周 玲， 姜東光

(大連理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院，遼寧大連116024)

0 引言

國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)指出“著力提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實踐能力、創(chuàng)新能力”。胡錦濤在清華大學(xué)百年校慶大會上的重要講話中強(qiáng)調(diào)，高等教育要“強(qiáng)化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，形成人才培養(yǎng)新優(yōu)勢”。只有高等教育的產(chǎn)品——人才具有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力，實踐能力，才能夠肩負(fù)起建設(shè)創(chuàng)新型國家的使命，才能完成由“中國制造”向“中國創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變，才能夠完成實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的任務(wù)。

基礎(chǔ)物理實驗教學(xué)中心承擔(dān)全校理工科學(xué)生每年3 900人以及500余研究生的實驗教學(xué)任務(wù)。大學(xué)物理實驗作為大學(xué)生進(jìn)校后的一門重要科學(xué)實驗課程，不僅應(yīng)讓學(xué)生受到嚴(yán)格、系統(tǒng)的實驗技能訓(xùn)練，掌握科學(xué)實驗的基本知識、方法和實驗技巧，更重要的是在培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際，分析問題和解決問題的能力，特別是與科學(xué)技術(shù)發(fā)展相適應(yīng)的綜合能力方面發(fā)揮著不可替代的作用［1-3］。中心2008年被批準(zhǔn)為國家級實驗示范中心建設(shè)單位。在學(xué)校的大力支持下，實驗教學(xué)硬件設(shè)備、實驗室條件也發(fā)生了巨大的變化，在現(xiàn)代化、多功能、綜合性、創(chuàng)新性等方面取得顯著成績，成為培養(yǎng)高素質(zhì)科學(xué)人才的重要實踐基地?；A(chǔ)物理實驗教學(xué)中心注重:加強(qiáng)基礎(chǔ)、開拓思維、培養(yǎng)能力、立足應(yīng)用、面向未來。為滿足不同層次人才培養(yǎng)的需要，構(gòu)建分層次、模塊化、合理開放的物理實驗課程體系。在教學(xué)中重創(chuàng)新、重過程、重實踐，在實驗內(nèi)容前沿化，師資隊伍構(gòu)建，實驗中心運行管理方面，取得較大進(jìn)展，形成了自身的特色。

1 建設(shè)實驗教學(xué)與研究能力強(qiáng)的教師隊伍［4-6］

1.1 堅持理論與實驗教學(xué)相互融通

基礎(chǔ)物理實驗教學(xué)中心教師的專職人員占一半以上，其余教師來自學(xué)科實驗室。大學(xué)物理理論課和實驗課專職教師歸大學(xué)物理中心管理。在與大學(xué)物理課程的聯(lián)系上，做到密切結(jié)合，共同成長。① 請大學(xué)物理理論課的資深教師來中心擔(dān)任物理實驗教學(xué)，把他們的理論背景帶到實驗教學(xué)中來。②把有常年實驗教學(xué)經(jīng)歷的教師安排到理論教學(xué)崗位，大幅度提高他們的物理理論素養(yǎng)。安排理論課教師與實驗課教師彼此結(jié)成教研小組，以便在教學(xué)實踐中互教互學(xué)、取長補短、共同進(jìn)步。效果明顯，理論課教師可以避免只講簡化的實驗?zāi)Ｐ?，不再陷入過于理想化而不能應(yīng)付學(xué)生的刨根問底式的追問;實驗課教師的課前輔導(dǎo)與理論課相互呼應(yīng)，彼此配合，實驗課上的巡回指導(dǎo)變得更加深刻有效。實驗教學(xué)與理論教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，成為中心建設(shè)的一個突出亮點，在國內(nèi)學(xué)術(shù)交流會議上，多次引起兄弟院校的關(guān)注。通過這種舉措教師隊伍的教學(xué)能力得以大幅度提高。

