胡成華 史玲娜 周 平 夏川茴

（重慶交通大學(xué)，重慶 400074）

大學(xué)物理與大學(xué)物理實驗課程“三位一體”教學(xué)模式的研究與實踐

胡成華 史玲娜 周 平 夏川茴

（重慶交通大學(xué)，重慶 400074）

針對目前高校公共基礎(chǔ)課程中理論教學(xué)與動手實踐及科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面的結(jié)合性不強(qiáng)，公共基礎(chǔ)課程的功能和作用未能得到充分發(fā)揮，學(xué)生科技創(chuàng)新意識淡薄等現(xiàn)狀，對大學(xué)物理和大學(xué)物理實驗課程中如何實施“教學(xué)、實踐、科研”三位一體的教學(xué)模式進(jìn)行了研究和實踐.實踐表明，該模式可以將長期割裂開來的基礎(chǔ)理論的傳授、動手能力的培訓(xùn)、科學(xué)研究方法和能力的培養(yǎng)三個方面有機(jī)地結(jié)合起來，充分發(fā)揮公共基礎(chǔ)課程在“創(chuàng)新型人才”培養(yǎng)中的功能和作用.

教學(xué)；實踐；科研；三位一體；創(chuàng)新型人才

1 引言

大學(xué)物理和大學(xué)物理實驗課程是高等院校非物理類各專業(yè)的通識性自然科學(xué)公共基礎(chǔ)課程，它們的作用是培養(yǎng)學(xué)生辯證唯物主義的世界觀，通過自然科學(xué)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和基本實驗操作技能的訓(xùn)練，掌握科學(xué)研究的思想方法、科技創(chuàng)新的基礎(chǔ)理論，增強(qiáng)科技創(chuàng)新的意識，提升科學(xué)素質(zhì).但長期以來，由于大學(xué)物理課程教學(xué)中往往只注重基礎(chǔ)理論體系的傳授，大學(xué)物理實驗課程只注重實際操作的動手能力的訓(xùn)練，科學(xué)研究方法和能力的培養(yǎng)則幾乎是空白，再加上很多學(xué)校的教學(xué)課時得不到保障，使得大學(xué)物理和大學(xué)物理實驗這兩門重要的自然科學(xué)基礎(chǔ)課程的功能與作用未能得到充分的發(fā)揮.針對這種現(xiàn)狀，作者對如何在大學(xué)物理和大學(xué)物理實驗課程中實現(xiàn)科技創(chuàng)新方法和能力的培養(yǎng)進(jìn)行了研究與實踐，引入了“教學(xué)、實踐、科研”三位一體的教學(xué)新模式.

2 “三位一體”教學(xué)模式的內(nèi)涵及意義

“教學(xué)、實踐、科研”三位一體的教學(xué)模式是指包含了教學(xué)、實踐、科研訓(xùn)練三個相對獨立又相互聯(lián)系的重要環(huán)節(jié)的教學(xué)新模式.這種教學(xué)模式必然導(dǎo)致教學(xué)重心的轉(zhuǎn)移和把握.

2.1 教學(xué)環(huán)節(jié)

在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，大學(xué)物理課程的教學(xué)重點主要集中在理解和掌握課程體系中的基本概念、基本規(guī)律、基本運算方法，以及如何使用這些基本概念、基本規(guī)律、基本運算方法分析解決一些簡單的實際問題.而在“三位一體”教學(xué)模式中，是以上述內(nèi)容為教學(xué)主線，學(xué)習(xí)自然科學(xué)中處理實際問題的基本方法與整體思路，學(xué)習(xí)科學(xué)研究的基本方法和基礎(chǔ)理論.要求教師將辯證唯物主義的思想方法貫穿始終，向?qū)W生深入介紹物理思想、物理原理，如何在紛繁的自然現(xiàn)象中去偽存真，去粗取精，去掉表面的、次要的因素，抽象出事物共同的本質(zhì)特征；強(qiáng)化自然科學(xué)研究物質(zhì)運動的各種方法，比如假說與推理、歸納和演繹、分析與綜合等等.對于非物理專業(yè)的學(xué)生而言，掌握這些研究方法及其靈活應(yīng)用有時甚至比學(xué)某些具體內(nèi)容更加重要，因為這些方法對各學(xué)科、專業(yè)具有普適性和借鑒作用.

