胡成華 史玲娜 周 平 夏川茴

（重慶交通大學，重慶 400074）

大學物理與大學物理實驗課程“三位一體”教學模式的研究與實踐

胡成華 史玲娜 周 平 夏川茴

（重慶交通大學，重慶 400074）

針對目前高校公共基礎課程中理論教學與動手實踐及科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面的結合性不強，公共基礎課程的功能和作用未能得到充分發(fā)揮，學生科技創(chuàng)新意識淡薄等現(xiàn)狀，對大學物理和大學物理實驗課程中如何實施“教學、實踐、科研”三位一體的教學模式進行了研究和實踐.實踐表明，該模式可以將長期割裂開來的基礎理論的傳授、動手能力的培訓、科學研究方法和能力的培養(yǎng)三個方面有機地結合起來，充分發(fā)揮公共基礎課程在“創(chuàng)新型人才”培養(yǎng)中的功能和作用.

教學；實踐；科研；三位一體；創(chuàng)新型人才

1 引言

大學物理和大學物理實驗課程是高等院校非物理類各專業(yè)的通識性自然科學公共基礎課程，它們的作用是培養(yǎng)學生辯證唯物主義的世界觀，通過自然科學基礎知識的學習和基本實驗操作技能的訓練，掌握科學研究的思想方法、科技創(chuàng)新的基礎理論，增強科技創(chuàng)新的意識，提升科學素質.但長期以來，由于大學物理課程教學中往往只注重基礎理論體系的傳授，大學物理實驗課程只注重實際操作的動手能力的訓練，科學研究方法和能力的培養(yǎng)則幾乎是空白，再加上很多學校的教學課時得不到保障，使得大學物理和大學物理實驗這兩門重要的自然科學基礎課程的功能與作用未能得到充分的發(fā)揮.針對這種現(xiàn)狀，作者對如何在大學物理和大學物理實驗課程中實現(xiàn)科技創(chuàng)新方法和能力的培養(yǎng)進行了研究與實踐，引入了“教學、實踐、科研”三位一體的教學新模式.

2 “三位一體”教學模式的內涵及意義

“教學、實踐、科研”三位一體的教學模式是指包含了教學、實踐、科研訓練三個相對獨立又相互聯(lián)系的重要環(huán)節(jié)的教學新模式.這種教學模式必然導致教學重心的轉移和把握.

2.1 教學環(huán)節(jié)

在傳統(tǒng)教學模式中，大學物理課程的教學重點主要集中在理解和掌握課程體系中的基本概念、基本規(guī)律、基本運算方法，以及如何使用這些基本概念、基本規(guī)律、基本運算方法分析解決一些簡單的實際問題.而在“三位一體”教學模式中，是以上述內容為教學主線，學習自然科學中處理實際問題的基本方法與整體思路，學習科學研究的基本方法和基礎理論.要求教師將辯證唯物主義的思想方法貫穿始終，向學生深入介紹物理思想、物理原理，如何在紛繁的自然現(xiàn)象中去偽存真，去粗取精，去掉表面的、次要的因素，抽象出事物共同的本質特征；強化自然科學研究物質運動的各種方法，比如假說與推理、歸納和演繹、分析與綜合等等.對于非物理專業(yè)的學生而言，掌握這些研究方法及其靈活應用有時甚至比學某些具體內容更加重要，因為這些方法對各學科、專業(yè)具有普適性和借鑒作用.

2.2 實踐環(huán)節(jié)

這里的實踐教學環(huán)節(jié)主要是指大學物理實驗課程的實踐操作.在傳統(tǒng)大學物理實驗課程的教學中，通常注重的是基本實驗操作技能的訓練、實驗數(shù)據(jù)的分析處理方法和實驗報告的規(guī)范化書寫等.而在“三位一體”的教學模式中，是以上述訓練內容為主線，注重實驗現(xiàn)象的觀察、分析、綜合；強化對實驗項目的設計思想、設計原理和設計方法的理解.

