劉春宇 徐瑛 張志穎 周成城 孫秀平

大學物理開放式實驗教學模式的構建與高校創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)

劉春宇 徐瑛 張志穎 周成城 孫秀平

（長春理工大學，吉林長春130022）

大學物理基礎實驗是大學生進入大學后第一個接觸的一門實驗課程。結合我校多年大學物理開放式實驗室的教學工作經(jīng)驗，以培養(yǎng)學生觀察能力、動手能力、創(chuàng)新思維為出發(fā)點，探討開放式教學在大學物理實驗中的地位和作用，并對下一步的工作的開展提出幾點建議。

大學物理實驗；開放實驗室；創(chuàng)新

物理學是一門實驗的科學，物理學上新的突破常常是通過新的實驗技術的發(fā)展，從而促進科學技術革命，形成新的生產(chǎn)力[1]。物理學在人才的科學素質培養(yǎng)中具有重要的地位，大學物理實驗課是理工科學生進入大學后第一門科學實驗課程，該課程在培養(yǎng)學生基本實驗技術、觀察能力、實踐能力、創(chuàng)新能力、獨立工作能力等方面，是其他課程所無法取代的[2]。但在傳統(tǒng)的大學物理實驗教學中，學生往往過分依賴于實驗講義的內(nèi)容及老師的指導與講解。在這一過程中，做什么實驗？怎么做？應該得到什么樣的結果？都有較為嚴格的規(guī)定，學生在實驗中雖然鍛煉的動手能力，但自主思考和創(chuàng)新意識并沒有得到極大的提升。而當社會，科技飛速發(fā)展，時代急迫的需要大量具有大量創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力的高素質人才。為了滿足社會對高素質人才的需求，提高高等院校理工科學生的創(chuàng)新能力，促進大學物理教學改革，提高實驗教學的質量及實驗室儀器的利用率，提出了在大學物理實驗中逐步加強開放式教學模式的新思維，促進高校創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)[3]。

1.大學物理實驗教學改革的必要性

目前國內(nèi)多數(shù)高校的大學物理實驗仍以傳統(tǒng)教學模式為主，這種教學存在著許多弊端，如實驗內(nèi)容較為傳統(tǒng)，多為驗證性實驗，即驗證大學物理理論課堂上所學的理論知識，實驗內(nèi)容較為單一。這種傳統(tǒng)教學模式有其開設的社會經(jīng)濟背景條件：以前學生在初、高中物理學習階段親自動手操作實驗的機會較少，動手能力較弱。在大學低年級的學習階段，突然安排難度較高、靈活性強的實驗會使學生無所適從。但隨著我國社會經(jīng)濟水平的提高，很多初、高中學校已經(jīng)具有一定開展基礎物理實驗的能力和水平，使部分學生在進入大學之前就已經(jīng)具備一定或相當?shù)膭邮植僮髂芰?。此時，再讓這些同學去重新做他們已經(jīng)做過的經(jīng)典實驗，無疑會打擊學生對物理學習的積極性；有的實驗題目與學生專業(yè)相關性不大，學生學習興趣不濃，參與性不高。這些都會使學生對實驗產(chǎn)生厭煩的情緒，缺乏創(chuàng)新意識和創(chuàng)新熱情。這些現(xiàn)象均與現(xiàn)代高等學校教育的宗旨完全相悖，不利于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)要求。

為了滿足現(xiàn)代化教育的要求，培養(yǎng)學生自主創(chuàng)新能力和個性發(fā)展，逐步嘗試全方位、多層次的開放式教學模式是大學物理實驗教學改革的必然趨勢和發(fā)展方向，是許多高校都在努力探索和實踐的一項重要課題，對傳統(tǒng)的教學模式、教學內(nèi)容和管理模式的巨大挑戰(zhàn)。

