周 玲， 姜東光

(大連理工大學物理與光電工程學院，遼寧大連116024)

0 引言

國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)指出“著力提高學生的學習能力、實踐能力、創(chuàng)新能力”。胡錦濤在清華大學百年校慶大會上的重要講話中強調(diào)，高等教育要“強化實踐教學環(huán)節(jié)，形成人才培養(yǎng)新優(yōu)勢”。只有高等教育的產(chǎn)品——人才具有較強的創(chuàng)新能力，實踐能力，才能夠肩負起建設(shè)創(chuàng)新型國家的使命，才能完成由“中國制造”向“中國創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變，才能夠完成實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的任務(wù)。

基礎(chǔ)物理實驗教學中心承擔全校理工科學生每年3 900人以及500余研究生的實驗教學任務(wù)。大學物理實驗作為大學生進校后的一門重要科學實驗課程，不僅應(yīng)讓學生受到嚴格、系統(tǒng)的實驗技能訓練，掌握科學實驗的基本知識、方法和實驗技巧，更重要的是在培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際，分析問題和解決問題的能力，特別是與科學技術(shù)發(fā)展相適應(yīng)的綜合能力方面發(fā)揮著不可替代的作用［1-3］。中心2008年被批準為國家級實驗示范中心建設(shè)單位。在學校的大力支持下，實驗教學硬件設(shè)備、實驗室條件也發(fā)生了巨大的變化，在現(xiàn)代化、多功能、綜合性、創(chuàng)新性等方面取得顯著成績，成為培養(yǎng)高素質(zhì)科學人才的重要實踐基地。基礎(chǔ)物理實驗教學中心注重:加強基礎(chǔ)、開拓思維、培養(yǎng)能力、立足應(yīng)用、面向未來。為滿足不同層次人才培養(yǎng)的需要，構(gòu)建分層次、模塊化、合理開放的物理實驗課程體系。在教學中重創(chuàng)新、重過程、重實踐，在實驗內(nèi)容前沿化，師資隊伍構(gòu)建，實驗中心運行管理方面，取得較大進展，形成了自身的特色。

1 建設(shè)實驗教學與研究能力強的教師隊伍［4-6］

1.1 堅持理論與實驗教學相互融通

基礎(chǔ)物理實驗教學中心教師的專職人員占一半以上，其余教師來自學科實驗室。大學物理理論課和實驗課專職教師歸大學物理中心管理。在與大學物理課程的聯(lián)系上，做到密切結(jié)合，共同成長。① 請大學物理理論課的資深教師來中心擔任物理實驗教學，把他們的理論背景帶到實驗教學中來。②把有常年實驗教學經(jīng)歷的教師安排到理論教學崗位，大幅度提高他們的物理理論素養(yǎng)。安排理論課教師與實驗課教師彼此結(jié)成教研小組，以便在教學實踐中互教互學、取長補短、共同進步。效果明顯，理論課教師可以避免只講簡化的實驗?zāi)Ｐ?，不再陷入過于理想化而不能應(yīng)付學生的刨根問底式的追問;實驗課教師的課前輔導(dǎo)與理論課相互呼應(yīng)，彼此配合，實驗課上的巡回指導(dǎo)變得更加深刻有效。實驗教學與理論教學的有機結(jié)合，成為中心建設(shè)的一個突出亮點，在國內(nèi)學術(shù)交流會議上，多次引起兄弟院校的關(guān)注。通過這種舉措教師隊伍的教學能力得以大幅度提高。

1.2 鼓勵專職實驗人員從事科學研究

基礎(chǔ)物理實驗教學中心，鼓勵、幫助專職教師走入科學研究及學科實驗室，目前50歲以下實驗教師系列均具有博士學位，他們從事科學研究，近四年發(fā)表SCI論文約40篇，獲得自然基金資助4項，通過主持參加科研項目，研究能力、實踐能力得以提高的實驗教師，無疑將其研究方法帶入實驗課堂，播撒著求真求實的實驗精神。

1.3 突出“編制在中心，發(fā)展在學科”的理念

充分利用我院“三束材料改性教育部重點實驗室”，“遼寧省先進光電子技術(shù)重點實驗室”，“大連光電技術(shù)研發(fā)中心”等重點實驗室和等離子體物理國家重點學科，引進了具有博士學位的實驗教師，這一部分實驗教師由于其研究背景與學科實驗室密切相關(guān)，可以繼續(xù)其研究，解決了發(fā)展問題。其很強的動手能力，掌握前沿現(xiàn)代科技的優(yōu)勢，在基礎(chǔ)物理實驗教學中心的教學及建設(shè)中得以發(fā)揮，成為實驗教學的重要力量。