實踐教學環(huán)節(jié)不僅需要培養(yǎng)和鍛煉學生基本的實驗操作技能，更重要的是要求教師在講解的過程中，讓學生體會和掌握那些實驗項目中所包含的精妙的設計思想，豐富的理論與實際相結合的設計原理，獨特且絕妙的設計方法.如果能夠在今后的實際工作中，將這些內容融會貫通到一些實際問題中，就可能有所發(fā)現(xiàn)、有所發(fā)明、有所創(chuàng)造.

2.3 科研環(huán)節(jié)

通常情況下，大學生的科研能力培養(yǎng)是在畢業(yè)之前的畢業(yè)設計或畢業(yè)論文的過程中體現(xiàn)的.但實際上，一個人的科研能力、科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)并非一時之功，而是在長期的學習過程中逐步形成的，它蘊涵于整個讀書學習過程的每一個階段，甚至每一門課程.從這個意義上講，每一門課程的教學都應該注重學生能力的培養(yǎng).重要的是在這些課程中如何有效實現(xiàn)學生能力的培養(yǎng).

“三位一體”教學模式中的“科研”環(huán)節(jié)主要是對學生科研能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和訓練.因此，通過“想辦法”在上述兩個環(huán)節(jié)的基礎上，將如上所述的那些設計思想、設計原理、設計方法結合起來，與基礎理論中的思想方法和研究方法結合起來，與相關的專業(yè)知識結合起來，從而實現(xiàn)和充分發(fā)揮大學物理和大學物理實驗課程對學生科研能力和創(chuàng)新能力的階段性培養(yǎng)的功能與作用.這就涉及到如何搭建適合大學低年級學生的“科研”平臺問題.

事實上，在大學物理和大學物理實驗兩門課程之間，通過適時、適當?shù)丶尤胍恍┫嚓P的課程設計內容，或者加入創(chuàng)新性、設計性的實驗項目，或者將綜合設計與科技創(chuàng)新競賽結合起來等等，便可搭建起科研訓練、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的平臺，讓學生在大學低年級就開始進行初步的科學技術研究的訓練，領悟和體會到基礎理論、動手實踐和科技創(chuàng)新是對現(xiàn)代人才的基本要求，從而在后續(xù)的學習階段有能力把握學習的重點，厚基礎、重實踐、求創(chuàng)新，并將三者有機結合起來，從而提高學生的綜合素質及創(chuàng)新能力，有效實現(xiàn)學生能力的階段性培養(yǎng).

3 “教學、實踐、科研”三位一體教學模式中基層教學機構的設置

基層教學機構的設置是關系“教學、實踐、科研”三位一體的教學模式正常實施的校內“行政”管理因素，對“三位一體”的教學模式影響極大.目前，有不少的高校實行的是大學物理和大學物理實驗兩門課程分屬物理教研室和物理實驗室，而實驗室又歸“實驗中心”或設備處管理.且不論教學是否應該歸屬設備類別而歸設備處管理，單就兩門課程的互不相干、相互獨立地由兩套人馬教學，就已經將有機結合的“三位一體”人為地分割開來，因而不可能有效地發(fā)揮大學物理和大學物理實驗這兩門通識性公共基礎課程在“創(chuàng)新型人才”培養(yǎng)中的功能與作用.

實踐證明，只有將大學物理和大學物理實驗兩門課程的教學有機地結合起來，由同一組教師一管到底，充分發(fā)揮學校、教師和學生三個方面的積極性，才有可能充分發(fā)揮“教學、實踐、科研”三位一體教學模式的功能與作用.

4 “教學、實踐、科研”三位一體教學模式的實踐

為了實現(xiàn)高等教育培養(yǎng)“創(chuàng)新型人才”的整體目標，充分發(fā)揮大學物理和大學物理實驗這兩門公共基礎課程在人才培養(yǎng)過程中的功能與作用，我校從2008年開始，大學物理和大學物理實驗這兩門課程便率先實踐“教學、實踐、科研”三位一體教學新模式.