1.2 鼓勵專職實驗人員從事科學(xué)研究

基礎(chǔ)物理實驗教學(xué)中心，鼓勵、幫助專職教師走入科學(xué)研究及學(xué)科實驗室，目前50歲以下實驗教師系列均具有博士學(xué)位，他們從事科學(xué)研究，近四年發(fā)表SCI論文約40篇，獲得自然基金資助4項，通過主持參加科研項目，研究能力、實踐能力得以提高的實驗教師，無疑將其研究方法帶入實驗課堂，播撒著求真求實的實驗精神。

1.3 突出“編制在中心，發(fā)展在學(xué)科”的理念

充分利用我院“三束材料改性教育部重點實驗室”，“遼寧省先進(jìn)光電子技術(shù)重點實驗室”，“大連光電技術(shù)研發(fā)中心”等重點實驗室和等離子體物理國家重點學(xué)科，引進(jìn)了具有博士學(xué)位的實驗教師，這一部分實驗教師由于其研究背景與學(xué)科實驗室密切相關(guān)，可以繼續(xù)其研究，解決了發(fā)展問題。其很強(qiáng)的動手能力，掌握前沿現(xiàn)代科技的優(yōu)勢，在基礎(chǔ)物理實驗教學(xué)中心的教學(xué)及建設(shè)中得以發(fā)揮，成為實驗教學(xué)的重要力量。

1.4 吸引科研實驗人員參與實驗室建設(shè)及實驗教學(xué)

我院學(xué)科實驗室聚集了一批實驗技術(shù)人才，他們實驗科研能力強(qiáng)，在搭建實驗設(shè)備方面具有豐富的經(jīng)驗，對于基礎(chǔ)物理實驗教學(xué)中心的教學(xué)以及建設(shè)能夠發(fā)揮很好的作用。目前從博士生導(dǎo)師到青年博士參與中心實驗教學(xué)人員占實驗教師人數(shù)的40%，他們結(jié)合其研究領(lǐng)域為基礎(chǔ)物理實驗教學(xué)中心搭建實驗設(shè)備22套，如低壓氣體直流放電綜合實驗(8套)，低溫等離子體射流表面改性實驗(7套)，佩爾捷效應(yīng)實驗(1套)，空間單點光學(xué)相干層析技術(shù)實驗(4套)，真空獲得與測量(2套)，這些實驗與現(xiàn)代大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容具有一定的銜接，為開展研究性實驗教學(xué)提供了設(shè)備保障，這些實驗開闊了同學(xué)的視野，提高了學(xué)生對于實驗研究的興趣，增強(qiáng)了實驗?zāi)芰Α?/p>

2 深化教學(xué)內(nèi)容及體系的改革［7-10］

2.1 注重以人為本，重構(gòu)實驗教學(xué)體系

實驗教學(xué)的重點是有效提升學(xué)生的實踐能力、綜合素質(zhì)和創(chuàng)新探究的意識。實驗教學(xué)中應(yīng)更加尊重個性差異［11］，激發(fā)原本對實驗興趣較低的同學(xué)對實驗的興趣，提升那些喜愛實驗、渴望在實驗方面有所創(chuàng)造的同學(xué)的實驗創(chuàng)造能力。為此，我們在實驗教學(xué)體系的設(shè)置上，注重基本型實驗、綜合設(shè)計型實驗和研究創(chuàng)新型實驗的適當(dāng)組合。

在基本型實驗中，注重讓學(xué)生對常用的基本測量儀器有所掌握，學(xué)會幾種基本的數(shù)據(jù)處理方法，養(yǎng)成做物理實驗的良好習(xí)慣。我們安排了示波器的使用、拉伸法測量彈性模量、光的等厚干涉和分光計的調(diào)節(jié)與使用等實驗。在綜合設(shè)計型實驗中，把重點放在讓學(xué)生學(xué)習(xí)綜合考慮有關(guān)實驗因素、建立獨立設(shè)計實驗的意識。在RLC電路研究、全息照相等實驗中，讓學(xué)生受到綜合性設(shè)計性方面的訓(xùn)練。在研究創(chuàng)新型實驗中，推動學(xué)生關(guān)注實驗技巧的探究、實驗現(xiàn)象的鉆研，并綜合運用學(xué)習(xí)過的理論知識和實驗技能，自主選擇實驗樣品或材料，設(shè)計出具體的研究方案。面向全?？蛇x的研究性實驗有低溫等離子體射流聚合物表面改性等項目。

