余江應(yīng)， 李義寶， 黃 凱

(安徽建筑大學 數(shù)理學院，安徽 合肥230601)

0 引 言

創(chuàng)新實踐活動是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的有效途徑，開展大學生創(chuàng)新實踐活動已經(jīng)成為高校人才培養(yǎng)的一項重要內(nèi)容［1］。近年來，對大學生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)已引起教育界的高度重視，如國家級、省級大學生科技創(chuàng)新計劃項目的實施［2-3］，各高校大批大學生創(chuàng)新基地、大學生創(chuàng)新活動中心的建立等［4］。而“實驗教學”是學生科技創(chuàng)新的主要途徑之一，它不僅是對理論課程的驗證、補充和拓展，而且在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、動手能力和解決實際問題能力等諸多方面發(fā)揮著重要的作用［5-6］。

物理學是一門古老而又富有時代氣息的學科，其學科專業(yè)發(fā)展枝繁葉茂。物理類專業(yè)在各大理工科高校幾乎都有開設(shè);物理是以實驗為基礎(chǔ)，物理實驗的教學對物理類專業(yè)的人才培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用［7］。因此，為實現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的目標，有必要針對物理類專業(yè)的特點，對當前的實驗教學體系進行改革創(chuàng)新。

1 物理類專業(yè)的實驗教學體系現(xiàn)狀分析

為適應(yīng)社會對應(yīng)用型創(chuàng)新人才需求，大部分工科院校的物理類專業(yè)均構(gòu)建了以實訓、實驗、實習、設(shè)計為核心的專業(yè)實踐教學體系，并在實習基地建設(shè)、畢業(yè)設(shè)計規(guī)劃等實踐環(huán)節(jié)進行了卓有成效的創(chuàng)新［8］。其中“實驗”環(huán)節(jié)的改革，以“開放式實驗教學”最為常見［9-10］;但許多高校因受實驗室建設(shè)、實驗資源、學生人數(shù)、師資力量等因素的影響，在實際實施過程中仍難以擺脫傳統(tǒng)的教學模式，集中表現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)實驗課程體系不完善，難以適應(yīng)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求。工科院校的物理類專業(yè)實驗課程體系大多局限于普通物理實驗—近代物理實驗—課程實驗［11］。其中基礎(chǔ)物理實驗偏多;近代物理實驗中涉及現(xiàn)代物理在工程技術(shù)方面應(yīng)用實驗較少;課程實驗方面對綜合性、設(shè)計性實驗大多停留在理論課程的延續(xù)，不能與近代物理實驗課程融為一體，無法對學生一個系統(tǒng)的訓練。特別是一些地方工科院校的開放式創(chuàng)新性實驗、小型科研型實驗幾乎是空白，這些都難以適應(yīng)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求。

(2)實驗項目設(shè)置不科學，難以體現(xiàn)專業(yè)的最新發(fā)展。隨著社會的發(fā)展，對物理類應(yīng)用人才的需求也在發(fā)生變化。調(diào)研表明，一些工科院校的物理類專業(yè)方向的定位，大多經(jīng)歷了一個很長時間的反復調(diào)整期，由此也給實驗教學帶來許許多多的問題。突出表現(xiàn)在新老專業(yè)所開設(shè)的實驗項目之間不能很好銜接，缺乏連續(xù)性和層次性;同時，因新設(shè)專業(yè)方向在師資、實驗室建設(shè)等方面的資源緊缺，可能會導致實驗教學體系落后理論課程體系的建設(shè)，甚至很多涉及專業(yè)方向的實驗項目無法運行，這些都嚴重制約了學科專業(yè)的發(fā)展。

(3)實驗教學方法滯后，阻礙了學生的創(chuàng)新積極性。當前實驗教學通常采用填灌式、驗證式的傳統(tǒng)教學方法:教師講授—演示實驗—學生實驗，最后學生再按照教師要求的固定形式撰寫實驗報告。這種只注重套路的教學方法，使得學生在實驗過程中僅僅是個被動參與者，很多學生上課時只是照搬別人的實驗做法，不知其所以然，學生的動手實踐能力沒能得到應(yīng)有的訓練，嚴重阻礙了學生的創(chuàng)新積極性［12］。

2 探索實驗教學體系改革，實現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標

2.1 分區(qū)、分層次構(gòu)建實驗課程體系，滿足創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求