1.4 吸引科研實驗人員參與實驗室建設(shè)及實驗教學

我院學科實驗室聚集了一批實驗技術(shù)人才，他們實驗科研能力強，在搭建實驗設(shè)備方面具有豐富的經(jīng)驗，對于基礎(chǔ)物理實驗教學中心的教學以及建設(shè)能夠發(fā)揮很好的作用。目前從博士生導(dǎo)師到青年博士參與中心實驗教學人員占實驗教師人數(shù)的40%，他們結(jié)合其研究領(lǐng)域為基礎(chǔ)物理實驗教學中心搭建實驗設(shè)備22套，如低壓氣體直流放電綜合實驗(8套)，低溫等離子體射流表面改性實驗(7套)，佩爾捷效應(yīng)實驗(1套)，空間單點光學相干層析技術(shù)實驗(4套)，真空獲得與測量(2套)，這些實驗與現(xiàn)代大學物理教學內(nèi)容具有一定的銜接，為開展研究性實驗教學提供了設(shè)備保障，這些實驗開闊了同學的視野，提高了學生對于實驗研究的興趣，增強了實驗?zāi)芰Α?/p>

2 深化教學內(nèi)容及體系的改革［7-10］

2.1 注重以人為本，重構(gòu)實驗教學體系

實驗教學的重點是有效提升學生的實踐能力、綜合素質(zhì)和創(chuàng)新探究的意識。實驗教學中應(yīng)更加尊重個性差異［11］，激發(fā)原本對實驗興趣較低的同學對實驗的興趣，提升那些喜愛實驗、渴望在實驗方面有所創(chuàng)造的同學的實驗創(chuàng)造能力。為此，我們在實驗教學體系的設(shè)置上，注重基本型實驗、綜合設(shè)計型實驗和研究創(chuàng)新型實驗的適當組合。

在基本型實驗中，注重讓學生對常用的基本測量儀器有所掌握，學會幾種基本的數(shù)據(jù)處理方法，養(yǎng)成做物理實驗的良好習慣。我們安排了示波器的使用、拉伸法測量彈性模量、光的等厚干涉和分光計的調(diào)節(jié)與使用等實驗。在綜合設(shè)計型實驗中，把重點放在讓學生學習綜合考慮有關(guān)實驗因素、建立獨立設(shè)計實驗的意識。在RLC電路研究、全息照相等實驗中，讓學生受到綜合性設(shè)計性方面的訓練。在研究創(chuàng)新型實驗中，推動學生關(guān)注實驗技巧的探究、實驗現(xiàn)象的鉆研，并綜合運用學習過的理論知識和實驗技能，自主選擇實驗樣品或材料，設(shè)計出具體的研究方案。面向全校可選的研究性實驗有低溫等離子體射流聚合物表面改性等項目。

中心開設(shè)了自主開放性實驗教學，在大學物理的第一個學期，側(cè)重于綜合設(shè)計性實驗，第二個學期，側(cè)重于研究創(chuàng)新性實驗。自主開放性實驗面向全校理工科學生，鼓勵學生對物理實驗作較為深入的研究，經(jīng)自愿報名、自主選題、組成3人小組進行實驗。對設(shè)計性實驗，要求學生自行查閱資料、自行寫出實驗的基本步驟并列出注意事項，經(jīng)與教師討論補充后自主進行實驗。對研究性實驗，要求學生自主尋找實驗測試材料，自主設(shè)計實驗方案和測試范圍。對研究性實驗，還要求學生自行制作PPT講稿、經(jīng)教師考核小組主持的答辯，充分討論后才能夠完成。這些自主開放性實驗有:X射線綜合性實驗等、核磁共振成像、光譜技術(shù)實驗、白光干涉系列實驗、物質(zhì)對射線的吸收實驗、液晶的制備、掃描隧道顯微鏡使用、佩爾捷效應(yīng)等實驗。對學生進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，所有學生對這種創(chuàng)新型實驗的開設(shè)給予了肯定，部分學生對自己的研究項目十分感興趣。通過研究型實驗平臺建設(shè)，不僅“激發(fā)了學生的主觀能動性、主動創(chuàng)造思維，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力”［4］，而且也提高了教員的業(yè)務(wù)水平。在研究性實驗的教學過程中，不斷地積累經(jīng)驗，豐富了實驗教學內(nèi)容，對實驗的改進也有很大幫助。