中心開設(shè)了自主開放性實驗教學(xué)，在大學(xué)物理的第一個學(xué)期，側(cè)重于綜合設(shè)計性實驗，第二個學(xué)期，側(cè)重于研究創(chuàng)新性實驗。自主開放性實驗面向全校理工科學(xué)生，鼓勵學(xué)生對物理實驗作較為深入的研究，經(jīng)自愿報名、自主選題、組成3人小組進(jìn)行實驗。對設(shè)計性實驗，要求學(xué)生自行查閱資料、自行寫出實驗的基本步驟并列出注意事項，經(jīng)與教師討論補充后自主進(jìn)行實驗。對研究性實驗，要求學(xué)生自主尋找實驗測試材料，自主設(shè)計實驗方案和測試范圍。對研究性實驗，還要求學(xué)生自行制作PPT講稿、經(jīng)教師考核小組主持的答辯，充分討論后才能夠完成。這些自主開放性實驗有:X射線綜合性實驗等、核磁共振成像、光譜技術(shù)實驗、白光干涉系列實驗、物質(zhì)對射線的吸收實驗、液晶的制備、掃描隧道顯微鏡使用、佩爾捷效應(yīng)等實驗。對學(xué)生進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，所有學(xué)生對這種創(chuàng)新型實驗的開設(shè)給予了肯定，部分學(xué)生對自己的研究項目十分感興趣。通過研究型實驗平臺建設(shè)，不僅“激發(fā)了學(xué)生的主觀能動性、主動創(chuàng)造思維，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力”［4］，而且也提高了教員的業(yè)務(wù)水平。在研究性實驗的教學(xué)過程中，不斷地積累經(jīng)驗，豐富了實驗教學(xué)內(nèi)容，對實驗的改進(jìn)也有很大幫助。

學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣在上述不同層面的實驗中選擇具體項目，通過這種層次化的實驗體系，充分尊重學(xué)生個性差異，滿足了學(xué)生對于實驗課程及研究的不同需要，從而達(dá)到普遍提高實驗技能的目的。

2.2 教學(xué)內(nèi)容改革突出實踐性和時代特色

實驗教學(xué)內(nèi)容的改革，以突出實踐性和鮮明的時代特征為標(biāo)志，兼顧傳統(tǒng)與現(xiàn)代的結(jié)合，以科研和工程技術(shù)對實驗教學(xué)的積極滲透作為推進(jìn)改革的通道。

(1)保留經(jīng)典實驗內(nèi)容。在選擇實驗項目和儀器設(shè)備上，堅持保留經(jīng)典的實驗項目，如示波器的使用、分光計的調(diào)節(jié)、邁克耳孫干涉儀的調(diào)節(jié)、表面張力系數(shù)測定、光柵常數(shù)測量等;同時，通過引進(jìn)數(shù)字示波器、以激光為光源的邁氏干涉儀、配置了力敏傳感器的表面張力系數(shù)測定儀、引入計算機(jī)和自控系統(tǒng)來完成光偏振實驗，賦予這些傳統(tǒng)實驗以現(xiàn)代氣息，成為物理實驗教學(xué)中現(xiàn)代結(jié)合的一個典型模式。此種模式中，實驗內(nèi)容是經(jīng)典的，而測量方法可以包含重要的現(xiàn)代元素。

(2)引入近現(xiàn)代實驗內(nèi)容。適當(dāng)選擇以量子物理等近現(xiàn)代內(nèi)容為主題的實驗項目，如密立根油滴和光電效應(yīng)實驗等，既很好地配合了大學(xué)物理理論教學(xué)，展現(xiàn)了物理實驗教學(xué)與時俱進(jìn)的教學(xué)風(fēng)格，又在這些實驗中使用了傳統(tǒng)的浮力定律、光柵光譜等，這些都是在實驗中需要強(qiáng)調(diào)、要求學(xué)生注意體會的重要方面。