首先，在工作職責的劃分上，大學物理和大學物理實驗兩門課程的教學工作由大學物理教學部統(tǒng)一負責，物理實驗的儀器設備的維修、維護、日常管理等等由物理實驗室（實驗中心）統(tǒng)一負責.為了確保實踐教學環(huán)節(jié)的順利進行以及教學部與實驗室的有機聯(lián)系，實驗室主任兼任教學部副主任.這就確保了“三位一體”教學模式中三個環(huán)節(jié)的有機聯(lián)系，能夠實現(xiàn)將“三位一體”教學模式的實施分解到任課教師負責制.

在搭建適合大學低年級學生的“科研”平臺方面，采用了在兩門課程中引入綜合設計性實驗項目，該實驗項目是全開放式的，只提要求，不設限制.要求學生在任課老師指導下對自己在科學和技術范疇感興趣的內容進行研究或設計（可以是對某些自然現(xiàn)象的定量的科學的理論分析；可以是對儀器設備的創(chuàng)新設計制作；也可以是對現(xiàn)有儀器設備的原理和設計進行改進等），將其理論研究成果或設計思想、設計原理、實驗結果等等以科技論文的形式提交.并將該內容與科技競賽結合起來，開展全校性的大學物理綜合設計及科技創(chuàng)新競賽活動.

作為大學物理實驗課程的綜合設計性實驗項目，凡選修大學物理及實驗課程的同學必須參加，由任課教師對學生提交的論文按百分制進行評定，其成績按30%計入大學物理實驗課程的總成績.作為科技創(chuàng)新競賽活動，首先由任課老師在每自然班篩選出三篇論文，匯總后，由大學物理教學部和大學物理實驗中心所有老師共同討論篩選出相關獎項，前三等獎采用答辯的方式確定，如果涉及到其他專業(yè)領域的問題可邀請相關專家共同參與評選，由校領導和相關部門領導頒發(fā)獲獎證書及獎金.

很明顯，這種以“大學物理”和“大學物理實驗”兩門公共基礎課程為依托，采用理論與實際相結合、課內學習與課外研究相結合、綜合設計性實驗項目與科技創(chuàng)新競賽相結合的方法，有效地實現(xiàn)了“教學、實踐、科研”三位一體的教學模式.

5 “教學、實踐、科研”三位一體教學模式的效果

在“三位一體”教學模式的實踐過程中，同學們從查閱資料，選題，到分析研究、理論推導、綜合設計、論文撰寫到現(xiàn)場答辯等，對科學研究、科技創(chuàng)新的全過程獲得了初步的感受.在此過程中，學生的科技創(chuàng)新意識、科學研究方法、實踐動手能力、理論和實際相結合的能力等從大學一年級開始就得到了初步的訓練和提升，從而為后續(xù)課程的學習和綜合素質的提高奠定良好的基礎.

到目前為止，該項實踐活動已經連續(xù)舉辦了四屆，參加的同學已經上萬人，在學生中產生了良好而熱烈的反響，激發(fā)了學生的創(chuàng)新意識和求知欲，激勵了學生的自主學習和科技創(chuàng)新的積極性，其作用和效果明顯.很多同學獨立完成了全過程，有些學生撰寫的論文內容具有明顯的創(chuàng)新性，已初步達到發(fā)表的水平；有的同學設計制作已成功獲得專利.比如：

07級材料科學與工程專業(yè)的張莉、彭洪鈞和杜俊林同學在利用霍爾效應測螺線管磁感應強度的實驗中發(fā)現(xiàn)實驗值與理論值的偏差始終比較大，想到了會不會是實驗儀器上給出的霍爾集成電路磁電轉換靈敏度本身存在較大的偏差造成的？于是，巧妙地利用了反向思維，從理論分析到實驗測定，完成了“霍爾集成電路磁電轉換靈敏度的探究”；

08級結構專業(yè)的李元明、戴立和唐小平同學通過光柵衍射實驗之后，想到了光盤也可以看成是反射光柵，利用激光在光盤上形成反射的衍射光斑，初步完成了“光盤軌道密度的測定”；

09級材料科學與工程專業(yè)的田秋瑩、王亞楠和張琛琪同學在實驗中發(fā)現(xiàn)不少實驗都需要計數(shù)、計時，有時候計數(shù)還比較困難，于是，將光敏電阻和計時、計數(shù)器結合起來，設計制作了計時計數(shù)綜合實驗儀，可用于邁克爾孫實驗的計數(shù)、轉動慣量實驗中的計時計數(shù)以及車流量計數(shù)等等，成功獲得了實用新型專利.

