陳國祥 楊 旭

(西安石油大學(xué)理學(xué)院 陜西 西安 710065)

應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)實驗課程教學(xué)改革的探索

陳國祥 楊 旭

(西安石油大學(xué)理學(xué)院 陜西 西安 710065)

應(yīng)用物理學(xué)是一門將物理學(xué)知識與實際應(yīng)用結(jié)合的新型理科專業(yè)，其重要組成部分是實驗課程．根據(jù)當(dāng)前高校實驗教學(xué)現(xiàn)狀，針對本校應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)特點，圍繞培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)理念，我們在授課方式、教學(xué)內(nèi)容體系、考核方式、開展第二課堂等幾方面采取了一系列的教學(xué)改革措施．通過實驗課程改革，學(xué)生的創(chuàng)新能力、實驗?zāi)芰途C合素質(zhì)都得到了明顯提高．

應(yīng)用物理學(xué) 實驗課程 教學(xué)改革 創(chuàng)新型人才

應(yīng)用物理專業(yè)是一個以物理為基礎(chǔ),強調(diào)將物理學(xué)知識與實際應(yīng)用相結(jié)合的新型理科專業(yè)[1]．我校應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)將光電子技術(shù)作為本專業(yè)的特色．光電子技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的一個重要分支，它是由光學(xué)和電子技術(shù)相結(jié)合而形成的一門技術(shù),已成為世界各國競相發(fā)展的現(xiàn)代高科技重要組成部分．20世紀(jì)60年代激光的出現(xiàn),使古老的光學(xué)煥然一新,光電子技術(shù)得到飛速發(fā)展．光電子技術(shù)是科學(xué)技術(shù)的先導(dǎo)技術(shù),它已在國民經(jīng)濟的各行各業(yè),人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鞯母鱾€方面普遍存在．隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的綜合化,學(xué)科間的相互滲透,作為物理專業(yè)傳統(tǒng)的光學(xué)和電子技術(shù)有力結(jié)合而形成的光電子技術(shù),將在今后的發(fā)展中有著廣闊的前景．

支撐起應(yīng)用物理專業(yè)的重要組成部分是實驗．專業(yè)建設(shè)要形成自己的特色,建設(shè)實驗特色應(yīng)是并駕齊驅(qū)．現(xiàn)有的實驗課程主要有普通物理實驗、近代物理實驗和光電子技術(shù)綜合實驗．為了能突出專業(yè)的特色,必須在實驗內(nèi)容的選題上、在教學(xué)手段和方法上、在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、設(shè)計科研能力和水平上進行研究和探討并實施教學(xué)．通過實踐使學(xué)生深入理解應(yīng)用物理學(xué)的基本理論及基本原理，開拓學(xué)生理論聯(lián)系實際的方法和創(chuàng)新思路，提高學(xué)生的科學(xué)實驗素質(zhì)，為今后從事光電子技術(shù)等相關(guān)方面的工作奠定理論和實踐基礎(chǔ)．

1 教學(xué)改革的必要性

隨著社會的發(fā)展，我國的教育已由應(yīng)試教育向素質(zhì)教育轉(zhuǎn)變，而作為理工類大學(xué)本科人才培養(yǎng)過程中十分重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，實驗課程教學(xué)顯得尤其重要．通過課程的實踐動手訓(xùn)練，對學(xué)生在專業(yè)實驗的基本技術(shù)方法和基本操作技能的把握、對應(yīng)用物理學(xué)概念和規(guī)律的熟悉、對學(xué)生科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)、以及創(chuàng)新意識的練習(xí)等方面都起著至關(guān)重要的作用[2,3]．

當(dāng)前，大學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)是高等教育教學(xué)改革的重點內(nèi)容之一，如何切實加強大學(xué)生實踐動手能力和實驗創(chuàng)新意識培養(yǎng)，改革傳統(tǒng)實驗教學(xué)的方法和模式，提高學(xué)生科學(xué)實驗素質(zhì)，是目前亟需研究的課題．目前在大學(xué)生實驗動手能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面存在的主要問題有：

(1)在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中忽視學(xué)生實驗?zāi)芰蛯嶒瀯?chuàng)新意識的培養(yǎng)，在學(xué)生中普遍存在“要求我做實驗”、而不是“我要求做實驗”的不良現(xiàn)象；

(2)教學(xué)方式單一，教學(xué)過程單調(diào)，只強調(diào)學(xué)生“做”實驗，而不是強調(diào)學(xué)生“學(xué)會”做實驗．學(xué)生做實驗大都是按照現(xiàn)成的“實驗步驟”機械式地“照方抓藥”、“依葫蘆畫瓢”，在部分學(xué)生中存在應(yīng)付現(xiàn)象，沒有積極性．

(3)缺乏規(guī)范的、科學(xué)的實驗?zāi)芰己思殑t和要求，實驗考核方式單一、落后，強調(diào)的主要是實驗結(jié)果或筆試成績，“高分低能”的現(xiàn)象較為嚴(yán)重．