2.大學物理實驗開放式教學模式的構建

為了培養(yǎng)學生自主創(chuàng)新、獨立思考、分析問題、解決問題的能力，滿足現(xiàn)代化社會對高素質人才的需求，在高等學校大學物理實驗教學中實行全方位、多層次、深入的開放式教學改革是必然的趨勢與發(fā)展方向。同時，也是對傳統(tǒng)實驗教學觀念、教學內(nèi)容、教學管理模式和評估手段的巨大挑戰(zhàn)[4-5]。

2.1 實驗內(nèi)容

合理選擇實驗教學內(nèi)容，實行開放型實驗教學，充分發(fā)揮學生的自主性，保證實驗室開放效果，同時注意與理論課內(nèi)容的同步性，循序漸進的實驗教學體系。我校依據(jù)自身條件，自2005年起逐步實現(xiàn)大學物理實驗室的開放，至今所開設實驗題目均可直接面向我校理、工科學生全面開放。開設實驗題目共計32個，實驗內(nèi)容涵蓋力學、熱學、光學、電磁學四個領域；實驗組成分為驗證性實驗、綜合性實驗、設計性實驗、演示實驗和研究創(chuàng)新型實驗等，形成從基礎物理到近代物理，從基礎操作到綜合能力培養(yǎng)逐步提升的實驗課程體系。

實驗內(nèi)容以光學、電磁學為主，力學和熱學實驗為輔，因為傳統(tǒng)的力學和熱學實驗多為驗證性實驗，而在綜合性、設計性實驗中則更多的體現(xiàn)為學生對力學、熱學、光學和電磁學的綜合技能的培養(yǎng)。

2.2 建設開放性實驗預約及管理平臺

充分利用校園網(wǎng)的優(yōu)勢，建立完善的實驗時間網(wǎng)上預約制度，建立具有自身特色的網(wǎng)絡化實驗題目預約、教學和實驗室管理信息平臺，確保開放性大學物理實驗的順利開展。信息平臺包括控制中心網(wǎng)站、物理多媒體教學展示平臺（包括大學物理實驗網(wǎng)絡課件及物理演示實驗相關視頻）、開放式實驗室網(wǎng)上預約平臺（主要包括實驗題目及需要的相關儀器，以便實驗老師提前進行實驗準備，并需注明是否用到強激光或化學試劑等具有危險性物品）、實驗室相關安全規(guī)定與基礎操作知識的測試平臺、網(wǎng)上查詢系統(tǒng)、教師網(wǎng)上成績評估平臺、學生網(wǎng)上咨詢平臺等子系統(tǒng)。信息平臺及相關子系統(tǒng)的建設及規(guī)范化管理使其教師即完成實驗課堂的前期指導工作、也可實現(xiàn)課后輔導及成績評定。

我校大學物理實驗室已建立QQ討論群及微信討論群，使老師能夠及時解答學生關于實驗預約、實驗數(shù)據(jù)處理、分析、實驗報告的發(fā)放、實驗中出現(xiàn)問題的反饋其它實驗相關的問題。該方法的實施極為有效的提高了學生實驗的積極性，使師生之間能夠得到更有效率的溝通。

2.3 開放式實驗的教學方法及教學手段

根據(jù)實驗教學的特點，采取多種教學方法相結合的手段，提高教學效果。如討論式教學、互動式教學和任務式教學等教學方法。教學中綜合運用多種教學手段，如教師講解、儀器演示、現(xiàn)象模擬和多媒體演示等，激發(fā)學生學習興趣，強化教學效果。充分利用校園網(wǎng)絡對實驗教學內(nèi)容進行課前預習及課后復習，使學生能夠充分學習和掌握實驗教學的內(nèi)容。同時，在網(wǎng)絡上可適當增加實驗背景及其相關知識的介紹，如大學物理演示實驗，實驗內(nèi)容較多，涉及的知識面比較廣泛，而課堂時間有限，因此將相關的背景知識、理論知識在網(wǎng)絡上共享，滿足不同層次學生的學習需求，也提高學生的自主學習能力。

