邱忠媛, 徐翠艷，張 勇，王文新

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大學物理實驗中的創(chuàng)新實驗設計與研究

邱忠媛, 徐翠艷，張 勇，王文新

(遼寧工業(yè)大學理學院，遼寧錦州 121001)

針對大學物理實驗課中創(chuàng)新實驗項目比例偏低的問題，提出在實踐教學中注重創(chuàng)新實驗的設計與研究。并結合大學物理實驗教學改革實踐，分析了開發(fā)設計創(chuàng)新實驗的必要性及可行性，重點研究設計創(chuàng)新實驗的基本方法，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，提高教學質量。

大學物理實驗；創(chuàng)新實驗設計；創(chuàng)新能力

隨著現(xiàn)代社會科學技術的飛速發(fā)展，對人才需求越來越注重其能力，具有創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的人才供不應求。培養(yǎng)學生的綜合能力水平，必須注重實踐環(huán)節(jié)訓練和學生實驗能力的培養(yǎng)，這是我們高等學校進行教育教學改革的重要課題。大學物理實驗課作為高等院校理工科學生的必修基礎課之一，教學改革力求朝著培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和綜合素質方向發(fā)展，而在創(chuàng)新能力培養(yǎng)下的大學物理實驗教學改革與研究，對培養(yǎng)新時代創(chuàng)新型人才，提高學生創(chuàng)新能力方面起到了積極的作用。在大學物理實驗課中，開發(fā)設計一定比例的創(chuàng)新實驗，無疑是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的良好教學途徑之一，特別是研究設計性創(chuàng)新實驗教學體系，應是大學物理實驗課程改革的基本方向。

一、實驗教學中開發(fā)設計創(chuàng)新實驗的必要性

高等學校教育改革以人才培養(yǎng)為己任。教學內容主要以“提高教育質量，努力提高大學生的學習能力、創(chuàng)新能力、實踐能力、交流能力和社會適應能力”等為訓練目標[1]。幾年來，在學生實踐教學環(huán)節(jié)中，遼寧工業(yè)大學（以下簡稱我校）鼓勵開展各種形式的創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新訓練項目，組織形成多個有專業(yè)特色的大學生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新團隊，積極參加國家、省校級大學生能力競賽項目，均體現(xiàn)了人才培養(yǎng)中的創(chuàng)新能力訓練的重要性。

大學物理實驗是一門獨立設課的實驗課程。隨著學?！皯眯腿瞬拧迸囵B(yǎng)目標的定位，使學校越來越加大了實驗室建設的力度，尤其是注重實驗課訓練環(huán)節(jié)對學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。從2009年開始，結合大學生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新訓練需求，我們開始進行創(chuàng)新實驗項目的設計與研究，具體是調整了物理實驗項目中的“基礎驗證、綜合設計及創(chuàng)新”內容比例，以此為依托，提供了更加豐富的實驗項目內容和考核平臺；多次組織開展“大學生物理能力測試”；組織參加“遼寧省大學生物理實驗競賽”等實踐創(chuàng)新活動。幾年來參加并獲得創(chuàng)新學分學生達2000余人，創(chuàng)新實驗項目內容深受學生歡迎和好評。實踐教學中，筆者深切體會到教學內容改革的必要性。對傳統(tǒng)的實驗教學模式、教學內容及方法進行多方面的改革，特別是增加創(chuàng)新實驗項目的設計，則是我們必須研究的課題。

需要改革的傳統(tǒng)物理實驗教學內容大體可分為基礎測量性實驗、驗證提高性及綜合設計性實驗。在實踐中一般按照4:4:2的比例開設實驗。由于基礎測量，驗證提高性實驗比例偏高，教師在實踐教學中按照講解“實驗要求—實驗原理—實驗內容步驟”的順序安排實驗，且要求學生在規(guī)定時間完成測量活動。根本沒給學生思考設計實驗時間，禁錮了學生獨立思考，主動進行實驗的積極性，同時也沒有考慮他們個性發(fā)展的要求。

