盧榮德 程福臻 孫臘珍 葉邦角 周幸祥 陶小平 黃環(huán)

(中國科學技術(shù)大學物理學院 安徽 合肥 230026)

大學擔負著培養(yǎng)高質(zhì)量創(chuàng)新型人才的重任．大學課堂向?qū)W生傳授大量前人長期積累和沉淀的豐富知識和經(jīng)驗.物理實驗主要是傳授人類從實踐中獲取知識的技能和方法，是培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際,分析、解決問題能力的重要教學環(huán)節(jié)[1]．演示實驗旨在引導學生觀察和分析實驗現(xiàn)象，建立物理圖像和模型，總結(jié)規(guī)律，是理論教學與實驗教學的橋梁和紐帶[2]．大學物理演示實驗室作為培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要陣地,是理論、實驗及科研一體化的必由之路，其質(zhì)量與水平是大學科技創(chuàng)新能力的重要標志．從一定意義上講,演示實驗室的構(gòu)建水平可體現(xiàn)大學的教學、實驗、科研和管理水平[3]．

近年來,國家對高等教育的投入明顯加大,大學實驗室在儀器設(shè)備的數(shù)量與質(zhì)量方面得到了一定的改善,聚集了許多優(yōu)質(zhì)資源,為提升大學教學質(zhì)量、開展科研工作提供了重要的保障[4]．但同時也必須冷靜地意識到：目前國內(nèi)大學實驗室建設(shè)特別是演示實驗還存在一系列問題, 演示實驗教學在人才培養(yǎng)中的作用還沒有得到充分地發(fā)揮．只有切實轉(zhuǎn)變觀念,將演示實驗教學放到創(chuàng)新人才培養(yǎng)的高度去認識,進一步加強演示實驗室建設(shè)與管理,加快演示實驗教學改革,才能為學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)和創(chuàng)新型國家建設(shè)做出應(yīng)有的貢獻．本課題以構(gòu)建大學物理演示實驗教學平臺為典范，力圖建立一種實用的演示實驗動感創(chuàng)新性教學平臺，并試圖將其推廣到大學物理教學實踐中去．

1 構(gòu)建動感創(chuàng)新教學平臺的思路和運行模式

在大學物理演示實驗教學平臺的探索實踐中,逐步形成了“通過演示實驗使課堂與實驗教學無縫對接,對學生進行系統(tǒng)、規(guī)范、創(chuàng)新的演示實驗教學,給學生一個科學、寬松的理論聯(lián)系實際的動手機會,為學生提供一個發(fā)揮自主思考和實踐的活動空間”的建設(shè)理念．

運行模式為：一手抓課堂教學與演示實驗結(jié)合,另一手抓演示實驗與實驗教學結(jié)合，把演示實驗室歸并為四大功能模塊；實行演示實驗開放管理,加快演示實驗項目的改進與創(chuàng)新．

1.1 實行課堂實驗教學無縫對接制定新的演示實驗?zāi)K教學體系

對剛剛從中學應(yīng)試教育進入大學的一年級本科生, 立刻對他們要求創(chuàng)新型的實驗設(shè)計和課程論文工作,是不現(xiàn)實的．但可在這個層面上圍繞營造創(chuàng)新氣氛、培養(yǎng)創(chuàng)新意識、增強探索能力開展演示實驗教學是有益的．再加上在中學階段學生習慣于“被動接受”的學習模式, 許多知識的背景和方法被忽略掉,僅僅記憶結(jié)論部分．要想在大學一二年級的學生課堂與實驗中滲透創(chuàng)新教育, 至少應(yīng)使學生面對書本知識的時候,不再霧里看花或迷信照搬．

因此,通過演示實驗作為突破口，進行課堂與實驗教學的方法和手段改革.