學生可以根據(jù)自己的興趣在上述不同層面的實驗中選擇具體項目，通過這種層次化的實驗體系，充分尊重學生個性差異，滿足了學生對于實驗課程及研究的不同需要，從而達到普遍提高實驗技能的目的。

2.2 教學內(nèi)容改革突出實踐性和時代特色

實驗教學內(nèi)容的改革，以突出實踐性和鮮明的時代特征為標志，兼顧傳統(tǒng)與現(xiàn)代的結(jié)合，以科研和工程技術(shù)對實驗教學的積極滲透作為推進改革的通道。

(1)保留經(jīng)典實驗內(nèi)容。在選擇實驗項目和儀器設(shè)備上，堅持保留經(jīng)典的實驗項目，如示波器的使用、分光計的調(diào)節(jié)、邁克耳孫干涉儀的調(diào)節(jié)、表面張力系數(shù)測定、光柵常數(shù)測量等;同時，通過引進數(shù)字示波器、以激光為光源的邁氏干涉儀、配置了力敏傳感器的表面張力系數(shù)測定儀、引入計算機和自控系統(tǒng)來完成光偏振實驗，賦予這些傳統(tǒng)實驗以現(xiàn)代氣息，成為物理實驗教學中現(xiàn)代結(jié)合的一個典型模式。此種模式中，實驗內(nèi)容是經(jīng)典的，而測量方法可以包含重要的現(xiàn)代元素。

(2)引入近現(xiàn)代實驗內(nèi)容。適當選擇以量子物理等近現(xiàn)代內(nèi)容為主題的實驗項目，如密立根油滴和光電效應(yīng)實驗等，既很好地配合了大學物理理論教學，展現(xiàn)了物理實驗教學與時俱進的教學風格，又在這些實驗中使用了傳統(tǒng)的浮力定律、光柵光譜等，這些都是在實驗中需要強調(diào)、要求學生注意體會的重要方面。

(3)和科研性工程技術(shù)結(jié)合。通過等離子體物理系列實驗、X射線綜合實驗、帕爾貼效應(yīng)、探針式顯微鏡、核磁共振成像等實驗，把科研、工程技術(shù)和社會應(yīng)用密切聯(lián)系起來，把科技創(chuàng)新和本院校的學科優(yōu)勢，有機地融入中心的實驗教學改革中來。

2.3 強調(diào)實驗特征培養(yǎng)求真求實精神

物理學本質(zhì)上是實驗科學，實驗的本質(zhì)是具有實踐性、現(xiàn)實性、誤差性，即便在理論課的教學中也應(yīng)該充分強調(diào)物理學的這一特征，我們國家的理論課教學往往忽視了這一點，麻省理工的Water Levin在《經(jīng)典力學》第一講［11］的理論課教學是我們學習的典范。我們在實驗教學時，十分重視誤差理論與數(shù)據(jù)處理的理論教學，以課程負責人、中心領(lǐng)導(dǎo)為核心的教學小組堅持為學生開設(shè)講座、要求新任實驗課的教師參加實驗理論教學，聽課并完成有關(guān)培訓計劃。通過每學期都開設(shè)的教授講座來強化學生對實驗誤差、數(shù)據(jù)處理等實驗知識的理解和重視。在課堂教學中強調(diào)實驗本身在物理學發(fā)展中的重要地位，正是由于實驗的求真求實才有效地推動了物理學的發(fā)展。因此在實驗設(shè)備的安排上，儀器設(shè)備往往是不同批次的，在實驗數(shù)據(jù)以及結(jié)果上就有了差異，這樣不但能夠很好地利用設(shè)備，又能夠讓學生的求真求實精神［12］得以檢驗和提高。