2.2 實踐環(huán)節(jié)

這里的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要是指大學(xué)物理實驗課程的實踐操作.在傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)中，通常注重的是基本實驗操作技能的訓(xùn)練、實驗數(shù)據(jù)的分析處理方法和實驗報告的規(guī)范化書寫等.而在“三位一體”的教學(xué)模式中，是以上述訓(xùn)練內(nèi)容為主線，注重實驗現(xiàn)象的觀察、分析、綜合；強(qiáng)化對實驗項目的設(shè)計思想、設(shè)計原理和設(shè)計方法的理解.

實踐教學(xué)環(huán)節(jié)不僅需要培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生基本的實驗操作技能，更重要的是要求教師在講解的過程中，讓學(xué)生體會和掌握那些實驗項目中所包含的精妙的設(shè)計思想，豐富的理論與實際相結(jié)合的設(shè)計原理，獨特且絕妙的設(shè)計方法.如果能夠在今后的實際工作中，將這些內(nèi)容融會貫通到一些實際問題中，就可能有所發(fā)現(xiàn)、有所發(fā)明、有所創(chuàng)造.

2.3 科研環(huán)節(jié)

通常情況下，大學(xué)生的科研能力培養(yǎng)是在畢業(yè)之前的畢業(yè)設(shè)計或畢業(yè)論文的過程中體現(xiàn)的.但實際上，一個人的科研能力、科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)并非一時之功，而是在長期的學(xué)習(xí)過程中逐步形成的，它蘊涵于整個讀書學(xué)習(xí)過程的每一個階段，甚至每一門課程.從這個意義上講，每一門課程的教學(xué)都應(yīng)該注重學(xué)生能力的培養(yǎng).重要的是在這些課程中如何有效實現(xiàn)學(xué)生能力的培養(yǎng).

“三位一體”教學(xué)模式中的“科研”環(huán)節(jié)主要是對學(xué)生科研能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練.因此，通過“想辦法”在上述兩個環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，將如上所述的那些設(shè)計思想、設(shè)計原理、設(shè)計方法結(jié)合起來，與基礎(chǔ)理論中的思想方法和研究方法結(jié)合起來，與相關(guān)的專業(yè)知識結(jié)合起來，從而實現(xiàn)和充分發(fā)揮大學(xué)物理和大學(xué)物理實驗課程對學(xué)生科研能力和創(chuàng)新能力的階段性培養(yǎng)的功能與作用.這就涉及到如何搭建適合大學(xué)低年級學(xué)生的“科研”平臺問題.

事實上，在大學(xué)物理和大學(xué)物理實驗兩門課程之間，通過適時、適當(dāng)?shù)丶尤胍恍┫嚓P(guān)的課程設(shè)計內(nèi)容，或者加入創(chuàng)新性、設(shè)計性的實驗項目，或者將綜合設(shè)計與科技創(chuàng)新競賽結(jié)合起來等等，便可搭建起科研訓(xùn)練、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的平臺，讓學(xué)生在大學(xué)低年級就開始進(jìn)行初步的科學(xué)技術(shù)研究的訓(xùn)練，領(lǐng)悟和體會到基礎(chǔ)理論、動手實踐和科技創(chuàng)新是對現(xiàn)代人才的基本要求，從而在后續(xù)的學(xué)習(xí)階段有能力把握學(xué)習(xí)的重點，厚基礎(chǔ)、重實踐、求創(chuàng)新，并將三者有機(jī)結(jié)合起來，從而提高學(xué)生的綜合素質(zhì)及創(chuàng)新能力，有效實現(xiàn)學(xué)生能力的階段性培養(yǎng).

