幾個題目，其內容涉及多個領域綜合知識或多種實驗方法和手段的綜合運用。通過完成綜合性實驗，培養了學生運用基本實驗技能和方法解決復雜的物理測量問題的能力；使學生系統掌握物理實驗的設計思想、實驗方法和技巧，加深了學生對相關物理理論的理解，加快了學生對現代物理技術的掌握，鞏固了學生對實驗數據的分析和處理的能力。

1.4 設計性實驗

該系列實驗由學生根據實驗項目的教學要求，獨自查閱資料并設計實驗方案，由教師審閱并對可行性把關。如果設計方案合理，學生則可以根據實驗需求選擇儀器并獨自完成實驗，最后提交實驗總結或研究報告。設計性實驗開發了學生的學習潛能，提高了學生獨立應用知識分析問題和解決問題的能力。

1.5 創新性實驗

該系列實驗主要面向完成了預科、基礎、綜合、設計性實驗，并在實驗中凸顯出優勢的學生。以實驗室為依托，以教師承擔的科研項目為基礎，由教師指定題目，內容主要涉及科研工程中的物理學問題，充分體現了我校的學科特色，深化了物理知識的工程應用。通過學校的創新實踐平臺發布項目指南面向本科生開放，實現教師、學生雙向選擇，并鼓勵多人合作、共同完成實驗工作。為了保證實驗的順利進行，學校經過篩選，對批準立項的實驗給予一定的資金支持，由實驗室提供創新活動基地并向學生開放設備資源，提供實驗設備和實驗耗材幫助。完成創新實驗后，學生需要提交論文或實物作品。通過創新實驗，學生較早地接觸到科研項目，學會了自己查閱論文，初步掌握科學研究的基本方法和過程，完成了科學研究的基礎訓練過程。也為本科生攻讀研究生或從事研究工作起到鋪墊的作用。

2 配備創新型的實驗指導隊伍

物理中心組建了具有豐富科研經驗的的教學團隊。縱向上，按照研究方向將教學團隊劃分為若干指導教師組，每組指定一名教授作為項目帶頭人，組員由副教授、青年骨干教師構成，形成階梯化的、可持續發展的學科指導體系。橫向上，建立定期交流機制，組與組之間相互交流經驗，集思廣益，拓展思維，不斷充實完善指導方法，最大限度地發揮指導幫帶效能，逐步構建縱向到底、橫向到邊的人才培養體系。

3 構建創新型的實踐教學環境

配備適合五級層次培養模式的教學實驗儀器和設備。利用教育部改善基礎辦學條件專項資金和吉林大學實驗室設備類建設計劃項目資金，完善基礎性實驗、綜合性實驗、設計性實驗、創新性實驗儀器的配套工作，從硬件方面為創新研究型教學環境提供保障。endprint

實施多樣化課堂教學形式，營造研究性教學氛圍。將啟發式、提問式、討論式、研究式等多種教學形式運用于物理實驗課堂教學中。啟發學生去思考實驗，從實驗思想、實驗方法、操作技術等方面找出與工程實際的結合點；以問題帶動學生的發散性思維，促使學生主動思考并提出問題，激發學生學習熱情；因材施教，發掘學生創造潛質。通過師生之間、學生之間相互提問和共同討論的方式，使學生從知識的被動接受者轉變為知識的主動探索者，培養學生的創新意識和探索精神。

4 建設學生科學素養及創新實踐能力培養的網絡支撐平臺

物理中心除建立了本科生網上實驗管理系統外，還搭建了提供輔助教學和管理的網絡支撐平臺，及時向學生和教師發布課程通知，公布實驗室的動態新聞。學生可以在網上選課，了解實驗介紹、實驗要求和教學信息。學生在實驗網上自選實驗項目和實驗時間，除必修實驗外，學生可依據專業和興趣自由選擇實驗題目。并可利用實驗網絡課程進行實驗預習、上傳實驗方案與作品，查詢作業成績。教師可以在網上查詢實驗課表和學生名單，了解實驗課程的安排，錄入學生的實驗成績。

網絡平臺的建立，為教學提供了更加廣闊、靈活的空間，給學生提供了資源量大、覆蓋面廣的課程資源庫，使實驗教學內容得到時間和空間的延伸。2008年，“吉林大學物理演示實驗管理及大學生物理創新素質培養的網絡支撐平臺” 獲得吉林省高等學校教育技術成果三等獎；“大學物理實驗教學與管理平臺”獲吉林大學教學成果一等獎。

5 結 語

大學物理實驗本科生創新實踐能力培育平臺的建立及作用，激發了本科生學習的主動意識與創新精神，豐富了本科生的思維層次與知識結構，促進了本科生的全面發展與個性培育，有效提高了本科生的科學素養和創新能力，受到了絕大多數學生的充分肯定和高度贊揚。目前已有多名本科生通過參加創新實踐，獲得了國家級大學生創新實驗課題，并有多篇以創新項目為內容的論文公開發表。此外，依托該平臺確立的“工程物理實驗教學體系的改革”省重點教改課題，已通過了吉林省教育廳鑒定。

主要參考文獻

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