吳泉英，王 帆，徐宗寧，朱愛敏，姚慶香，樊麗娜

（蘇州科技學(xué)院，江蘇 蘇州 215009）

物理實驗課程是大學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后接觸到的第一門實驗課程，物理實驗教學(xué)重在培養(yǎng)學(xué)生動手能力，在實驗教學(xué)中充分調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣，通過物理實驗課程真正培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力。如何通過物理實驗教學(xué)真正培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力是我們一直關(guān)注的問題，近年來，通過積極地探索和改革傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，引入新的理念，探索新的模式，將CDIO的工程教育模式和我們的培養(yǎng)方案結(jié)合起來，構(gòu)建工程教育的環(huán)境和模式。CDIO工程教育模式［1］是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體 ，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)［2］。更重要的是它提出了系統(tǒng)的能力培養(yǎng)、全面的實施指導(dǎo)以及實施過程和結(jié)果檢驗的12條標(biāo)準(zhǔn)，具有可操作性，為工程教學(xué)改革提供了模板［3］。CDIO是“做中學(xué)”原則和“基于項目的教育和學(xué)習(xí)”的集中體現(xiàn)［4－5］。在物理實驗教學(xué)中實施“做中學(xué)”CDIO模式，是進(jìn)一步深化實驗教學(xué)改革，充分培養(yǎng)學(xué)生“做事”和“做成事”的能力。

1 物理實驗教學(xué)中如何實施“做中學(xué)”CDIO模式

CDIO方法鼓勵學(xué)生進(jìn)行主動學(xué)習(xí)和綜合學(xué)習(xí)，開展學(xué)術(shù)研討活動，推動學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)品、生產(chǎn)流程和系統(tǒng)構(gòu)建技能，學(xué)習(xí)與人交流合作技巧。在此過程中，指導(dǎo)教師將適應(yīng)各種主動學(xué)習(xí)和綜合學(xué)習(xí)方法，講座型、工程型課程或體驗式學(xué)習(xí)，如基于項目的學(xué)習(xí)、模擬和案例研究等［6－7］。通過省級示范中心建設(shè)和物理實驗教學(xué)改革，物理實驗教學(xué)內(nèi)容已從原來的驗證性實驗為主改革為以綜合設(shè)計性實驗為主，形成了大學(xué)物理演示實驗、驗證性實驗、綜合設(shè)計性實驗、課題性實驗四個層次的教學(xué)體系。在此基礎(chǔ)上，建立CDIO“基于項目的學(xué)習(xí)”物理實驗教學(xué)模式，使學(xué)生在“做中學(xué)”的過程中，系統(tǒng)地得到構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運作的整體訓(xùn)練。

將工程師職場環(huán)境作為物理實驗教學(xué)的環(huán)境。工程師職場環(huán)境是以需要為本，提供市場完整的產(chǎn)品和服務(wù)，持續(xù)創(chuàng)新和改進(jìn)，問題的解決，與人共事，有效溝通，在現(xiàn)有資源和條件下把事做成［8］。在物理實驗教學(xué)中，按照工程教育環(huán)境構(gòu)建的要求，培養(yǎng)學(xué)生“做事”和“做成事”的能力。在綜合和設(shè)計性實驗中，培養(yǎng)學(xué)生預(yù)先自學(xué)的習(xí)慣，學(xué)會查閱資料，并將知識運用到實驗項目中，主動積極地解決實驗中遇到的問題。在設(shè)計性實驗項目中，學(xué)生以項目組的形式開展實驗，注重培養(yǎng)團隊合作意識。在問題解決和與人共事的過程中，不斷交流與溝通，在“做中學(xué)”并在“做中學(xué)會發(fā)現(xiàn)”，發(fā)現(xiàn)新的知識點、新的實驗方法，培養(yǎng)創(chuàng)新實踐能力。

1.1 CDIO教學(xué)在理工科專業(yè)物理實驗中的實踐

針對學(xué)校培養(yǎng)工科應(yīng)用型人才的目標(biāo)定位，在土木工程、交通工程等工科物理實驗課程中設(shè)置設(shè)計性實驗，設(shè)計性實驗以項目組形式實施，學(xué)期初實驗中心給出設(shè)計性實驗的要求，學(xué)生組成項目組，先構(gòu)思設(shè)計性實驗的思路，通過討論確定實驗題目與方案，然后著手進(jìn)行實驗設(shè)計，在實驗室開放環(huán)境中，實施設(shè)計實驗，包括實驗器件的采購等，有必要時請教企業(yè)或?qū)嵙?xí)基地的工程師，完成設(shè)計實驗的全過程?！白鲋袑W(xué)”的實驗?zāi)Ｊ?，將課堂還給學(xué)生，學(xué)生完成整個設(shè)計性實驗，將課堂從實驗室延伸至圖書館、企業(yè)、實習(xí)基地等。