3 “教學(xué)、實踐、科研”三位一體教學(xué)模式中基層教學(xué)機(jī)構(gòu)的設(shè)置

基層教學(xué)機(jī)構(gòu)的設(shè)置是關(guān)系“教學(xué)、實踐、科研”三位一體的教學(xué)模式正常實施的校內(nèi)“行政”管理因素，對“三位一體”的教學(xué)模式影響極大.目前，有不少的高校實行的是大學(xué)物理和大學(xué)物理實驗兩門課程分屬物理教研室和物理實驗室，而實驗室又歸“實驗中心”或設(shè)備處管理.且不論教學(xué)是否應(yīng)該歸屬設(shè)備類別而歸設(shè)備處管理，單就兩門課程的互不相干、相互獨立地由兩套人馬教學(xué)，就已經(jīng)將有機(jī)結(jié)合的“三位一體”人為地分割開來，因而不可能有效地發(fā)揮大學(xué)物理和大學(xué)物理實驗這兩門通識性公共基礎(chǔ)課程在“創(chuàng)新型人才”培養(yǎng)中的功能與作用.

實踐證明，只有將大學(xué)物理和大學(xué)物理實驗兩門課程的教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來，由同一組教師一管到底，充分發(fā)揮學(xué)校、教師和學(xué)生三個方面的積極性，才有可能充分發(fā)揮“教學(xué)、實踐、科研”三位一體教學(xué)模式的功能與作用.

4 “教學(xué)、實踐、科研”三位一體教學(xué)模式的實踐

為了實現(xiàn)高等教育培養(yǎng)“創(chuàng)新型人才”的整體目標(biāo)，充分發(fā)揮大學(xué)物理和大學(xué)物理實驗這兩門公共基礎(chǔ)課程在人才培養(yǎng)過程中的功能與作用，我校從2008年開始，大學(xué)物理和大學(xué)物理實驗這兩門課程便率先實踐“教學(xué)、實踐、科研”三位一體教學(xué)新模式.

首先，在工作職責(zé)的劃分上，大學(xué)物理和大學(xué)物理實驗兩門課程的教學(xué)工作由大學(xué)物理教學(xué)部統(tǒng)一負(fù)責(zé)，物理實驗的儀器設(shè)備的維修、維護(hù)、日常管理等等由物理實驗室（實驗中心）統(tǒng)一負(fù)責(zé).為了確保實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的順利進(jìn)行以及教學(xué)部與實驗室的有機(jī)聯(lián)系，實驗室主任兼任教學(xué)部副主任.這就確保了“三位一體”教學(xué)模式中三個環(huán)節(jié)的有機(jī)聯(lián)系，能夠?qū)崿F(xiàn)將“三位一體”教學(xué)模式的實施分解到任課教師負(fù)責(zé)制.

在搭建適合大學(xué)低年級學(xué)生的“科研”平臺方面，采用了在兩門課程中引入綜合設(shè)計性實驗項目，該實驗項目是全開放式的，只提要求，不設(shè)限制.要求學(xué)生在任課老師指導(dǎo)下對自己在科學(xué)和技術(shù)范疇感興趣的內(nèi)容進(jìn)行研究或設(shè)計（可以是對某些自然現(xiàn)象的定量的科學(xué)的理論分析；可以是對儀器設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計制作；也可以是對現(xiàn)有儀器設(shè)備的原理和設(shè)計進(jìn)行改進(jìn)等），將其理論研究成果或設(shè)計思想、設(shè)計原理、實驗結(jié)果等等以科技論文的形式提交.并將該內(nèi)容與科技競賽結(jié)合起來，開展全校性的大學(xué)物理綜合設(shè)計及科技創(chuàng)新競賽活動.

