楊黨強

(上海電機學院,上海 200240)

技術應用型院?！段锢韺嶒灐方虒W改革與探索

楊黨強

(上海電機學院,上海 200240)

實驗教學是大學本科教育極其重要的組成部分,是培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。分析了“大學物理實驗”課程的特點,根據應用型人才培養(yǎng)目標的要求,提出新的教學理念,對教學內容、教學方法進行改革,從而使物理實驗教學為專業(yè)基礎實驗課及專業(yè)實驗課教學服務,為培養(yǎng)合格的人才打好基礎。

應用型人才;實驗教學;教學方式

技術應用型本科院校培養(yǎng)的是高素質應用型的技術人才。高素質技術應用型人才不僅要求學生要有扎實的理論基礎,而且又具有較強的實踐能力和動手能力,以適應社會對人才的需求[1]。為此,技術應用型本科院校在教學過程中要注重基礎教學,加強實踐教學環(huán)節(jié)。物理實驗課程是大學生入學后的第一門也是最重要的一門實踐類課程。學生進入大學后,首先要在物理實驗中較為系統(tǒng)地接受實驗理論、實驗方法、實驗技能的基本訓練[2]。同時實驗過程也是樹立良好學風,提高科學素質修養(yǎng)的過程。處于大學基礎教學階段的物理實驗課肩負重任,為此必須緊緊圍繞培養(yǎng)目標,突出辦學特色,精心設計物理實驗課的整體教學計劃。

我校是我國新模式和新體制下的改革試點院校,面向服務于地區(qū)經濟的技術應用型人才培養(yǎng)。由于學校重視學生技能培養(yǎng),在大學物理實驗室建設經費等方面得到校領導的支持。近年來,學校投入大量資金,用來增添設備和實驗室硬件改造。物理實驗室以“教育部高等學校非物理類專業(yè)物理基礎課程教學指導委員會”關于“大學物理實驗教學基本要求”為建設指南,本著知識傳授、能力培養(yǎng)、素質提高、協(xié)調發(fā)展的教育理念,以學生為本,以實驗教學為中心,從實驗項目設置、實驗儀器改造、設備申購、實驗教學手段、實驗室環(huán)境、實驗室管理制度、實驗室開放等諸方面進行規(guī)劃、實施。

1 大學物理實驗教學改革初探

1.1 分層次建設大學物理實驗課程體系

為了使開設的實驗項目和選購的儀器設備既符合我校教學實際又能反映國內工科院校目前開設實驗的先進水平,有關人員分別到上海交大、同濟大學、華東理工大學、上海應用技術學院等高校的物理實驗室參觀學習。在廣泛調研的基礎上,根據我校人才培養(yǎng)目標和實際情況,從培養(yǎng)適應社會發(fā)展所需要的高素質人才角度出發(fā),將物理實驗課程劃分成3個不同的層次:基本能力訓練實驗、綜合設計性實驗和創(chuàng)新性專題實驗。第一層次和第二層次的實驗屬于計劃學時內的教學活動,第三層次的實驗作為我校的選修課開設。各個層次按照實驗內容的難易程度、測量的難易程度、儀器的綜合程度以及人對自然的認知規(guī)律緊密銜接,從基本物理量測量開始,一直到真正的創(chuàng)新實踐。

第一層次為基本能力訓練實驗,將一些內容單一、實驗方法簡單的實驗淘汰掉,如固體密度測量、冰的熔解熱測量等實驗,因為這些實驗的內容將融合在后續(xù)的綜合物理實驗內容中,在教材中依然把淘汰的實驗寫進去,但是在實驗課中不對學生開出,以便學生了解這些內容。把涉及物理實驗基本理論、基本物理量的測量、基本儀器的使用、基本的物理實驗方法、基本數據處理的10余個實驗項目作為基本能力訓練實驗,如用示波器測量相位差、頻率和電感、用分光計測量光波波長等實驗,并引進先進的實驗儀器,主要對學生進行基本實驗技能和數據處理方法的訓練。

第二層次為綜合、設計、近代物理實驗。學生在第一層次物理實驗平臺進行了一定的基礎操作訓練后,面對不同專業(yè)、不同研究方向的學科,分門別類的開設綜合、設計、近代物理實驗,進行第二層次的培養(yǎng)。其中綜合、設計性實驗占大部分,基本思路是“模塊化,開放式”,即對不同專業(yè)依據專業(yè)方向予以不同程度的綜合性、設計性實驗項目,依據學生學習需要,學生自主選擇,自行完成實驗。但總體上設計性實驗要求選題不能偏難,從基本原理入手進行實驗方案的設計。學生不能像基本實驗那樣處于被動、消極的地位,依賴書本,“照方抓藥”,而要把動手、動腦結合起來。近代物理實驗是近代科學的結晶,是物理學的前沿科學,學生為適應時代的要求,了解近代科學首先須掌握近代物理實驗。