2.4 改革實驗教學方法

基礎(chǔ)物理實驗教學中心立足師資隊伍的整體建設(shè)，力促理論與實驗教師的互相結(jié)合、促進以科研為主和以教學為主的教師互相結(jié)合。中心安排的理論-實驗專題教研小組，每個小組均有實驗及理論背景的老師組成;每個實驗項目都有項目負責人(簡稱“題長”)，在集體備課、年輕教師培養(yǎng)、研究生助教培訓等工作上發(fā)揮了積極有效、不可替代的作用。中心領(lǐng)導(dǎo)、實驗室負責人和題長等骨干教師還經(jīng)常聽課，檢查實驗報告的批閱情況，及時進行教學指導(dǎo)。這些舉措提高了教學水平，在實驗教學質(zhì)量上得到了明顯的效果，切實做好了以優(yōu)良教師為主導(dǎo)這一重要環(huán)節(jié)。

中心還積極采取措施，建立以學生為中心的實驗教學模式［13-15］。①學生可以自主提前進入實驗室旁聽課前的實驗輔導(dǎo)，這就避免了只是面對參考書進行預(yù)習。在實驗室里對實驗過程可以大致了解，因而可以寫出比較好預(yù)習報告，使實驗的準備更切實際。②在完成實驗后整理實驗報告時，學生或許會發(fā)現(xiàn)當時未曾注意到的某些問題，或者部分同學當時沒有完全做完實驗，只要時間允許，他們就可以進入實驗室，再一次補充有關(guān)實驗步驟，完成想探索的實驗課題。③建立了實驗網(wǎng)上預(yù)習機制，可以利用課件時行有關(guān)實驗預(yù)習，把預(yù)習、實驗和網(wǎng)絡(luò)學習有機結(jié)合起來。④在自主開放性實驗中，學生結(jié)成3人小組，形成以自主式、合作式、研究式為主的學習方式，由于學生大都來自不同院系專業(yè)，在小組中形成了學科優(yōu)勢互補。⑤實驗教學手段先進，引入現(xiàn)代技術(shù)，如傳感技術(shù)、計算機輔助測量和數(shù)據(jù)處理技術(shù)等，融合多種方式輔助實驗教學。⑥建立多元實驗考核方法，既注重實驗結(jié)果的考核，更重視考核實驗過程的考核，努力激發(fā)學生實驗興趣，同時對全校學生安排筆試，對部分專業(yè)進行實驗操作考核，有效提高了學生學習物理實驗的自覺性和主動性。

3 改革成效

基礎(chǔ)物理實驗教學已經(jīng)覆蓋了學校所有專業(yè)，即使是外語專業(yè)、經(jīng)濟專業(yè)也在演示物理實驗中有所受益。由于采取了現(xiàn)代與傳統(tǒng)緊密結(jié)合、理論與實驗有機融合、教師與學生自覺配合的改革措施，學生實驗興趣濃厚，對實驗教學評價總體優(yōu)良。在國家級實驗教學示范中心建設(shè)過程中，學生實驗基本技能寬厚扎實，實踐創(chuàng)新能力不斷增強，所獲成果較多:學生發(fā)表論文10篇，在省部級以上物理競賽獲獎10次。其中，在2010年底于中國科技大學進行的全國大學生物理實驗競賽，我校參賽的4名同學都獲得了一、二等獎。

經(jīng)過持續(xù)不斷地建設(shè)，中心擁有了一支實驗素質(zhì)高，教學能力強的師資隊伍。近4年，承擔省部級以上教學改革項目3項，獲得省級以上教學成果5項，正式發(fā)表的高水平實驗教學論文30余篇，發(fā)表科研論文百余篇。

4 結(jié)語

物理學是一門實驗科學，物理學的發(fā)展及其成果已經(jīng)被廣泛地用于科學技術(shù)以及人類生活，物理實驗教學不但肩負著教給學生科學實驗的基本知識、方法和實驗技巧，而且也在培養(yǎng)學生用物理的思維去理解現(xiàn)代科技，用基本的物理實驗手段，去研究發(fā)展各分支學科以及技術(shù)學科。我?；A(chǔ)物理實驗教學中心，圍繞培養(yǎng)學生實踐能力，求真求實精神，提高理工科學生甚至文法管經(jīng)學生科學素養(yǎng)方面，進行了一系列改革，也取得了令人欣慰的實效。在未來的10年里，國家強調(diào)“著力提高學生的學習能力、實踐能力、創(chuàng)新能力”的大環(huán)境下，基礎(chǔ)物理實驗教學中心的教學水平必將跨上一個新臺階，必將為學?！熬⑷瞬拧迸囵B(yǎng)作出更大的貢獻，從而為完成由“中國制造”向“中國創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變發(fā)揮應(yīng)有的作用。

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