作為大學(xué)物理實驗課程的綜合設(shè)計性實驗項目，凡選修大學(xué)物理及實驗課程的同學(xué)必須參加，由任課教師對學(xué)生提交的論文按百分制進(jìn)行評定，其成績按30%計入大學(xué)物理實驗課程的總成績.作為科技創(chuàng)新競賽活動，首先由任課老師在每自然班篩選出三篇論文，匯總后，由大學(xué)物理教學(xué)部和大學(xué)物理實驗中心所有老師共同討論篩選出相關(guān)獎項，前三等獎采用答辯的方式確定，如果涉及到其他專業(yè)領(lǐng)域的問題可邀請相關(guān)專家共同參與評選，由校領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)頒發(fā)獲獎證書及獎金.

很明顯，這種以“大學(xué)物理”和“大學(xué)物理實驗”兩門公共基礎(chǔ)課程為依托，采用理論與實際相結(jié)合、課內(nèi)學(xué)習(xí)與課外研究相結(jié)合、綜合設(shè)計性實驗項目與科技創(chuàng)新競賽相結(jié)合的方法，有效地實現(xiàn)了“教學(xué)、實踐、科研”三位一體的教學(xué)模式.

5 “教學(xué)、實踐、科研”三位一體教學(xué)模式的效果

在“三位一體”教學(xué)模式的實踐過程中，同學(xué)們從查閱資料，選題，到分析研究、理論推導(dǎo)、綜合設(shè)計、論文撰寫到現(xiàn)場答辯等，對科學(xué)研究、科技創(chuàng)新的全過程獲得了初步的感受.在此過程中，學(xué)生的科技創(chuàng)新意識、科學(xué)研究方法、實踐動手能力、理論和實際相結(jié)合的能力等從大學(xué)一年級開始就得到了初步的訓(xùn)練和提升，從而為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和綜合素質(zhì)的提高奠定良好的基礎(chǔ).

到目前為止，該項實踐活動已經(jīng)連續(xù)舉辦了四屆，參加的同學(xué)已經(jīng)上萬人，在學(xué)生中產(chǎn)生了良好而熱烈的反響，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和求知欲，激勵了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和科技創(chuàng)新的積極性，其作用和效果明顯.很多同學(xué)獨立完成了全過程，有些學(xué)生撰寫的論文內(nèi)容具有明顯的創(chuàng)新性，已初步達(dá)到發(fā)表的水平；有的同學(xué)設(shè)計制作已成功獲得專利.比如：

07級材料科學(xué)與工程專業(yè)的張莉、彭洪鈞和杜俊林同學(xué)在利用霍爾效應(yīng)測螺線管磁感應(yīng)強(qiáng)度的實驗中發(fā)現(xiàn)實驗值與理論值的偏差始終比較大，想到了會不會是實驗儀器上給出的霍爾集成電路磁電轉(zhuǎn)換靈敏度本身存在較大的偏差造成的？于是，巧妙地利用了反向思維，從理論分析到實驗測定，完成了“霍爾集成電路磁電轉(zhuǎn)換靈敏度的探究”；

08級結(jié)構(gòu)專業(yè)的李元明、戴立和唐小平同學(xué)通過光柵衍射實驗之后，想到了光盤也可以看成是反射光柵，利用激光在光盤上形成反射的衍射光斑，初步完成了“光盤軌道密度的測定”；

09級材料科學(xué)與工程專業(yè)的田秋瑩、王亞楠和張琛琪同學(xué)在實驗中發(fā)現(xiàn)不少實驗都需要計數(shù)、計時，有時候計數(shù)還比較困難，于是，將光敏電阻和計時、計數(shù)器結(jié)合起來，設(shè)計制作了計時計數(shù)綜合實驗儀，可用于邁克爾孫實驗的計數(shù)、轉(zhuǎn)動慣量實驗中的計時計數(shù)以及車流量計數(shù)等等，成功獲得了實用新型專利.

一些同學(xué)通過了這樣的科技創(chuàng)新競賽活動之后，留下了長長的感言，比如：

09級通信專業(yè)的李海、林志廣同學(xué)這樣寫道：大學(xué)物理課程“三位一體”教學(xué)模式的實踐讓我們收獲不少.不僅提高了自己的動手能力，激發(fā)了我們對未知領(lǐng)域的求知與探索，并且對于開發(fā)我們的智力，培養(yǎng)我們分析解決實際問題的能力，對于我們科學(xué)的邏輯思維的形成都有著積極的現(xiàn)實意義.