打破傳統(tǒng)的實驗課程體系，根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標重新整合實驗教學資源，并遵循由淺入深、由效仿到學生獨立創(chuàng)新的順序，逐步推進，分區(qū)、分層次構(gòu)建實驗課程體系。

(1)完善專業(yè)基礎(chǔ)實驗。通過全面論證普通物理實驗與后續(xù)的專業(yè)實驗、課程設(shè)計的邏輯關(guān)系，科學、合理設(shè)置基礎(chǔ)實驗項目，形成能體現(xiàn)專業(yè)方向課程要求、能鍛煉基本實驗技能的專業(yè)基礎(chǔ)實驗課程。

(2)專業(yè)實驗系統(tǒng)化［13］。將近代物理實驗、專業(yè)特色實驗、課程實驗等進行統(tǒng)籌規(guī)劃、總體協(xié)調(diào)，形成一門系統(tǒng)化、模塊化的物理類專業(yè)實驗課程。以應(yīng)用物理學專業(yè)(光電器件方向)為例，整個專業(yè)實驗課程圍繞一條主線，從器件材料的制備、結(jié)構(gòu)表征、性能測試到光電器件制作，構(gòu)成一個系統(tǒng)化的實驗課程。同時，按系統(tǒng)化思路，將實驗內(nèi)容模塊化，建設(shè)一系列各有偏重的實驗課程模塊，并保持系統(tǒng)內(nèi)的各個實驗?zāi)K相互融合。

(3)創(chuàng)新實驗項目化。結(jié)合專業(yè)實驗條件，采用項目驅(qū)動的形式，科學設(shè)置綜合性、創(chuàng)新性實驗課程。創(chuàng)新性實驗以科研項目和大學生科技創(chuàng)新項目為依托，糅合與項目內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的專業(yè)基礎(chǔ)實驗、專業(yè)實驗和課程實驗組織實驗教學內(nèi)容。

2.2 寓教于研—項目驅(qū)動教學模式的探索

教學模式的選擇是實驗教學體系設(shè)計中的一個重點，其創(chuàng)新必須與實驗課程體系的改革同步和相互支撐［14］。

(1)項目驅(qū)動的開放式實驗教學。由傳統(tǒng)的教學方法(教師講授—演示實驗—學生實驗)轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌慕虒W形式(實驗課題的擬定—文獻資料的查閱—預答辯—儀器操作指導—開放式實驗—成果答辯)。教學以科研項目和大學生科技創(chuàng)新項目為依托，以學生為主體開展開放式實驗教學，以研究成果的形式展示課程成績。比如學生在從事課題實驗過程中，通過對樣品材料的熱學、光學性能的測試，可以將原來各自獨立的熱脹系數(shù)、光導、磁光、熱輻射、拉曼光譜等實驗課程有機融合在一起，在獲取課題成果的同時，既能很好地完成教學計劃內(nèi)的實驗課程學習任務(wù)，又能培養(yǎng)和提高自身的科研創(chuàng)新能力。

(2)實驗教學導師制。教師根據(jù)實驗課程相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合科研項目擬定實驗課題，將教學計劃內(nèi)的實驗課程融于課題研究，做到教以致用，以用導教;學生自主選擇導師，在導師的指導下，可以自行設(shè)計創(chuàng)新性實驗、參與科研型開放實驗或自選課題實驗等，逐步建立起實驗教學的導師負責制。

2.3 保障體系和評價體系的完善

(1)教學大綱和實驗講義的編制。依據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標，修改和完善現(xiàn)有的實驗教學大綱，適當增大綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗的比重，體現(xiàn)創(chuàng)新性應(yīng)用人才的教學特點。根據(jù)新的實驗教學大綱，科學編寫實驗講義，尤其是增設(shè)一些與專業(yè)特色相關(guān)的實驗項目講義的編寫，使實驗教學規(guī)范化。

(2)實驗室管理制度的完善。建立實驗室網(wǎng)站，針對設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗項目，教師可以在網(wǎng)站提交實驗項目名稱和規(guī)定選題人數(shù)，學生可以申請選題;實驗場所和實驗儀器在正常的教學計劃時間外，實行開放運行，采取用前預約，用后登記［15-16］。