我校是一所以光學為特色的高等學校。因此，在大學物理演示實驗題目開設則考慮以光學、電學及近代物理演示實驗為主，以突出光學的專業(yè)特色。大學物理演示實驗每年可開出近60題目，分上、下兩個學期，每個學期3學時，主要由老師操作并講解實驗現(xiàn)象，學生觀察思考為主。通過近10年的教學觀察，演示實驗對提高學生學習興趣、觀察、分析、理論聯(lián)系實驗能力是非常有效的，同時也激發(fā)了學生的創(chuàng)新意識。

2.4 開放式實驗的考核方法

我?？偨Y數(shù)年實驗室開放的經(jīng)驗，制定了一系列實驗考核方法。針對學生實驗預習、實驗態(tài)度、操作水平、報告書寫、實驗設計能力等多方面綜合進行評定，納入該題目的最終成績。對不同實驗題目，通過提問的方式考核學生實驗課前預習的程度；通過實驗操作水平來考核學生動手能力；能過實驗報告來考核學生綜合分析、數(shù)據(jù)處理、書面表達，以及課后思考的能力。其中實驗預習、實驗操作、數(shù)據(jù)處理各占總成績的30%，40%和30%。通過全面、綜合評定學生的實驗能力，充分尊重學生的個性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。

2.5 開放式實驗室的管理

有別于傳統(tǒng)的實驗教學管理方法，開放式實驗教學突出開放性、靈活性及創(chuàng)新性，把一個領域的多個知識點或多個領域的知識內(nèi)容融合于實驗中，使學生從多個不同的角度、不同的方向去尋找問題的解決方法。開放式實驗室的管理在時間上要更為靈活，我們學校大學物理實驗室不僅在工作日開放，在休息日也有選擇的開放，更方便學生對實驗時間的選擇。為了使實驗室開放工作更有成效、持久和深入，我們不斷加強和完善教學管理和各項規(guī)章制度，加強實驗教學隊伍建設。

3.結束語

開放性實驗是高等院校培養(yǎng)高素質創(chuàng)新人才的要求，是深化高等學校教學體制改革、培養(yǎng)學生綜合實踐能力的重要手段之一。實現(xiàn)開放型實驗教學模式，我們目前還有許多問題需要解決。因此，在接下來的工作中，一方面要豐富實驗內(nèi)容，保證設備高效運行，完善開放實驗的具體細節(jié)工作；另一方面，要加強實驗教師隊伍建設、教材建設、實驗室管理規(guī)章制度建設、網(wǎng)絡信息平臺建設等。相信在開放性實驗室的建設中，我校物理實驗教學質量必將得到全面的提升，為培養(yǎng)出同時具備綜合實踐能力和創(chuàng)新能力的創(chuàng)新型人才打下堅實基礎。

[1]劉扭參，李俊青.開放式物理實驗教學的探索和實踐[J].河南教育學院學報（自然科學版），2012，21（1）:58-60.

[2]勞媚媚，徐軍，陳如麟.開放實驗室條件下的大學物理實驗教學改革新探[J].實驗室研究與探索，2010，29（8）:235-237.

[3]張志芹.加強開放實驗教學，提高物理實驗教學質量[J].實驗技術與管理，2011，28(8):287-290.

[4]艾莉，馬駿，汪子棟，劉淑芳.開放物理實驗室加強物理實踐教學[J].甘肅科技，2005，21（8）:207-208.

[5]杜顏伶.綜合性大學物理實驗改革的探索與實踐[J].高校實驗室工作研究，2012，114（4）:24-25.

（責任編輯：方少卿）

G642.423

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1671-752X（2015）04-0060-02

2015-08-27

劉春宇（1978-），女，河北灤縣人，長春理工大學理學院講師，博士，研究方向：大學物理實驗教學、光譜學與光譜分析技術。

2014-2015年度長春理工大學高等教育教學研究課題“大學物理開放式實驗室的建設與研究”；2012-2014年度吉林省教育科學“十二五”規(guī)劃2011年度課題“美國創(chuàng)新教育與中國高校素質教育的對比研究”（編號：GH11118）；2012-2014年度國家自然科學基金項目“高壓含鋰輕元素二元合金超導電性的第一性原理研究”（編號：11104019）。