09級道路專業(yè)的溫健康、劉映奎和王文同學(xué)是這樣寫的：大學(xué)物理綜合設(shè)計及科技創(chuàng)新競賽活動讓我們開闊了視野，增長了見識，在喟嘆先人的聰明才智之余，更激發(fā)了我們不斷學(xué)習(xí)的自覺性.雖然我們這次的創(chuàng)新實驗不夠創(chuàng)新，但從中我們感受到了求知和探索的樂趣，真正地理解了實踐出真知這句話，我們會繼續(xù)努力探索自然界的奧秘.

此外，校內(nèi)外的專家、教授也對“三位一體”教學(xué)模式給予了較高的評價.比如西南大學(xué)的李國慶教授認(rèn)為大學(xué)物理和大學(xué)物理實驗課程的“三位一體”教學(xué)模式對于提高學(xué)生的能力具有積極的作用，并積極參與實踐.重慶大學(xué)的物理教授陶純匡老師則認(rèn)為大學(xué)物理及大學(xué)物理實驗課程就應(yīng)該采用“三位一體”的教學(xué)模式，等等.

鑒于“教學(xué)、實踐、科研”三位一體教學(xué)模式在培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新意識、科學(xué)研究方法、實踐動手能力、理論和實際相結(jié)合的能力等方面顯示出來的優(yōu)越性，通過重慶市科學(xué)技術(shù)協(xié)會立項，重慶物理學(xué)會主辦、重慶交通大學(xué)承辦、全市十四所高校參與的“首屆重慶市大學(xué)生物理創(chuàng)新競賽”也于2011年12月成功舉辦，效果良好，反應(yīng)熱烈.參與高校一致認(rèn)為該項競賽活動應(yīng)該通過政府相關(guān)職能部門主管、資助，與數(shù)模競賽等其他競賽一樣，形成日?；傎悪C(jī)制.目前，該模式已逐步推廣到其他高校.

6 結(jié)束語

綜上所述，可以看到，在大學(xué)物理和大學(xué)物理實驗課程中實施“教學(xué)、實踐、科研”三位一體的教學(xué)模式可以充分發(fā)揮通識性公共基礎(chǔ)課程在創(chuàng)新性人才培養(yǎng)中的功能與作用，效果良好.并且切實解決了以下教學(xué)問題：

1）破除各個層面（包括教師本身）對于基礎(chǔ)學(xué)科和基礎(chǔ)課程僅僅是傳授基礎(chǔ)知識的課程的觀念；樹立起通識性自然科學(xué)公共基礎(chǔ)課程對學(xué)生創(chuàng)新的意識、創(chuàng)新的科學(xué)方法、創(chuàng)新的理論基礎(chǔ)、實踐動手能力等各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)全方位培養(yǎng)的教學(xué)理念.

2）解決基礎(chǔ)課程教學(xué)中如何實現(xiàn)基礎(chǔ)知識的傳授、實踐動手能力的培養(yǎng)、科學(xué)研究和科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)的有機(jī)結(jié)合與融會貫通.

3）解決教學(xué)過程中如何實現(xiàn)真正意義上的理論與實際相結(jié)合、課內(nèi)學(xué)習(xí)與課外研究相結(jié)合、設(shè)計性實驗項目與科技創(chuàng)新相結(jié)合.

總之，“教學(xué)、實踐、科研”三位一體的教學(xué)模式可以讓學(xué)生從低年級就認(rèn)識到理論、實踐和創(chuàng)新對人才培養(yǎng)的重要性，從深化理論、動手實踐到創(chuàng)新發(fā)明，實現(xiàn)了“科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)”的教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，是一種行之有效的提高學(xué)生綜合素質(zhì)的教學(xué)新模式，為其他通識性公共基礎(chǔ)課程的教學(xué)模式改革提供了有益的借鑒.

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2011-12-19；

2012-04-05）