(3)和科研性工程技術(shù)結(jié)合。通過等離子體物理系列實驗、X射線綜合實驗、帕爾貼效應(yīng)、探針式顯微鏡、核磁共振成像等實驗，把科研、工程技術(shù)和社會應(yīng)用密切聯(lián)系起來，把科技創(chuàng)新和本院校的學(xué)科優(yōu)勢，有機(jī)地融入中心的實驗教學(xué)改革中來。

2.3 強(qiáng)調(diào)實驗特征培養(yǎng)求真求實精神

物理學(xué)本質(zhì)上是實驗科學(xué)，實驗的本質(zhì)是具有實踐性、現(xiàn)實性、誤差性，即便在理論課的教學(xué)中也應(yīng)該充分強(qiáng)調(diào)物理學(xué)的這一特征，我們國家的理論課教學(xué)往往忽視了這一點，麻省理工的Water Levin在《經(jīng)典力學(xué)》第一講［11］的理論課教學(xué)是我們學(xué)習(xí)的典范。我們在實驗教學(xué)時，十分重視誤差理論與數(shù)據(jù)處理的理論教學(xué)，以課程負(fù)責(zé)人、中心領(lǐng)導(dǎo)為核心的教學(xué)小組堅持為學(xué)生開設(shè)講座、要求新任實驗課的教師參加實驗理論教學(xué)，聽課并完成有關(guān)培訓(xùn)計劃。通過每學(xué)期都開設(shè)的教授講座來強(qiáng)化學(xué)生對實驗誤差、數(shù)據(jù)處理等實驗知識的理解和重視。在課堂教學(xué)中強(qiáng)調(diào)實驗本身在物理學(xué)發(fā)展中的重要地位，正是由于實驗的求真求實才有效地推動了物理學(xué)的發(fā)展。因此在實驗設(shè)備的安排上，儀器設(shè)備往往是不同批次的，在實驗數(shù)據(jù)以及結(jié)果上就有了差異，這樣不但能夠很好地利用設(shè)備，又能夠讓學(xué)生的求真求實精神［12］得以檢驗和提高。

2.4 改革實驗教學(xué)方法

基礎(chǔ)物理實驗教學(xué)中心立足師資隊伍的整體建設(shè)，力促理論與實驗教師的互相結(jié)合、促進(jìn)以科研為主和以教學(xué)為主的教師互相結(jié)合。中心安排的理論-實驗專題教研小組，每個小組均有實驗及理論背景的老師組成;每個實驗項目都有項目負(fù)責(zé)人(簡稱“題長”)，在集體備課、年輕教師培養(yǎng)、研究生助教培訓(xùn)等工作上發(fā)揮了積極有效、不可替代的作用。中心領(lǐng)導(dǎo)、實驗室負(fù)責(zé)人和題長等骨干教師還經(jīng)常聽課，檢查實驗報告的批閱情況，及時進(jìn)行教學(xué)指導(dǎo)。這些舉措提高了教學(xué)水平，在實驗教學(xué)質(zhì)量上得到了明顯的效果，切實做好了以優(yōu)良教師為主導(dǎo)這一重要環(huán)節(jié)。

