基于創(chuàng)新實(shí)踐人才培養(yǎng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

張磊磊 吳銘 王莉 宋昭遠(yuǎn)

[摘 要] 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是理工科各專業(yè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的基礎(chǔ)及開端，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的重要實(shí)訓(xùn)課程。針對(duì)當(dāng)前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，改革教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段，樹立先進(jìn)的設(shè)計(jì)性、綜合性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教育理念，建立完善、先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。同時(shí)，建設(shè)與改革相結(jié)合、理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合、傳統(tǒng)與現(xiàn)代相結(jié)合、基礎(chǔ)與應(yīng)用相結(jié)合、課內(nèi)教學(xué)與開放教學(xué)相結(jié)合、教學(xué)與工程實(shí)踐相結(jié)合，積極開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)培訓(xùn)，以實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方法改革作為突破口，研究如何激發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考和動(dòng)手的積極性，進(jìn)而提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

[關(guān)鍵詞] 物理實(shí)驗(yàn);教學(xué)改革;創(chuàng)新實(shí)踐;實(shí)踐教學(xué)

[基金項(xiàng)目] 2018年度遼寧省教育廳普通高等教育本科教學(xué)改革研究項(xiàng)目“構(gòu)建以創(chuàng)新實(shí)踐型人才培養(yǎng)為導(dǎo)向、學(xué)生為中心的開放式物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式——翻轉(zhuǎn)課堂”（遼教辦〔2018〕165號(hào)）

[作者簡(jiǎn)介] 張磊磊（1983—），男，山東濰坊人，博士，遼寧石油化工大學(xué)理學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心主任，副教授，主要從事教學(xué)與實(shí)驗(yàn)室管理工作。

[中圖分類號(hào)] G642.0? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2021）34-0075-04? ?[收稿日期] 2021-05-10

一、引言

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是理工類院校的必修課，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的探索、創(chuàng)新、求知精神具有不可代替的作用[1]。隨著教育改革的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的弊端逐漸顯現(xiàn)。目前高校畢業(yè)生自主獲取知識(shí)的能力差、創(chuàng)新能力不強(qiáng)。如何創(chuàng)建創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式以適應(yīng)新時(shí)期對(duì)創(chuàng)新型人才的需求，是擺在廣大教育工作者面前的問題[2]。2006年11月，教育部《關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》指出，要強(qiáng)化實(shí)踐育人環(huán)節(jié)，“加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地、實(shí)踐教學(xué)共享平臺(tái)建設(shè)，重點(diǎn)建設(shè)一批國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、國(guó)家大學(xué)生校外實(shí)踐教育基地、高職實(shí)訓(xùn)基地。加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)管理，提高實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)、實(shí)踐和畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）質(zhì)量?！盵3]物理實(shí)驗(yàn)室是本科教學(xué)實(shí)踐育人環(huán)節(jié)的重要場(chǎng)所，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的水平與人才培養(yǎng)質(zhì)量密切相關(guān)[4]。

物理實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與改革對(duì)于理工科院校來講尤為重要，它緊密圍繞各專業(yè)的培養(yǎng)方案開設(shè)不同類型的實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生提供實(shí)踐場(chǎng)所，鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。因此，國(guó)家及各高校對(duì)本科實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與教學(xué)模式改革越來越重視，投入大量經(jīng)費(fèi)建設(shè)本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)室。近年來國(guó)內(nèi)高校物理實(shí)驗(yàn)室的硬件水平有了大幅度提高，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也向著以學(xué)為本”的模式改革。學(xué)生自主學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)、查找資料的同時(shí)，必然會(huì)接觸各種綜合知識(shí)、前沿知識(shí)，有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新精神，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，適應(yīng)科技信息時(shí)代對(duì)人才的要求，具有廣闊的應(yīng)用前景[5，6]。

二、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

（一）“重教輕學(xué)”現(xiàn)象嚴(yán)重

重教輕學(xué)，即全面重視教師的教，輕視學(xué)生主動(dòng)的學(xué)。我校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要包括三個(gè)環(huán)節(jié)，即課前預(yù)習(xí)、課堂實(shí)驗(yàn)和課后評(píng)價(jià)。在課堂環(huán)節(jié)，教師擔(dān)當(dāng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主角，而學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中扮演觀眾。在實(shí)際動(dòng)手操作時(shí)，大都是由教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，學(xué)生僅僅是模仿，即使不理解實(shí)驗(yàn)原理，也可以完成實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式僅僅讓學(xué)生機(jī)械地重復(fù)教師的操作，忽視了學(xué)生的能動(dòng)性和創(chuàng)新性，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力的提高帶來極大的阻礙。此外，學(xué)生在課前環(huán)節(jié)往往是從教科書中摘抄預(yù)習(xí)報(bào)告，不求甚解，教師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ脑u(píng)定只能依據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，而實(shí)驗(yàn)報(bào)告中不確定因素太多，且存在實(shí)驗(yàn)報(bào)告相互抄襲的現(xiàn)象。

