“雙創(chuàng)”背景下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐與思考

摘 要：從“雙創(chuàng)”背景出發(fā)，從多方面進(jìn)行教學(xué)改革。精選前沿課題作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的一部分，整合教材配置研究性實(shí)驗(yàn)，采用線上線下混合模式結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬仿真加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)原理演示，增加實(shí)驗(yàn)過程評價比重改革評價模式，搭建設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和研究性實(shí)驗(yàn)平臺實(shí)現(xiàn)儀器配置改革。這種大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程綜合改革，可以顯著提高大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，為大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：雙創(chuàng);大學(xué)物理實(shí)驗(yàn);教學(xué)改革

中圖分類號：O433.1 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1673-260X（2021）06-0104-03

2014年9月李克強(qiáng)總理在達(dá)沃斯論壇上提出，要在全國范圍內(nèi)形成“萬眾創(chuàng)新”以及“人人創(chuàng)新”的新局面，以激發(fā)中華民族的創(chuàng)新基因和創(chuàng)業(yè)精神[1]。國務(wù)院于2018年9月18日下發(fā)了《關(guān)于推動創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展打造“雙創(chuàng)”升級版的意見》，大力促進(jìn)“雙創(chuàng)”工作的開展。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是高等學(xué)校理工科專業(yè)一門重要的公共基礎(chǔ)實(shí)踐課，在全國本科專業(yè)中有300 多個專業(yè)需要開設(shè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程，涉及專業(yè)面廣人數(shù)眾多。另一方面，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)在很長時間里都是圍繞一定數(shù)量的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)開展，重在鍛煉學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能、實(shí)驗(yàn)思想以及實(shí)驗(yàn)方法等。但在我國亟須提高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力新形勢下，現(xiàn)有的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系普遍存在很多問題，難以培養(yǎng)提升大學(xué)生創(chuàng)新思維，也使得學(xué)生無法在物理實(shí)驗(yàn)課程中培養(yǎng)的技能、思維方式有效地轉(zhuǎn)化成創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)過程中解決問題的能力。

1 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)教學(xué)模式及特征

當(dāng)前“雙創(chuàng)”背景下，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的問題主要包含三個方面。（1）教學(xué)內(nèi)容方面：主要表現(xiàn)為內(nèi)容過于陳舊，知識點(diǎn)較為單一，沒有結(jié)合最新的科學(xué)研究前沿，與時代發(fā)展脫節(jié)，學(xué)生在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中遇到前沿問題時難以適應(yīng)。（2）教學(xué)模式方面：傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)模式一般都是教師講授原理結(jié)合實(shí)驗(yàn)演示之后，學(xué)生按照演示的操作步驟重復(fù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，教師在一旁糾正指導(dǎo)。在當(dāng)前的高校本科生培養(yǎng)模式下，科研創(chuàng)新思維的培養(yǎng)和實(shí)踐基本上都是在研究生階段實(shí)施，這種培養(yǎng)模式一方面使得研究生需花大量時間扭轉(zhuǎn)思維模式以適應(yīng)科學(xué)研究的需要;另一方面，占絕大多數(shù)的大學(xué)畢業(yè)即就業(yè)的畢業(yè)生并沒有受到科研創(chuàng)新思維方式的訓(xùn)練，造成了極大的人力資源浪費(fèi)，也無法滿足大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)對信息手段的需求。

為促進(jìn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展，國內(nèi)已有高校開展了相關(guān)教學(xué)改革研究嘗試。復(fù)旦大學(xué)開設(shè)了選修模式設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，這種實(shí)驗(yàn)沒有實(shí)驗(yàn)步驟，授課模式近似于課題研究形式，學(xué)生以自學(xué)為主，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，測量數(shù)據(jù)，完善測量裝置和數(shù)據(jù)處理，最后完成實(shí)驗(yàn)[2]。北京交通大學(xué)改變原來的解釋性實(shí)驗(yàn)為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，將動手能力與數(shù)據(jù)分析能力鍛煉放在動手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)[3]。浙江大學(xué)也嘗試開設(shè)有新型設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生依照自己興趣選擇相應(yīng)課題，與此同時實(shí)驗(yàn)室內(nèi)配置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和資料，一般在一學(xué)期內(nèi)完成，實(shí)驗(yàn)授課模式不局限于課堂教學(xué)[4]。西安石油大學(xué)則利用H5技術(shù)在微信平臺上開展線上教學(xué)，提高學(xué)習(xí)效率[5]。最近吉林大學(xué)報(bào)道了采用線上和線下混合模式開展大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，主要依靠學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)中的學(xué)習(xí)興趣[6]。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革雖有較多嘗試，但是面向“雙創(chuàng)”系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)改革較少報(bào)道，本文將從多方面報(bào)道本校面向“雙創(chuàng)”教學(xué)改革思考與實(shí)踐。