針對以上問題，我們提出了分層次教學(xué)方式的改革思路，同時完善考核標(biāo)準(zhǔn)，開放實驗室，有效培養(yǎng)學(xué)生的實驗興趣，提高學(xué)生的實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新解決問題的水平，形成可持續(xù)發(fā)展的實驗教學(xué)潛力．

2 教學(xué)改革措施

2.1 授課方式改革

為了提高學(xué)生的實驗興趣，培養(yǎng)學(xué)生獨立實驗、獨立思考、細致分析、深入研究的習(xí)慣，使學(xué)生從按部就班地按照實驗步驟“照方抓藥”轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極主動地“對癥下藥”，首先必須從課堂實驗的授課方式開始，改革“教師按教材講解實驗?zāi)康?、原理、步驟等，學(xué)生按教材重復(fù)步驟、給出實驗數(shù)據(jù)”的教學(xué)模式．為此，我們提出引導(dǎo)講解模式，而不是簡單地照本宣科介紹實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗步驟．引導(dǎo)式講解是指在進行具體的實驗之前，首先要求學(xué)生認真預(yù)習(xí)，然后說明本實驗需要達到的目的、解決的問題，進而引導(dǎo)學(xué)生回憶學(xué)過的理論知識，尋找能夠解決該問題的技術(shù)途徑，最終歸納到本實驗計劃采取的實驗方法，與同學(xué)們一起復(fù)習(xí)這種方法的原理；其次，可以通過提問的形式，歸納完成該實驗需要經(jīng)歷的主要步驟、可能遇到的技術(shù)問題、以及解決問題的方式方法．例如，在做“全息照相”實驗時，可以通過設(shè)置一系列的問題來間接向同學(xué)們介紹實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗步驟等內(nèi)容，如：光路的特點是什么？干板記錄的形式和實質(zhì)是什么？記錄條紋與相干長度有什么樣的關(guān)系？自組光路應(yīng)該注意什么問題？又如在做“光速測量”時，實驗的設(shè)計思想是什么？如何產(chǎn)生拍頻？光路的特點等一些問題？使學(xué)生能夠逐步了解“通過什么手段、達到什么目的”，最后由學(xué)生自己總結(jié)實驗的原理和實驗步驟，然后開始實驗．

通過這種途徑，一方面既促進學(xué)生養(yǎng)成提前預(yù)習(xí)的習(xí)慣，提高了學(xué)生實驗的興趣，又引導(dǎo)學(xué)生自己完成了理論解決實際問題的過程，由教師講解—學(xué)生被動接受，變?yōu)榱私處熖釂枴獙W(xué)生主動思考，達到了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實驗素質(zhì)的目的[4]．

2.2 分層次教學(xué)內(nèi)容體系改革

實踐教學(xué)體系的改革是應(yīng)用物理學(xué)實驗課程改革的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，課程教學(xué)實行“階段實施，逐步深入”的模式，按照緒論和預(yù)備知識階段、基礎(chǔ)系列實驗階段、專題研究提高實驗3個階段進行[5,6]．緒論和預(yù)備知識階段以多媒體教學(xué)的形式對學(xué)生集中講授，安排在實驗操作前進行，約6學(xué)時；基礎(chǔ)系列實驗階段為應(yīng)用物理專業(yè)物理實驗的主要教學(xué)階段，學(xué)生在實驗室按照統(tǒng)一編排課程表分組循環(huán)在實驗室完成實驗操作，每個實驗大約4學(xué)時左右．基礎(chǔ)實驗階段教學(xué)要求,以掌握實驗原理和內(nèi)容、儀器操作方法、正確處理實驗數(shù)據(jù)、引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生剖析實驗問題為主．專題研究實驗階段，在“綜合性實驗設(shè)計”階段，每位學(xué)生可選1個專題實驗，2周時間完成．專題研究實驗側(cè)重學(xué)生對某個專題實驗的深入研究和探討，強調(diào)以學(xué)生為主導(dǎo)，讓學(xué)生在研究實驗中學(xué)習(xí)研究的方法．由指導(dǎo)教師布置專題任務(wù)，學(xué)生制定實驗方案，獨立完成實驗設(shè)計、儀器的選配、實驗結(jié)果分析以及實驗方案的改進和總結(jié)．基礎(chǔ)系列實驗和專題研究實驗的實驗報告均以論文的格式完成．

通過以上實驗課程體系改革，實現(xiàn)了從驗證認識型實驗向綜合設(shè)計型實驗的良好過渡，使學(xué)生在進行更高水平的本科畢業(yè)設(shè)計工作之前打下良好的專業(yè)實驗基礎(chǔ)，并具有一定的實踐工作經(jīng)驗．

2.3 實驗課程考核方式改革

制定規(guī)范、科學(xué)的實驗?zāi)芰己思殑t和要求，完善實驗考核方式是完成實驗類課程改革的一個重要方面，也是消除學(xué)生應(yīng)付實驗現(xiàn)象的關(guān)鍵一步，是克服目前普遍認為實驗教學(xué)效率不高現(xiàn)狀的重要手段．