在實驗教學中，適當增加創(chuàng)新實驗比例是培養(yǎng)學生具有創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的需要。通過開發(fā)設計創(chuàng)新性實驗，訓練學生查閱文獻資料，獨立設計實驗方案，完成實驗設計與制作，培養(yǎng)他們分析問題解決問題能力，達到傳統(tǒng)實驗無法達到的訓練效果。創(chuàng)新實驗教學能夠結合學生的興趣特點，彌補傳統(tǒng)實驗教學循規(guī)蹈矩的不足，調動學生的主觀能動性，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力行之有效的教學方式。

二、實驗教學中開發(fā)設計創(chuàng)新實驗的可行性

（一）開放的大學物理實驗教學體系為開發(fā)設計創(chuàng)新實驗提供了保障

早在2005年，我校大學物理實驗就進行了開放教學，在開放實驗管理系統(tǒng)中學生參加選課，完成大學物理實驗課程。實驗項目一般分為必做實驗和選作實驗兩種，其中選做實驗多為創(chuàng)新實驗項目，學時安排上是每個實驗2學時。創(chuàng)新實驗主要以建設大學生創(chuàng)新實驗室為平臺，發(fā)展學生參加開發(fā)創(chuàng)新實驗小組，共同研究實驗設計、制作及測試和試做等工作。而對于創(chuàng)新性實驗，除了教室、儀器、選做時間等安排外，準備實驗所需的查閱資料，預習實驗，設計實驗方案等都可以靈活機動。

開放實驗教學無疑為創(chuàng)新實驗項目實施提供了基本保障。學生可以在實驗前，登錄選課系統(tǒng)，查詢實驗題目，實驗要求，查詢相關預習資料，完成預習報告等，甚至可以通過網上仿真實驗系統(tǒng)，完成部分模擬實驗環(huán)節(jié)，為最后完成實驗，做出充分準備[2]。以上因素，為創(chuàng)新實驗的設計實施提供了有利條件。

（二）在實驗項目內容設置上，兼顧保證原有基礎實驗項目訓練，逐步提高綜合性、創(chuàng)新設計性實驗項目在總實驗項目中所占的比例

精選創(chuàng)新實驗內容，使其難度適應學生知識水平及專業(yè)特點，同時要與時俱進，可以結合最新科技技術的應用等。幾年來，大學物理實驗項目陸續(xù)更新，既有對基礎測量及驗證性實驗的更新，比如“彈性模量的測定”實驗研究[3]，增強了實驗的綜合性及創(chuàng)新性；又有全新的創(chuàng)新實驗設計?，F(xiàn)在可開出的綜合設計性實驗已達9個，其中設計創(chuàng)新實驗5個。實驗項目比例分配（基礎測量性實驗、驗證提高性及綜合設計創(chuàng)新性實驗）由原來的4:4:2，調整到3:3:4，提高了創(chuàng)新實驗項目比例。并把這些實驗項目編入正規(guī)出版的實驗教材，供學生上實驗課時使用，保證創(chuàng)新實驗項目順利實施。

（三）大學物理實驗教學改革實踐已初見成效

近年來，大學物理實驗教學改革實踐已經取得初步成績，說明了創(chuàng)新實驗項目的實施在教學改革中的重要作用。我們在2009、2010、2011、2012和2013級學生中開展了“大學生物理能力測試”訓練，共安排了十幾個綜合設計性創(chuàng)新實驗題目，對學生進行考核，已有2000多名學生參加并獲得了創(chuàng)新學分。這些實驗訓練很好地培養(yǎng)了學生的探索精神、實踐能力和創(chuàng)新能力，激發(fā)了學生的學習興趣，使學生由被動學習的方式轉變?yōu)橹鲃訉W習方式，達到了很好的教學效果。