2 “雙創(chuàng)”背景下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革

本文提出“雙創(chuàng)”背景下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革，將從教學(xué)內(nèi)容、教材、教學(xué)方法、評價方式以及平臺建設(shè)等方面逐一介紹改革措施。

2.1 教學(xué)內(nèi)容改革

教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為三大類，即基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)以及研究性實(shí)驗(yàn)，課時數(shù)分配比例按照3：4：3。基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容主要包含測量方法、數(shù)據(jù)處理以及儀器使用等，基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)目的是培養(yǎng)基本實(shí)驗(yàn)技能;設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課時占40%，通過給定實(shí)驗(yàn)要求、題目以及儀器等，讓學(xué)生先設(shè)計(jì)方案，再在教師協(xié)助下完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過這種實(shí)驗(yàn)的鍛煉，可以培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

對于研究性實(shí)驗(yàn)，以學(xué)院前沿科研項(xiàng)目為基礎(chǔ)，結(jié)合學(xué)校其他院系課題組，篩選研究前沿課題，將前沿科學(xué)研究與本科生教學(xué)相結(jié)合，將拆解出難度較小的部分科研內(nèi)容引入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將教師前沿科研課題轉(zhuǎn)化為難度適中的教學(xué)內(nèi)容，并研究開發(fā)新型前沿物理實(shí)驗(yàn)，改變設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)知識點(diǎn)單一的現(xiàn)狀，增加考查知識點(diǎn)數(shù)量;學(xué)生在掌握專業(yè)領(lǐng)域基本知識技能的基礎(chǔ)上，學(xué)會融會貫通、敢于創(chuàng)新、挑戰(zhàn)未知領(lǐng)域。

2.2 教材改革

為配合“雙創(chuàng)”背景下的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，編寫新的實(shí)驗(yàn)講義，一方面精簡基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量，達(dá)到培養(yǎng)基本技能和基礎(chǔ)知識即可;另一方面增加設(shè)計(jì)性、研究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量，基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)側(cè)重介紹數(shù)據(jù)處理、操作方法、儀器結(jié)構(gòu)等，在設(shè)計(jì)性和研究性實(shí)驗(yàn)中將減少這方面內(nèi)容。如遇到類似問題，由學(xué)生通過說明書、網(wǎng)絡(luò)查詢等手段分析解決，從而提高學(xué)生獨(dú)立自主綜合分析能力。以大學(xué)物理難點(diǎn)實(shí)驗(yàn)（分光計(jì)調(diào)整）作為教材編寫改革為例，以原理分析為基礎(chǔ)，以特征現(xiàn)象為手段，綜合分析、研究和探討不同狀況下分光計(jì)的調(diào)整方法[7，8]，收到了良好的效果。

2.3 教學(xué)方法改革

將當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢引入教學(xué)過程，結(jié)合騰訊課堂、釘釘?shù)仁侄危l(fā)揮線上線下結(jié)合教學(xué)優(yōu)勢，充分提高師生之間、生生之間的互動性，提高學(xué)習(xí)效率。比如，對于儀器比較復(fù)雜的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)（分光計(jì)、示波器等），除課堂教學(xué)外，還設(shè)置了仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生課外通過互聯(lián)網(wǎng)登錄仿真實(shí)驗(yàn)，反復(fù)練習(xí)，達(dá)到深入理解原理，提高實(shí)驗(yàn)技能的目的。