中心還積極采取措施，建立以學(xué)生為中心的實驗教學(xué)模式［13-15］。①學(xué)生可以自主提前進(jìn)入實驗室旁聽課前的實驗輔導(dǎo)，這就避免了只是面對參考書進(jìn)行預(yù)習(xí)。在實驗室里對實驗過程可以大致了解，因而可以寫出比較好預(yù)習(xí)報告，使實驗的準(zhǔn)備更切實際。②在完成實驗后整理實驗報告時，學(xué)生或許會發(fā)現(xiàn)當(dāng)時未曾注意到的某些問題，或者部分同學(xué)當(dāng)時沒有完全做完實驗，只要時間允許，他們就可以進(jìn)入實驗室，再一次補充有關(guān)實驗步驟，完成想探索的實驗課題。③建立了實驗網(wǎng)上預(yù)習(xí)機(jī)制，可以利用課件時行有關(guān)實驗預(yù)習(xí)，把預(yù)習(xí)、實驗和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合起來。④在自主開放性實驗中，學(xué)生結(jié)成3人小組，形成以自主式、合作式、研究式為主的學(xué)習(xí)方式，由于學(xué)生大都來自不同院系專業(yè)，在小組中形成了學(xué)科優(yōu)勢互補。⑤實驗教學(xué)手段先進(jìn)，引入現(xiàn)代技術(shù)，如傳感技術(shù)、計算機(jī)輔助測量和數(shù)據(jù)處理技術(shù)等，融合多種方式輔助實驗教學(xué)。⑥建立多元實驗考核方法，既注重實驗結(jié)果的考核，更重視考核實驗過程的考核，努力激發(fā)學(xué)生實驗興趣，同時對全校學(xué)生安排筆試，對部分專業(yè)進(jìn)行實驗操作考核，有效提高了學(xué)生學(xué)習(xí)物理實驗的自覺性和主動性。

3 改革成效

基礎(chǔ)物理實驗教學(xué)已經(jīng)覆蓋了學(xué)校所有專業(yè)，即使是外語專業(yè)、經(jīng)濟(jì)專業(yè)也在演示物理實驗中有所受益。由于采取了現(xiàn)代與傳統(tǒng)緊密結(jié)合、理論與實驗有機(jī)融合、教師與學(xué)生自覺配合的改革措施，學(xué)生實驗興趣濃厚，對實驗教學(xué)評價總體優(yōu)良。在國家級實驗教學(xué)示范中心建設(shè)過程中，學(xué)生實驗基本技能寬厚扎實，實踐創(chuàng)新能力不斷增強(qiáng)，所獲成果較多:學(xué)生發(fā)表論文10篇，在省部級以上物理競賽獲獎10次。其中，在2010年底于中國科技大學(xué)進(jìn)行的全國大學(xué)生物理實驗競賽，我校參賽的4名同學(xué)都獲得了一、二等獎。

經(jīng)過持續(xù)不斷地建設(shè)，中心擁有了一支實驗素質(zhì)高，教學(xué)能力強(qiáng)的師資隊伍。近4年，承擔(dān)省部級以上教學(xué)改革項目3項，獲得省級以上教學(xué)成果5項，正式發(fā)表的高水平實驗教學(xué)論文30余篇，發(fā)表科研論文百余篇。

4 結(jié)語

物理學(xué)是一門實驗科學(xué)，物理學(xué)的發(fā)展及其成果已經(jīng)被廣泛地用于科學(xué)技術(shù)以及人類生活，物理實驗教學(xué)不但肩負(fù)著教給學(xué)生科學(xué)實驗的基本知識、方法和實驗技巧，而且也在培養(yǎng)學(xué)生用物理的思維去理解現(xiàn)代科技，用基本的物理實驗手段，去研究發(fā)展各分支學(xué)科以及技術(shù)學(xué)科。我校基礎(chǔ)物理實驗教學(xué)中心，圍繞培養(yǎng)學(xué)生實踐能力，求真求實精神，提高理工科學(xué)生甚至文法管經(jīng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)方面，進(jìn)行了一系列改革，也取得了令人欣慰的實效。在未來的10年里，國家強(qiáng)調(diào)“著力提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實踐能力、創(chuàng)新能力”的大環(huán)境下，基礎(chǔ)物理實驗教學(xué)中心的教學(xué)水平必將跨上一個新臺階，必將為學(xué)校“精英人才”培養(yǎng)作出更大的貢獻(xiàn)，從而為完成由“中國制造”向“中國創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變發(fā)揮應(yīng)有的作用。

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