另外，每學期有目的地開出創(chuàng)新實驗項目供學生選擇，收到了很好的教學效果。經我們指導的學生在參加遼寧省大學生挑戰(zhàn)杯、大學生物理實驗競賽等活動中，成績斐然。實驗證明，我們對學生進行創(chuàng)新能力的訓練，將使學生和社會雙雙收益，更是希望的人才培養(yǎng)結果。

三、實驗教學中開發(fā)設計創(chuàng)新實驗及應用

（一）根據實驗教學計劃安排，每學年有計劃地開發(fā)創(chuàng)新實驗項目

教師先總體設計，主要是研究命題，結合學生知識水平和專業(yè)特點進行可行性分析、試做等。要體現(xiàn)實驗的創(chuàng)新性，與實際應用、先進技術接軌等因素，見表1。

表1 創(chuàng)新實驗要素構成表

完成總體設計之后，實驗項目開始在物理實驗選課系統(tǒng)中對學生開放、選做，并不斷總結優(yōu)缺點，改進完善。

自2009年以來，我們物理實驗教學新開發(fā)創(chuàng)新實驗十余項，每年開出創(chuàng)新實驗達5萬人時數(shù)，受益學生2 000余人。

（二）物理實驗教學創(chuàng)新實驗舉例

《光電傳感器設計性創(chuàng)新實驗》[4]

（1）實驗題目。

光電傳感器的設計研究。

（2）實驗設計方案。

通過研究光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管和硅光電池等光敏傳感器的基本特性（伏安特性及光照特性），設計實驗檢測電路；完成對傳感器的基本特性參數(shù)測試；并對實驗數(shù)據進行分析計算，得出實驗結果。由于光敏傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點，因而在工業(yè)自動控制及智能機器人中得到廣泛應用。它可用于測量直接引起光強度變化的非電量，如：光強、光照度等；也可用來檢測能轉換成光量變化的其它非電量，如：零件直徑、表面粗糙度、位移、速度、加速度等。

（3）實驗任務書。

本實驗設計制作的物理基礎是光電效應，即在光照情況下，光敏元件的電學特性發(fā)生的變化。實驗主要研究光敏電阻、硅光電池、光敏二極管、光敏三極管四種光敏傳感器的基本特性以及光纖傳感器基本特性和光纖通訊基本原理，它是傳感器應用設計時選擇電參數(shù)的重要依據。

四、結束語

在大學物理實驗教學中，堅持開發(fā)設計創(chuàng)新實驗，有利于提高學生創(chuàng)新能力和水平，而在創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式下，改革實驗教學內容，逐步提高創(chuàng)新實驗比例，組織學生參與創(chuàng)新性實驗設計及研究，激發(fā)了學生自主思考、設計制作實驗的積極性，順應了部分有能力有興趣學生個性發(fā)展需求，實際教學效果良好。

[1] 教育部. 教育部關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見[EB/OL]. 教高[2007]2號, 2007(4).

[2] 遼寧工業(yè)大學物理實驗室. 大學物理實驗[M]. 沈陽：東北大學出版社, 2014：205-214.

[3] 徐翠艷, 符偉. 楊氏模量實驗的光杠桿法原理辨析[J]. 渤海大學學報，2016（12）:326-329.

[4] 張勇, 邱忠媛, 宋清弋, 等. 物理實驗中簡易太陽能紅外報警器設計[J]. 實驗技術與管理, 2015(9)：92-94.

(責任編校：付春玲)

10.15916/j.issn1674-327x.2017.04.039

G642.2

B

1674-327X (2017)04-0127-03

2015-12-15

遼寧工業(yè)大學教學改革項目(2014078)，(2014079)；遼寧教育科研管理智庫項目(ZK2015031)

邱忠媛(1964-)，女，遼寧黑山人，高級實驗師。

網絡出版時間：2017-06-19 09:15；

http://kns.cnki.net/kcms/detail/21.1415.C.20170619.0915.008.html