（二）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊

由于教學(xué)理念問題，我國(guó)高校存在重理論輕實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，認(rèn)為實(shí)驗(yàn)是理論教學(xué)的輔助手段。再加上各高校經(jīng)費(fèi)不足，造成了高校對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)重視不足，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一。我校同樣存在這樣的問題，學(xué)生只是在重復(fù)一些舊的實(shí)驗(yàn)，與高速發(fā)展的高科技社會(huì)明顯脫軌，不利于學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，這也就背離了通過物理實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生綜合思維能力的初衷。

（三）共享平臺(tái)建設(shè)不足

實(shí)驗(yàn)室開放平臺(tái)建設(shè)不足，實(shí)驗(yàn)室資源在非課時(shí)段閑置，極大浪費(fèi)了相應(yīng)資源。當(dāng)今社會(huì)對(duì)創(chuàng)新實(shí)踐人才的需求量日益增大，競(jìng)賽類項(xiàng)目如雨后春筍般涌現(xiàn)，學(xué)生和教師對(duì)大學(xué)物理開放實(shí)驗(yàn)室的需求也越來越迫切。然而，我校物理實(shí)驗(yàn)中心的物理實(shí)驗(yàn)室僅對(duì)開課學(xué)生開放。

綜上，我校物理實(shí)驗(yàn)中還存在很多問題，這些問題已經(jīng)深深影響到了今后的發(fā)展。通過大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、探索精神和求知欲望，我們還有很多的路要走。因此，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革與探索迫在眉睫。

三、培育創(chuàng)新實(shí)踐思維的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

（一）改革大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程體系

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心針對(duì)不同層次、不同專業(yè)的學(xué)生，以能力培養(yǎng)為主線，重新整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，徹底打破過去按力、熱、電、光等學(xué)科設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的界限，依據(jù)教學(xué)目標(biāo)、實(shí)驗(yàn)難易程度，以及對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)知識(shí)、技能的要求等，構(gòu)建一個(gè)由淺入深、從基礎(chǔ)到前沿、從接受知識(shí)到培養(yǎng)綜合能力逐級(jí)提高的分級(jí)教學(xué)模式，打造和建設(shè)五個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。這五個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)為：基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)（含預(yù)備實(shí)驗(yàn)）平臺(tái)、綜合與近代實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、設(shè)計(jì)研究性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、演示實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新基地平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心以上述五個(gè)平臺(tái)為依托，形成以物理實(shí)驗(yàn)為主干，以演示實(shí)驗(yàn)為輔助的自主、開放分級(jí)式物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系（第一級(jí)基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)，第二級(jí)提高型實(shí)驗(yàn)，第三級(jí)綜合型實(shí)驗(yàn)，第四級(jí)設(shè)計(jì)、研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)）。該實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系既注重基礎(chǔ)性，又突出實(shí)踐性，體現(xiàn)出綜合性、先進(jìn)性和創(chuàng)新性。

（二）實(shí)踐教學(xué)綜合管理平臺(tái)的完善與建設(shè)

實(shí)踐教學(xué)綜合管理平臺(tái)是2017年由物理實(shí)驗(yàn)中心與校網(wǎng)絡(luò)中心聯(lián)合開發(fā)的智能化實(shí)驗(yàn)選課系統(tǒng)，電腦與手機(jī)（App）均可使用。該平臺(tái)具備實(shí)驗(yàn)選課、預(yù)習(xí)、書寫數(shù)字化實(shí)驗(yàn)報(bào)告、考核評(píng)價(jià)等多項(xiàng)功能。為了改變以往“重教輕學(xué)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，著重突出學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的主體地位，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充一些引導(dǎo)內(nèi)容，設(shè)置一些問題情景，激發(fā)學(xué)生的探究興趣，并通過完善課件、設(shè)備介紹、虛擬仿真等方式，調(diào)動(dòng)學(xué)生課前主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，幫助學(xué)生形成良好的自主學(xué)習(xí)能力，為培養(yǎng)學(xué)生的終身學(xué)習(xí)能力打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。