(3)實驗考核方式的改革。改變一次教學實驗一個成績的傳統(tǒng)考核，采用多元化考核方式，通過文獻查閱、論證答辯、實驗設(shè)計、綜合操作、數(shù)據(jù)處理和實驗成果答辯幾個部分來全面評測學生的實踐操作能力和分析應(yīng)用能力。

3 實例探析

3.1 實驗課程體系設(shè)計

專業(yè)基礎(chǔ)實驗方面，對原有的力學實驗進行了部分刪減，弱化了原子物理實驗，增加了部分聲、光、熱檢測方面的基礎(chǔ)實驗。

針對專業(yè)實驗課程進行系統(tǒng)化和模塊化設(shè)計，將近代物理實驗、專業(yè)特色實驗、課程實驗統(tǒng)籌安排，重新整合、優(yōu)化。以節(jié)能材料物理性能表征和建筑節(jié)能檢測為主線，按實驗課程內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性劃分模塊，如材料制備、結(jié)構(gòu)形貌表征、光學性能檢測、熱學性能檢測、電磁性能檢測等模塊。論證審定各個模塊包含的實驗內(nèi)容，并將專業(yè)培養(yǎng)計劃中“實驗”課程的學分細化到每個模塊。

依據(jù)專業(yè)應(yīng)用方向設(shè)計創(chuàng)新性實驗課題，如“半導體氧化物光/氣/熱敏傳感器的研制”，課題涵蓋了幾乎所有的實驗?zāi)K內(nèi)容，并將近代物理實驗課程，以及半導體物理，納米材料與技術(shù)、傳熱學、光電檢測技術(shù)、傳感器原理等理論課的課程實驗融合在一起。同時，為避免實驗課題過于寬泛和繁雜，確保實驗的可行性和科學性，我們在此大實驗課題下細化出系列實驗子課題;比如研究不同半導體材料ZnO、TiO2、SnO2等，測試不同的物理性能如光、電、熱性能，以及制作光敏、氣敏、熱敏等不同類型傳感器件。課題在充分融合實驗教學計劃內(nèi)容(如X 射線衍射、光導、熱電效應(yīng)、聲光效應(yīng)、以及數(shù)據(jù)處理軟件的應(yīng)用等)的基礎(chǔ)上，形成了基于實驗教學、科技創(chuàng)新、畢業(yè)設(shè)計為一體的實驗課程體系。

3.2 實驗教學創(chuàng)新

教師通過物理實驗中心網(wǎng)站擬題并規(guī)定選題人數(shù)，不設(shè)純理論模擬計算課題，且擬定的課題中需詳細注明課題內(nèi)容所涉及的實驗?zāi)K。實驗課題經(jīng)過系部和實驗中心的審核后，學生通過網(wǎng)站注冊選題，采取導師負責制，一個課題可設(shè)多個導師。課程的考核采取多元化的考核方式，導師依據(jù)學生的文獻閱讀、方案設(shè)計、操作過程、數(shù)據(jù)處理以及成果答辯等對學生實驗成績做出綜合評價，最后給出總的實驗成績計算學分。

考慮到逐年增加的學生數(shù)量、相對緊缺的實驗教學資源、以及導師制對實驗教師科研能力、時間、精力的高要求，實驗教學體系的改革創(chuàng)新采取漸進式推進:從最初選取20%學生到現(xiàn)在的60%，歷經(jīng)四年多的試點和實踐，寓教于研的教學模式在培養(yǎng)學生動手實踐能力和科研創(chuàng)新能力方面逐步顯示出其優(yōu)越性。

4 結(jié) 語

通過對當前高校物理類專業(yè)的實驗教學現(xiàn)狀分析，基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標，從系統(tǒng)化、模塊化的實驗課程設(shè)計、寓教于研的導師制教學模式以及多元化評價方式等方面對物理類專業(yè)實驗教學體系進行改革和創(chuàng)新，并以安徽建筑大學應(yīng)用物理學專業(yè)的實驗教學改革為例，給出了寓教于研——基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標的實驗教學體系設(shè)計與創(chuàng)新的具體形式。實踐表明，這種新型實驗教學體系的實施，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和提高學生的自主探究能力，并對他們起到重要的導向作用。同時，新型實驗教學體系的探索也為高校其他相關(guān)專業(yè)的實驗教學提供了有益借鑒。

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