(1)以課堂演示實驗作為導學系統(tǒng)，有意穿插相關(guān)現(xiàn)象的來龍去脈，使學生弄明白知識點的框架構(gòu)建在什么前提之下，同時讓學生認識到課本上的做法并不唯一．

(2)引導學生對具體問題做具體分析；重視對實際實驗現(xiàn)象的捕捉,學會利用這些現(xiàn)象判斷實驗結(jié)果；對設(shè)備元件選擇和實際操作合理性可做出判斷；對演示實驗中出現(xiàn)的問題善于觀察、勇于探索；使學習的過程成為學生自主探索知識的體驗；對演示實驗方案的設(shè)計有較多的理解.這樣，對實踐能力的提高就有了保證．

(3)大學物理教學不僅是傳授知識，驗證理論和掌握技能,更重要的是培養(yǎng)學生能夠真正具有獨立的工作能力和良好的科學素養(yǎng).演示實驗教學不僅授人以知識與技術(shù),培養(yǎng)動手能力和分析、解決問題的能力,而且可影響人的世界觀、思維方式和作風．

(4)學生在演示實驗中可感受、理解知識產(chǎn)生和發(fā)展的過程,養(yǎng)成科學精神和創(chuàng)新思維的良好習慣；從實驗的準備、操作以及總結(jié)分析實驗現(xiàn)象的全過程中,培養(yǎng)和提高學生收集處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析解決問題的能力、語言文字表達能力以及團結(jié)協(xié)作和社會活動的能力．

傳統(tǒng)演示實驗?zāi)Ｊ揭央y以適應(yīng)現(xiàn)代教育體系創(chuàng)新和發(fā)展的需要．因此,新型的大學物理演示實驗既不依附于課堂教學，又不附屬于實驗教學，成為課堂、實驗教學的橋梁與紐帶,而且成為理論、實驗與科研一體化教學相輔相成的相對獨立教學體系．

1.2 實行開放管理加快演示實驗的改革與創(chuàng)新

為適應(yīng)新的培養(yǎng)目標,在具體的運行和操作過程中,演示實驗室實行開放管理,增設(shè)項目,不斷改革與創(chuàng)新．

(1)演示實驗室以基礎(chǔ)演示實驗與新型演示實驗相結(jié)合來制定每門實驗課程的教學計劃,各自有不同的教學目的和要求．

要求各演示實驗課程在原有實驗內(nèi)容的基礎(chǔ)上,每學期至少創(chuàng)新或增加一個具有新穎性、趣味性、探究性、前沿性等特征的演示實驗．

(2)增設(shè)開放性實驗：演示實驗根據(jù)課程組或教學團隊的研討提供出不同的實驗系列、實驗項目菜單供學生選擇．

在演示實驗進行過程中,采取目標管理,從方案設(shè)計、儀器選擇、實驗操作、現(xiàn)象探究到結(jié)果分析,均要求學生自主獨立完成．

(3)實行開放管理,為廣大師生從事各種教研、科技活動提供場所．

演示實驗開放管理就是要求實驗室在完成既定教學任務(wù)的前提下,面向廣大師生、科研人員開放,把演示實驗辦成良好的課堂、實驗教研與科技活動的基地．

同時,開放演示實驗還使不同課程、不同學科之間互相呼應(yīng)、互相借鑒、互相啟迪,這些交流對提高演示實驗的水平大有裨益．

在開放中,逐步形成為教學服務(wù)的同時參與科研活動,以科研促進教學發(fā)展的良性循環(huán)．

建設(shè)與改革表明實行理論、實驗課程一體化教學,制定新的演示實驗?zāi)K化教學體系,實行演示實驗室開放管理,增設(shè)開放性演示實驗等建設(shè)思路和運行模式是正確的、可行的．

1)兩年來的實踐使我們深刻地感受到一體化而相對獨立演示實驗教學體系更具有系統(tǒng)性,演示內(nèi)容和教材能以更快的速度進行調(diào)整和更新．

2)反映當前水平的新知識、新技術(shù)更容易通過演示實驗手段表述；更重要的是,演示實驗教學的系統(tǒng)性和超前性可促進理論教學的改革．

3)新型演示實驗?zāi)K化教學體系的設(shè)置,改變了專業(yè)覆蓋面窄、設(shè)備重復、資源浪費、職能分工不明確等弊端,同時還可不斷地優(yōu)化資源配置,提高管理效益,為加快演示實驗教學改革打下堅實的基礎(chǔ)．