1.2 CDIO教學(xué)在應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)物理實驗中的實踐

在培養(yǎng)方案的物理實驗大綱中，實施CDIO教育，通過精心規(guī)劃的構(gòu)思，設(shè)計，實施，運作（CDIO）項目，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計的理念。以應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)為例，開設(shè)《普通物理實驗》、《普通物理實驗設(shè)計》和公選課類物理實驗，通過項目設(shè)計，將物理實驗課程體系和系統(tǒng)有機地結(jié)合起來，通過在《普通物理實驗》課程項目實施中構(gòu)思，設(shè)計，實施，運作（CDIO）的理念，引導(dǎo)學(xué)生對物理實驗的興趣，培養(yǎng)學(xué)生從工程訓(xùn)練的角度去實踐物理實驗項目。《普通物理設(shè)計實驗》是在學(xué)生接受《普通物理實驗》工程訓(xùn)練基礎(chǔ)上，學(xué)生具備基本的工程項目理念和“做中學(xué)”的工程思維，進(jìn)一步貫徹CDIO理念。在《普通物理設(shè)計實驗》中全面實施項目制，學(xué)生以項目組的形式進(jìn)行。項目課題的來源是在學(xué)生所學(xué)過的知識的基礎(chǔ)上，結(jié)合所在地區(qū)企業(yè)的工程技術(shù)需求問題，或者結(jié)合老師的科研課題。另外也鼓勵學(xué)生自己通過資料的搜集后自己制定項目課題。每個課題均由學(xué)生負(fù)責(zé)，并有教師指導(dǎo)。課題確定后，項目組學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識，通過查閱資料、小組討論，制定出解決課題的思路和方案，并與指導(dǎo)教師討論可行性。方案通過后，借助實驗室儀器或購買相關(guān)的儀器，在實驗室完成項目，通過實驗平臺的搭建、實驗儀器的調(diào)試，得到實驗結(jié)果，解決具體工程問題。課題的成果參加各類學(xué)科比賽、與企業(yè)聯(lián)系進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)讓、發(fā)表文章或申請專利。

項目中從實驗方案的構(gòu)建至實驗的全過程，都由學(xué)生“做”。通過項目的訓(xùn)練，學(xué)生利用所學(xué)知識，完整地展開構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、完成項目設(shè)計的全過程。設(shè)計實驗在選題時，學(xué)生需從解決問題出發(fā)，探索工程問題，激發(fā)他們對工程問題的興趣和掌握解決問題的途徑等方面選擇一個合適的項目。設(shè)計與實現(xiàn)過程中應(yīng)用工程科學(xué)知識設(shè)計與制作完成實驗作品，并將實驗作品作為成果參加各類學(xué)科競賽。

例如，太陽能電池特性研究與應(yīng)用綜合研究，這個項目是針對近年來太陽能應(yīng)用需求這個熱門課題而設(shè)計的，要求學(xué)生在實驗室完成太陽能電池的基本特性測試，太陽能如何存儲和應(yīng)用，涉及多種應(yīng)用電路，如升壓電路、應(yīng)急電路、光通信電路等的設(shè)計。學(xué)生需從解決問題出發(fā)，探索工程問題，通過學(xué)生構(gòu)思，利用學(xué)過的知識，結(jié)合需解決的問題，選擇合適的方案。在解決太陽能存儲和如何實現(xiàn)有效升壓這個問題時，學(xué)生通過反復(fù)地查閱資料并與教師交流，最終確定了用法拉電容完成升壓電路的設(shè)計，并在實驗室用碘鎢燈作為太陽模擬光，搭建實際光路和電路，在項目小組中各成員分工合作，積極完成儀器元件的采購、調(diào)試，初步的模擬并完成調(diào)試，很好地解決升壓的具體的工程問題。此課題的順利完成后，請企業(yè)的工程師與項目組一起討論項目儀器的制作，通過學(xué)校與企業(yè)的合作，完成儀器的制作，相應(yīng)儀器參加省級物理實驗作品競賽并獲獎。又如，學(xué)生通過學(xué)校與傳感器測控技術(shù)有限公司聯(lián)合成立的工程技術(shù)研究中心開展設(shè)計性實驗。利用這個合作平臺，開展傳感器制作及傳感器測控技術(shù)科研與實驗教學(xué)研究，項目的全過程均由企業(yè)工程師參與指導(dǎo)，學(xué)生深入企業(yè)學(xué)習(xí)相關(guān)知識，完成的作品“壓力傳感器與水位控制”獲江蘇省高校大學(xué)生物理及實驗科技創(chuàng)新作品競賽特等獎。理論結(jié)合實踐的物理實驗教學(xué)模式，使學(xué)生盡早接受工程教育，有利于培養(yǎng)“零適應(yīng)期”的本科生，從時間和空間上縮短學(xué)校與企業(yè)的差距。