第三層次為創(chuàng)新性專題物理實驗。將一些理論比較高深、專業(yè)方向相同的同類實驗和與教師科研內容結合的實驗組成6個創(chuàng)新性專題物理實驗,以便高年級實驗基礎好和有興趣進行課外科技活動的學生對這些專題問題進行深入的研究,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。例如將綜合物理實驗中有關傳感器的所有實驗組成傳感器系列專題實驗,讓學生對傳感器及其應用有深入的理論和實驗研究;與教師科研相關的“光伏電池專題物理實驗”,如:薄膜光伏電池的制備、光伏電池轉換效率的測量、光伏電池光譜特性的研究等。通過這些內容的研究,學生不僅對光伏電池有了深入的了解,而且對相關的物理實驗測試方法也進行了實踐,進而對科學研究的過程有了較為完整的了解和實踐。

創(chuàng)新性物理實驗中,學生也可以自帶項目以課題形式出現,有些項目可能來自綜合設計性物理實驗,有些可能來自日常生活或生產實習第一線。在做完一、二層次的物理實驗之后,學生可以提出題目,實驗室安排指導教師,提供場地及必要實驗條件,一個學期或兩個學期完成,并最終以論文、儀器、材料等形式完成題目,例如上海市大學生科技創(chuàng)新項目“聚光光伏發(fā)電裝置”就是按此方式完成的。

1.2 建立仿真實驗,充分發(fā)揮仿真實驗的功能

計算機仿真實驗將仿真虛擬實驗與現實實驗相結合,大大拓展學生的學習視野和學習途徑[4]。隨著科學的進步,要想在實驗學時內把學到的經典、現代物理實驗全部通過操作讓學生去做是不可能的,因此通過計算機仿真,把一些實驗傳授給學生,既可以節(jié)省時間,又可以達到預期效果。我們通過購買外校優(yōu)秀的實驗教學課件和自己開發(fā)相結合,目前,可開設計算機仿真實驗46項供學生根據個人興趣和專業(yè)方向選擇,這些實驗含有普通物理實驗、近代物理實驗、綜合設計性實驗及部分演示實驗,其主要功能一是便于學生實驗預習和實驗后的復習;二是可以方便、低成本地更新實驗內容,保持實驗內容的先進性;三是實驗室中,不可能所有實驗設備都具備,有了仿真實驗室,學生通過仿真,就可以拓寬知識面,彌補設備不足的缺點。通過計算機仿真,學生也能掌握一些相關的操作技能。學生可以在校內外登陸物理實驗教學網站預習、復習實驗及進行仿真實驗。

1.3 建立物理演示實驗室

物理演示實驗是通過對具體物理現象的展示,將抽象的理論形象化,幫助學生觀察物理現象,增加感性認識,提高學習興趣和物理思維能力的重要教學手段[5]。它因操作簡便、內容豐富、效果顯著、現象精彩而越來越受到廣大師生的歡迎。我們在演示實驗室的建設中,從制訂建設方案到建設的整個過程中,始終以高標準選取實驗項目、選擇實驗儀器,要求所購儀器要能清晰明了地說明相應物理規(guī)律,凸顯某一物理規(guī)律的本質;儀器要能培養(yǎng)學生的實踐能力,啟迪創(chuàng)新思維,發(fā)展創(chuàng)造能力,全面提高學生的科學素質;實驗要能拓展學生的思路,開闊學生的眼界,學生看了演示實驗后有耳目一新的感覺,有的實驗甚至能讓學生終身難忘;使用者對其工作原理和操作方法能熟記于心,通過教師的簡要講解或演示,學生能很快明白該實驗的物理原理;儀器演示效果明顯,便于觀察,能讓多人同時觀察演示的全部過程;實驗內容要使參觀者感興趣,要對他們產生較強的吸引力,使他們有興趣去探究物理規(guī)律。隨著時代的進步,物理演示實驗也在不斷發(fā)展和更新,其內容豐富、形式多樣,根據我校自身的特點,在物理課程中,按知識點的分布,有針對性地選購了一定的演示實驗,主要有:轉動慣量、剛體轉動、共振系列、橫駐波和縱駐波、高壓放電、避雷針、靜電風輪、平行板電容器的電場分布、光柵立體畫等演示實驗。這些演示實驗個個生動有趣,學生看了會產生強烈的求知欲、探索欲,能給學生留下深刻的印象。在強調素質教育和高等教育大眾化的今天,將演示實驗滲透到物理教育中,能使大學物理教育變得形象直觀、豐富多彩,使學生更喜歡物理,更熱愛科學,提高學生的理論課學習興趣。