2 構(gòu)建演示實驗教學創(chuàng)新體系的措施

培育高素質(zhì)的創(chuàng)新人才,必須充分發(fā)揮大學自身的學科、師資、專業(yè)、體制等優(yōu)勢,構(gòu)建新型富有成效的大學物理演示實驗教學創(chuàng)新平臺是可行的．

2.1 演示實驗動感創(chuàng)意平臺的管理體制

大學學科門類齊全,人才培養(yǎng)體系健全．充分發(fā)揮這種學科優(yōu)勢,建立以校一級和院系兩級管理實驗室的管理體制,搭建以數(shù)字化探究型教學為目標的物理演示實驗教學平臺.

(1)逐步形成以國家級精品課程、國家教學團隊為核心來組建的重點實驗室；國家示范中心為龍頭,基礎(chǔ)物理實驗室為骨干,功能實驗室為主體的管理體制,充分發(fā)揮實驗室的整體效益．

(2)不斷完善科學有效的運行機制,例如通過實施主管教員負責的演示實驗教學運行機制、主管技術(shù)人員負責實驗室儀器設(shè)備使用管理運行機制.以及演示實驗室建設(shè)規(guī)劃優(yōu)化分工協(xié)作運行機制,對實驗經(jīng)費、儀器設(shè)備、實驗用房等資源實行統(tǒng)一管理．

(3)以講座教授帶領(lǐng)下教學團隊為主體規(guī)劃安排演示實驗內(nèi)容,精選實驗項目,注意課程前后之間的聯(lián)系,循序漸進,構(gòu)成一個由淺入深、具有內(nèi)在聯(lián)系的有機整體．

(4)充分利用學?，F(xiàn)有實驗室、儀器設(shè)備和人員隊伍,做到既符合學校實際,又有一定超前性；重視理論、實驗教學與科研相結(jié)合,形成一個具有整體優(yōu)勢和效益、結(jié)構(gòu)合理、規(guī)模相當?shù)睦碚摗嶒炁c研究一體化培養(yǎng)體系[7]．

2.2 發(fā)揮專業(yè)特色實現(xiàn)教學實驗與科研一體化

大學具備雄厚的專業(yè)實力和辦學優(yōu)勢,體現(xiàn)在課堂、實驗和科研方面就是特色教學．教學與研究的辯證結(jié)合是大學提升的重要標志；這種特色是教學、實驗與科研的統(tǒng)一體．因此,大學物理演示實驗教學應(yīng)該充分體現(xiàn)學校自身的學科、專業(yè)、師資特色．

(1)要形成一種有利于營造探索、創(chuàng)造型人才成長的氛圍和環(huán)境,更好地利用學校的科研項目和成果資源,并讓其轉(zhuǎn)化成教學資源,發(fā)揮出培養(yǎng)人才的功能,建立一種教學與科研緊密結(jié)合的基于研究的教學模式,使大學物理演示實驗教學成為大學課堂、實驗與科研一體化整體中不可分割的一部分[8]．

(2)體現(xiàn)在課堂教學方面,演示實驗融教育與研究為一體,促進教學與研究相結(jié)合,強調(diào)以探索和研究為基礎(chǔ)的教學；課堂教學和實驗訓練方法應(yīng)表現(xiàn)較強的科學研究特色,注意培養(yǎng)學生的批判和探索精神．