實驗考核主要以平時實驗的預(yù)習(xí)、操作技能和實驗報告為主,占總成績50%，期末進行隨機抽簽獨立完成實驗，占總成績的50%．檢查學(xué)生對實驗項目的數(shù)據(jù)獲得、數(shù)據(jù)處理、誤差分析以及考查學(xué)生的實驗技能．期末考試要求學(xué)生對某一實驗項目中的一些問題撰寫論文,發(fā)表自己的見解,以提高學(xué)生的研究能力．如實驗結(jié)束后,學(xué)生選擇某一實驗,也有選擇某一實驗方法,對教師給出的一些題目,或自己在實驗中發(fā)現(xiàn)的問題,發(fā)表自己的觀點,撰寫論文．如有的學(xué)生在“光譜分析”實驗中，對色散元件的非線性特性進行分析和討論．在“全息照相”實驗中，對反射式和透射式全息照相進行討論．

2.4 開放實驗室

有許多學(xué)生在做完實驗之后，感覺收獲很大，意猶未盡．我們安排學(xué)有余力的同學(xué)成立學(xué)習(xí)興趣小組，開展第二課堂，在實驗室里面做喜歡的實驗．在不影響正常教學(xué)的情況下,專門騰出一間實驗室作為開放實驗室,設(shè)置實驗儀器．學(xué)生在工作日可以根據(jù)自己的興趣、愛好和預(yù)想在開放實驗室獨立完成實驗操作,遇到問題可以咨詢實驗室專職值班教師．

學(xué)生可以根據(jù)自己的愛好和興趣,選擇硬件或軟件方面的設(shè)計課題、第二課堂要和各種設(shè)計競賽，如：挑戰(zhàn)杯、創(chuàng)新競賽、電子設(shè)計大賽、光電設(shè)計大賽、科研子課題等相結(jié)合．鼓勵和資助學(xué)生進行應(yīng)用物理實驗儀器和電子信息產(chǎn)品等的開發(fā),將來可以發(fā)展為本科畢業(yè)設(shè)計課題．

3 結(jié)束語

我們從改革教學(xué)內(nèi)容、改進教學(xué)方式、活躍教學(xué)過程、完善實驗考核方式、開展第二課堂等幾方面對應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)實驗課程進行改革．通過開展引導(dǎo)授課模式，以及分層次實踐教學(xué)體系改革，搭建了由簡單驗證性實驗到創(chuàng)新設(shè)計性工作的橋梁，使該專業(yè)實驗課程真正起到從通識基礎(chǔ)類實驗課程到本科畢業(yè)設(shè)計實踐環(huán)節(jié)的銜接作用．通過應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)實驗課程改革，可以進一步加深學(xué)生對應(yīng)用物理學(xué)理論的理解程度，提高學(xué)生對應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)實驗的積極性與主動性，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力以及學(xué)以致用科學(xué)素養(yǎng)，為培養(yǎng)適應(yīng)社會發(fā)展的創(chuàng)新型人才打下堅實的基礎(chǔ)．

1 黃曙江,鄭飛躍,徐經(jīng)梅.應(yīng)用物理專業(yè)實驗特色和教學(xué)的研究.杭州電子科技大學(xué)學(xué)報,2005,1(2):61～64

2 黃顯吞.地方院校以特色物理實驗室建設(shè)促進創(chuàng)新人才培養(yǎng)研究.大學(xué)物理實驗,2016,29(5):130～132

3 李堯,陳秋杰,徐思昀,等. 探尋物理實驗教學(xué)改革增強學(xué)生的實踐與創(chuàng)新能力.大學(xué)物理實驗,2013,26(3):104～106

4 張健,毛巍威,王興福,等.自主學(xué)習(xí)型研究性實驗教學(xué)的探索與實踐.大學(xué)物理實驗,2016,29(5):145～147

5 張銳波.物理實驗分段式教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的探究.物理通報,2016,35(11):12～14

6 霍漢平.近代物理實驗教學(xué)改革的探索和實踐.教育與職業(yè),2006(29):154～155

Exploration on Teaching Reform of Applied Physics Experiment

Chen Guoxiang Yang Xu

(College of Sciences, Xi’an Shiyou University, Xi’an，Shaanxi 710065)

Applied physics is a new science major, combining physics knowledge and practical application, and the key part of it is the experimental course. According to the present situation of experimental teaching in colleges and universities, based on the characteristics of applied physics subject in our university, and around the cultivation of innovative talents, we have adopted a series of teaching reform in teaching methods, teaching content system, examination methods, and the development of the second classroom. Through the reform of the experiment course, the innovation ability, experimental ability and comprehensive quality of students have been improved obviously.

applied physics; experimental course; teaching reform; innovative talent

陳國祥(1979- )，男，副教授，主要從事應(yīng)用物理專業(yè)實驗教學(xué)及研究.

2016-12-05)