一些同學通過了這樣的科技創(chuàng)新競賽活動之后，留下了長長的感言，比如：

09級通信專業(yè)的李海、林志廣同學這樣寫道：大學物理課程“三位一體”教學模式的實踐讓我們收獲不少.不僅提高了自己的動手能力，激發(fā)了我們對未知領域的求知與探索，并且對于開發(fā)我們的智力，培養(yǎng)我們分析解決實際問題的能力，對于我們科學的邏輯思維的形成都有著積極的現(xiàn)實意義.

09級道路專業(yè)的溫健康、劉映奎和王文同學是這樣寫的：大學物理綜合設計及科技創(chuàng)新競賽活動讓我們開闊了視野，增長了見識，在喟嘆先人的聰明才智之余，更激發(fā)了我們不斷學習的自覺性.雖然我們這次的創(chuàng)新實驗不夠創(chuàng)新，但從中我們感受到了求知和探索的樂趣，真正地理解了實踐出真知這句話，我們會繼續(xù)努力探索自然界的奧秘.

此外，校內外的專家、教授也對“三位一體”教學模式給予了較高的評價.比如西南大學的李國慶教授認為大學物理和大學物理實驗課程的“三位一體”教學模式對于提高學生的能力具有積極的作用，并積極參與實踐.重慶大學的物理教授陶純匡老師則認為大學物理及大學物理實驗課程就應該采用“三位一體”的教學模式，等等.

鑒于“教學、實踐、科研”三位一體教學模式在培養(yǎng)學生的科技創(chuàng)新意識、科學研究方法、實踐動手能力、理論和實際相結合的能力等方面顯示出來的優(yōu)越性，通過重慶市科學技術協(xié)會立項，重慶物理學會主辦、重慶交通大學承辦、全市十四所高校參與的“首屆重慶市大學生物理創(chuàng)新競賽”也于2011年12月成功舉辦，效果良好，反應熱烈.參與高校一致認為該項競賽活動應該通過政府相關職能部門主管、資助，與數(shù)模競賽等其他競賽一樣，形成日常化競賽機制.目前，該模式已逐步推廣到其他高校.

6 結束語

綜上所述，可以看到，在大學物理和大學物理實驗課程中實施“教學、實踐、科研”三位一體的教學模式可以充分發(fā)揮通識性公共基礎課程在創(chuàng)新性人才培養(yǎng)中的功能與作用，效果良好.并且切實解決了以下教學問題：

1）破除各個層面（包括教師本身）對于基礎學科和基礎課程僅僅是傳授基礎知識的課程的觀念；樹立起通識性自然科學公共基礎課程對學生創(chuàng)新的意識、創(chuàng)新的科學方法、創(chuàng)新的理論基礎、實踐動手能力等各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)全方位培養(yǎng)的教學理念.

2）解決基礎課程教學中如何實現(xiàn)基礎知識的傳授、實踐動手能力的培養(yǎng)、科學研究和科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)的有機結合與融會貫通.

3）解決教學過程中如何實現(xiàn)真正意義上的理論與實際相結合、課內學習與課外研究相結合、設計性實驗項目與科技創(chuàng)新相結合.

總之，“教學、實踐、科研”三位一體的教學模式可以讓學生從低年級就認識到理論、實踐和創(chuàng)新對人才培養(yǎng)的重要性，從深化理論、動手實踐到創(chuàng)新發(fā)明，實現(xiàn)了“科學素質和創(chuàng)新能力培養(yǎng)”的教學培養(yǎng)目標，是一種行之有效的提高學生綜合素質的教學新模式，為其他通識性公共基礎課程的教學模式改革提供了有益的借鑒.

［1］ 教育部高等學校非物理類專業(yè)物理基礎課程教學指導分委員會.非物理類理工科大學物理實驗課程教學基本要求［M］.北京：教育部物理基礎課程教學指導委員會.2010

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2011-12-19；

2012-04-05）