(3)根據(jù)學生從課堂-實驗-應(yīng)用的不同學習階段,將大學物理演示實驗分為課堂演示實驗(如視頻演示實驗、演示實驗教具箱，成為導學系統(tǒng))、探究性演示實驗(面上循環(huán))、開放性演示實驗(與課堂遙相呼應(yīng))和研究性演示實驗(與研究性實驗、課程論文成龍配套)四個階段；明確各階段的培養(yǎng)重點,有效地組織演示實驗教學內(nèi)容,有針對性地施行不同的教學方法,真正形成與大學物理教學目標相一致的多元化演示實驗教學機制．

2.3 專職演示實驗教學團隊組建

大學具有相對雄厚的師資隊伍，他們不僅從事本專業(yè)領(lǐng)域中尖端技術(shù)的探索、研究和開發(fā),掌握著豐富的專業(yè)信息和學術(shù)發(fā)展動態(tài),而且在治學態(tài)度、為人處世、研究方法等方面有著豐富的經(jīng)驗和感悟[9]．

(1)開展研究型教學,搭建大學物理演示實驗動感創(chuàng)意教學平臺,必須充分發(fā)揮師資優(yōu)勢,通過建立和完善相應(yīng)約束和激勵機制,調(diào)動教師從事本科教學,從事研究型教學的積極性和主動性．

(2)在實踐中推行人才特區(qū)政策,以超常規(guī)的熱情、努力、舉措來抓好課堂、實驗與科研人才建設(shè),通過實施課堂、實驗教師一體化等措施,營造有利于自主創(chuàng)新的環(huán)境,使一批創(chuàng)新人才茁壯成長,帶出高水平創(chuàng)新團隊,出高水平的演示實驗創(chuàng)新成果．

(3)形成一個以學科領(lǐng)軍人物為第一梯隊、學術(shù)帶頭人為第二梯隊、學術(shù)骨干力量為第三梯隊、學術(shù)發(fā)展力量為第四梯隊的緊密銜接的梯層結(jié)構(gòu),構(gòu)成了一個各有所長、合力共進的演示實驗教學“雁陣”[10]．

實踐證明,通過組建專職實驗技術(shù)隊伍,根據(jù)既分工又合作的原則,既消除了內(nèi)部壁壘,又實現(xiàn)了低成本、高效率運作目標,有力地促進了教學質(zhì)量的提高．

2.4 全面開放平臺

通過“985工程”、“211工程”的建設(shè)和資金支持,大學擁有了相對優(yōu)越的實驗條件,包括一些在國內(nèi)外都非常先進的實驗設(shè)備和教學儀器,為改善實驗教學條件、實施開放式教學創(chuàng)造了條件,使大學物理演示實驗教學成為連接課堂教學、創(chuàng)新性能力培養(yǎng)與課題研究的紐帶,也為實驗室的全面開放、推動大學本科教學改革奠定了堅實基礎(chǔ)．

(1)全面開放演示實驗室,創(chuàng)設(shè)與重點學科相關(guān)的特種探究性演示實驗,配備多學科交叉和綜合演示實驗,由學生根據(jù)自己的興趣、愛好與特長自主設(shè)計與制作,完成一項創(chuàng)意性演示儀器,從中得到創(chuàng)造精神和實踐能力的全面的鍛煉與提高．

(2)創(chuàng)建特色的大學物理演示實驗室，建立培養(yǎng)與開發(fā)學生創(chuàng)造思維,訓練與施展創(chuàng)造能力的科技演示活動基地：

(3)理工科大學可適應(yīng)高新技術(shù)的發(fā)展及產(chǎn)業(yè)的建立,由學校和科研院所、合肥高新區(qū)生產(chǎn)單位合作共建高新產(chǎn)業(yè)演示項目的“孵化器”,吸收研究生、高年級本科生及有創(chuàng)新能力的低年級學生與教師、實驗技術(shù)人員一起共同完成技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)品開發(fā)演示項目．

2.5 演示實驗室的長效機制

形成長效系統(tǒng)機制,激勵師生積極參與大學物理演示實驗教學與研究，對教師可采取的激勵措施有:

(1)為促進大學物理創(chuàng)新演示實驗的全面開放,用加權(quán)的方法對開出創(chuàng)新演示實驗課目予以傾斜鼓勵,并納入教師工作量考核.