2 CDIO在物理實驗教學(xué)中應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

通過在物理實驗教學(xué)中的實踐，CDIO工程教育模式的確可以為我們解決傳統(tǒng)實踐教學(xué)方面的弊端提供了一個很好的途徑。但在物理實驗教學(xué)中具體的應(yīng)用該模式時，須注意或需解決一些問題。

2.1 師資隊伍的現(xiàn)狀及建議

目前，學(xué)校大部分教師是在知識傳授教學(xué)模式（如講授）下培養(yǎng)起來的，在工業(yè)環(huán)境中的工程實踐經(jīng)驗卻非常有限［9］。教師隊伍中長期以來缺乏有工程背景的人才的加入，大部分教師沒有參加企業(yè)解決具體的工程問題的經(jīng)驗。在組織教學(xué)的時候，實踐性的教學(xué)內(nèi)容與具體工程問題的結(jié)合少。這導(dǎo)致我們的實驗開設(shè)時，創(chuàng)新設(shè)計性實驗不能與具體工程問題相聯(lián)系，學(xué)生畢業(yè)后面臨具體工程問題還是無從下手。

要加強學(xué)校與企業(yè)的合作，讓博士、碩士畢業(yè)進(jìn)校的青年教師有組織有計劃地到有關(guān)的工程第一線去鍛煉，及時了解行業(yè)、企業(yè)的新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝，參與工程實踐活動，如企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計以及技術(shù)改造，甚至工礦企業(yè)的運行、營銷和管理，了解企業(yè)的需求，提高教師自身的工程素質(zhì)和工程教育能力［10］。學(xué)校還可聘請企業(yè)工程師參加實驗項目的討論和制訂。

教師應(yīng)以積極的熱情面對人生的挑戰(zhàn)，增強競爭意識，以接受和歡迎的態(tài)度迎接千變?nèi)f化的網(wǎng)絡(luò)信息，以學(xué)習(xí)的態(tài)度對待一切新生事物，樹立終身學(xué)習(xí)的觀念，不落后于時代，成為合格的現(xiàn)代教師［10］。

2.2 積極構(gòu)建工程教育環(huán)境

創(chuàng)新實驗平臺是學(xué)生研究性實驗、創(chuàng)新性實驗、畢業(yè)設(shè)計、學(xué)科競賽等的教學(xué)基地，也是實施創(chuàng)新教育、培養(yǎng)創(chuàng)新精神、實踐創(chuàng)新能力的重要場所［11］。積極構(gòu)建開放的創(chuàng)新實驗平臺，為學(xué)生提供工程教育的環(huán)境。一方面充分開發(fā)和利用實驗室資源供學(xué)生利用，加大實驗室開放的程度。另外利用到企業(yè)參觀、利用校企合作的實習(xí)基地等，從多個方面為學(xué)生提供理論聯(lián)系實踐的機會。

3 結(jié) 論

CDIO教育模式是構(gòu)思－設(shè)計－實現(xiàn)－運作的有機結(jié)合，以培養(yǎng)高級工程專業(yè)人才為目標(biāo)的高等工程教育新模式。CDIO教育模式通過在物理實驗教學(xué)中的實施，為培養(yǎng)具有工程思維和實際工程能力的應(yīng)用型人才提供了工程教育的教學(xué)方法論。此模式的有效地實施，需要我們在教師隊伍、激勵機制上進(jìn)行改革，加大開放實驗室建設(shè)、校企聯(lián)合實踐基地建設(shè)，積極創(chuàng)建CDIO環(huán)境。在CDIO教育模式實施過程中，需要不斷地加強學(xué)生工程素質(zhì)的培養(yǎng)，在培養(yǎng)過程中注重人文精神的熏陶，從而使培養(yǎng)出的工程師具備優(yōu)秀的職業(yè)道德、正直、富有責(zé)任感，較強的項目開發(fā)、設(shè)計和創(chuàng)新的能力和團隊精神。

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