1.4 采用開放式教學方法

所謂開放式教學就是實驗老師不講,學生通過提前預習,帶著問題來實驗室,由學生自己獨立做實驗,老師僅給予學生起點化作用。為了提高學生分析和解決實際問題的能力,采用了開放式的教學方法,啟發(fā)頗大,受益匪淺。首先,學生要提前預習下次實驗項目內容,根據開放式教學方法與特點,學生在做實驗過程中,會遇到很多疑難和棘手問題,這樣就可以督促學生間進行討論,以及學生和老師間的不斷交流,無意中就會促使學生養(yǎng)成思考、探索疑難問題的興趣,激活學生創(chuàng)新思維。開放式教學方法本身還蘊涵著討論這一環(huán)節(jié),有利于發(fā)揮每一位同學的聰明才智,解決相互間發(fā)現的問題,提高學生解決實際問題的效率、質量和能力。實踐證明,采用這種教學方法,教學效果明顯,激發(fā)學生巨大的創(chuàng)意興趣。對于有的實驗項目,不但采用了開放式教學的教學方法,同時,還要求同學們用計算機當場處理實驗數據,當場交實驗報告。這樣做,不但可以提高實驗效率,縮短創(chuàng)意時間,而且,還非常有利于培養(yǎng)學生自主學習、獨立完成實驗的能力。比如,在密里根油滴實驗中,就采用了這種教學方法,起到了非常好的效果。

1.5 改革實驗教學方法和手段

現代教育技術的不斷發(fā)展和完善,給實驗教學方法和手段的改革提供了一條有效的途徑和強有力的技術支撐[6]。實驗教學改革過程中,會遇到各種問題。(1)物理實驗課程為公共基礎實驗課程,學生人數很多,大量增加實驗教師的工作量;(2)有些實驗在實際操作過程中難以觀察,學生難以理解。要解決這些問題,必須積極引入現代的教育技術,改革教學方法和手段,充分利用多媒體教學設備。在實驗教學中,利用制做的多媒體教學課件代替教師講解,學生做實驗之前先看多媒體課件,然后自己動手操作。實驗過程中學生也可隨時方便地反復查看未理解的多媒體課件內容。這樣既靈活方便,不受教師講解的限制,又可減輕由于實驗室開放給教師和工作人員帶來的工作量,有利于培養(yǎng)學生的獨立實驗能力。

2 結 語

本文依據技術應用型本科院校培養(yǎng)高素質應用型人才的辦學定位,把學生創(chuàng)新精神與實踐能力的培養(yǎng)貫穿于整個實驗教學過程中,優(yōu)選物理實驗課的教學內容,改進和突破傳統(tǒng)的教學模式,運用靈活多樣的教學形式,精細地策劃物理實驗課的每一教學環(huán)節(jié),優(yōu)化實驗整體教學,使物理實驗課成為培養(yǎng)技術應用型人才的實驗基地,這對培養(yǎng)應用型人才教學改革具有十分重要的意義。

[1]錢秀芹,李世有.物理實驗課在應用型人才培養(yǎng)教學設計[J].中國大學教學,2006(8):21-23.

[2]耿完楨,金恩培,趙海發(fā),等.我國工科物理實驗教學的現狀及改革方向探索[J].物理實驗,2001(2):28-30.

[3]張新友.關于高校創(chuàng)新性實驗教學的思考[J].實驗室研究與探索,2005,24(6):68-69.

[4]王曉蒲,霍劍青,楊旭,等.大學物理仿真實驗和教學實踐[J].物理實驗,2004(1):28-29.

[5]鄭桂容,謝偉.演示實驗在物理教學中的作用[J].黃岡師范學院學報,2007(6):34-35.

[6]魏建宇,李楨,李喜貴,等.物理實驗培養(yǎng)應用型創(chuàng)新人才教學方法研究[J].實驗室研究與探索,2006,24(10):81-82.

Teaching Reforms of the Course of“Physical Experiment of College”of Technical Applied Undergraduate Universities

YANG Dang-qiang

(Shanghai Dianji University,Shanghai 200240)

Experimental teaching is an important part of undergraduate education and a key step in cultivating creativity and innovation in students.This paper analysis of the characteristic of the course of physical experiment of college,and puts forward the new teaching concept,based on the requests of practice-oriented talents’training objectives.It suggests reforms of teaching content and methods,and transmit physical experiments tOserve for major basics and major experimental teaching,which will lay a solid foundation for cultivating qualified talents.

applied talent person;physical experiment of college;experimental teaching;teaching method

G642

A

1007-2934(2011)03-0102-03

2011-01-25