(2)對自主研究設(shè)計出綜合性、設(shè)計性演示實驗題目的教師,評職稱時可作為重要評聘指標和標準[10]．

對學生采取激勵措施:

(1)教師將科研項目與大學物理演示創(chuàng)新實驗結(jié)合,有目的地引導學生,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識,對取得成就的學生,學校制定相應(yīng)的學分政策予以獎勵．

(2)建立大學物理演示實驗創(chuàng)新鼓勵基金,為學生開展創(chuàng)新性演示實驗注入物質(zhì)活力．

(3)與企業(yè)建立長期聯(lián)系(如新能源汽車、世博會科大元素等),使學生的實踐應(yīng)緊密結(jié)合社會需求,更進一步加深對物理知識的理解,更好地靈活應(yīng)用于實踐,在演示創(chuàng)新實驗中達到激勵發(fā)明創(chuàng)造的目的．

3 結(jié)束語

大學物理演示實驗教學動感創(chuàng)意平臺運行高效,提高了大學物理系列一體化課程教學效果,促進教學、科研隊伍建設(shè)．

(1)演示實驗室成為大學物理教師的研究、科技活動的培育基地,從原來沒有研究方向到現(xiàn)在有了自己較明確、有特色的研究方向和領(lǐng)域,以此為研究基地科研項目有了零的突破,已經(jīng)申請到國家級科研項目和省級科研項目3項,因而形成穩(wěn)定的教學研究、科研隊伍,不僅吸引和培養(yǎng)了人才,而且為教學和學科的可持續(xù)發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)．

(2)探索出了一套行之有效的運行管理制度,即以三名教師和一名實驗技術(shù)人員為主體,聘任3～5名研究生為助教參與實驗室運行管理,向全校服務(wù)開放．

(3)探索出實踐教學與理論教學的協(xié)調(diào)運行關(guān)系，演示實驗呼應(yīng)于課堂、實驗教學,實現(xiàn)課堂與實驗教學無縫對接.

理論聯(lián)系實踐,理論可先行,實驗有據(jù)可依；演示實驗課不必滯后于理論課,演示實驗和課堂、大學物理實驗側(cè)重點有所不同,相互交叉有利于實踐訓練的系統(tǒng)化,并能促進學生更深入地理解理論．

多元化的方式進行有機結(jié)合會有很好的效果,例如,大學物理階段的大多數(shù)驗證性內(nèi)容可采用實物演示方式,而其他工程性、技術(shù)性、探索性內(nèi)容則進行多元化方式的結(jié)合,并以某種方式為主．

(4)通過建設(shè)演示實驗的實踐,加強和提升了大學物理演示實驗教學的水平,強化理論課的實踐教學功能,在教學內(nèi)容和方式上進行課堂和實驗的“一體化”教學改革．

物理演示實驗多元化教學為大學生課外科技活動提供一個良好的平臺,而且促進了素質(zhì)教育；不僅服務(wù)于公共課程的教學,而且為學科建設(shè)作了有益的先導性探索,并形成輻射示范效應(yīng)．

為了適應(yīng)現(xiàn)代化物理教學發(fā)展的要求,如何更好地完善大學物理演示實驗,提高演示實驗的教學效果一直是值得研究的課題．

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2 盧榮德,程福臻,陶小平.大學物理課堂研究性教學模式的探索與實踐.教育與現(xiàn)代化,2010(2): 37～42

3 左鐵鏞. 充分發(fā)揮實驗教學在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的作用.中國高等教育,2007(23): 18～19

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8 盧榮德. 大學物理數(shù)字化演示實驗教學平臺.實驗室的探索與研究,2006(4): 56～57

9 劉圣漢,趙保全,潘利梅.研究型大學創(chuàng)新團隊建設(shè)誤區(qū)與對策探析.科技管理研究, 2008(3) : 208～209

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