另一方面，讓學(xué)生熟悉基于計(jì)算機(jī)模擬物理實(shí)驗(yàn)原理演示研究，充分調(diào)動學(xué)生的積極性。創(chuàng)新思維模式的培養(yǎng)建立在物理原理深刻理解之上，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)涵蓋了物理學(xué)的力、熱、電、聲、光等各個方面，存在教學(xué)時間短、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容跨度大以及多數(shù)實(shí)驗(yàn)原理在理論課教學(xué)中并未涉及等問題，造成了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原理理解不透。雖然很多高校購置或開發(fā)了仿真實(shí)驗(yàn)，并通過網(wǎng)絡(luò)共享，但并沒有提高其對實(shí)驗(yàn)原理的認(rèn)識和實(shí)現(xiàn)科研思維和轉(zhuǎn)變創(chuàng)新模式[9-13]。針對這一現(xiàn)狀，須大量采用計(jì)算機(jī)編程模擬來輔助。以示波器掃描原理為例，自編寫簡潔基于Matlab語言程序，成功演示了示波器工作原理[14]。在教學(xué)過程中，通過QQ群、微信群將該程序語句提前發(fā)給學(xué)生，并通過線上方式解釋程序，學(xué)生可在線上線下自己修改參數(shù)，仿照編寫，加深了對原理的理解，提高了課堂效率。

2.4 評價方式改革

改變傳統(tǒng)的重視實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果轉(zhuǎn)向重視實(shí)驗(yàn)過程中提出問題、解決問題的能力，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)過程中表現(xiàn)出的創(chuàng)新思維以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力評價。在具體實(shí)施過程，每個實(shí)驗(yàn)都設(shè)置了二維碼，學(xué)生上實(shí)驗(yàn)課時用微信掃碼，教師在微信小程序后臺對學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程實(shí)時分步評價，有效地提高了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程的積極性。與此同時，增加實(shí)驗(yàn)操作過程評價比重。將學(xué)生在校內(nèi)外相關(guān)物理實(shí)驗(yàn)競賽表現(xiàn)納入評價體系，根據(jù)不同獲獎級別給予不同分值納入最終考評。

2.5 實(shí)驗(yàn)平臺

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)是按照給定實(shí)驗(yàn)安排實(shí)驗(yàn)儀器臺套數(shù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完成實(shí)驗(yàn)。為更好完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，根據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，分別建立光、電以及綜合實(shí)驗(yàn)平臺。實(shí)驗(yàn)平臺配置儀器類型齊全，臺套數(shù)雖不多，但能夠完成大多數(shù)實(shí)驗(yàn)需求。比如光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺配置有防震平臺、各類光源以及光探測器等。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜程度，分配小組人數(shù)，對于難度大的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)小組人數(shù)一般為3-5人。目前已在相關(guān)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)平臺完成了多個實(shí)驗(yàn)，取得了良好效果。對于研究性實(shí)驗(yàn)，結(jié)合科研實(shí)驗(yàn)室，發(fā)揮科研實(shí)驗(yàn)室優(yōu)勢，搭建相關(guān)研究平臺。

3 教學(xué)效果

為更好了解“雙創(chuàng)”背景下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的效果，對畢業(yè)生進(jìn)行了問卷調(diào)查，發(fā)放問卷1000份，回收有效問卷946份，有效回收率為94.6%。問卷統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示，結(jié)果表明，約54%的學(xué)生覺得很有幫助，僅有約5%的學(xué)生覺得沒有幫助。從整體看，“雙創(chuàng)”背景下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革取得了較好的效果。

4 結(jié)束語

為增強(qiáng)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力訓(xùn)練，將大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)從多方面進(jìn)行了教學(xué)改革，加入精選前沿課題為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，整合教材配置研究性實(shí)驗(yàn)，采用線上線下混合模式結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬仿真加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)原理理解，增加實(shí)驗(yàn)過程評價比重改革評價模式，搭建設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和研究性實(shí)驗(yàn)平臺實(shí)現(xiàn)儀器配置改革。對大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行的綜合改革，可以顯著提高大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，為大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。另外，該教學(xué)改革也促進(jìn)教師教學(xué)方式向創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)方向轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步改善我國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)氛圍。

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