王紅梅 鄒 艷 栗 軍 于家峰 趙光勝 王吉華,

1.德州學(xué)院物理與電子信息學(xué)院 山東德州 253023

2.山東省生物物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 山東德州 253023

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020)》明確提出：優(yōu)化學(xué)科專業(yè)、類型、層次結(jié)構(gòu)，促進(jìn)多學(xué)科交叉和融合[1]。德州學(xué)院是一個(gè)地方本科院校，生物物理學(xué)科交叉研究及教學(xué)工作始于20世紀(jì)90年代。通過(guò)多年生物物理學(xué)科交叉研究與育人嘗試，逐步確立了學(xué)科交叉實(shí)踐創(chuàng)新的人才培養(yǎng)理念。2005年，德州學(xué)院設(shè)立了應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)(生物物理方向)，該專業(yè)主要培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)和生命科學(xué)方面的基本理論和基本知識(shí)，接受醫(yī)學(xué)儀器維修及應(yīng)用、生物物理技術(shù)、生物儀器應(yīng)用、生化分析、理論研究、計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用等方面的基本訓(xùn)練，以學(xué)科交叉為特色。教學(xué)分為實(shí)踐和理論，其中實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)的重要途徑，深化實(shí)踐教學(xué)改革和提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量是當(dāng)前高校教學(xué)改革的重要任務(wù)[2]。近年來(lái)，我院在學(xué)科交叉背景下構(gòu)建了新的力學(xué)課程實(shí)踐教學(xué)體系，并在教學(xué)中進(jìn)行了實(shí)踐，取得了一定的成效。

1 力學(xué)課程實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建基礎(chǔ)及思路

我院目前有山東省生物物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(2015獲批)，生物物理重點(diǎn)學(xué)科(2011年獲批)和山東省生物物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心(2012年獲批)，依托這些平臺(tái)優(yōu)化生物、物理、電子等多學(xué)科交叉優(yōu)勢(shì)，形成了“學(xué)科交叉、實(shí)踐創(chuàng)新、協(xié)同育人”的人才培養(yǎng)理念[3]。根據(jù)人才培養(yǎng)方案確立了力學(xué)實(shí)踐教學(xué)體系的思路：創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法、構(gòu)建多層次的實(shí)踐教學(xué)模式、開(kāi)放管理模式、建立多元化的考核體系，將學(xué)科交叉意識(shí)滲入實(shí)踐教學(xué)中，培養(yǎng)厚基礎(chǔ)、強(qiáng)實(shí)踐、求創(chuàng)新的創(chuàng)新性應(yīng)用型人才。

2 學(xué)科交叉背景下力學(xué)課程實(shí)踐教學(xué)體系的建設(shè)

2.1 構(gòu)建多層次的實(shí)踐教學(xué)模式

2.1.1 重組課程內(nèi)容 強(qiáng)化基礎(chǔ) 體現(xiàn)交叉性

力學(xué)實(shí)驗(yàn)是大學(xué)理工科學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的第一門獨(dú)立的必修課程，是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后受到系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開(kāi)端，對(duì)學(xué)生能力和素質(zhì)的培養(yǎng)不僅包含通常意義上的實(shí)驗(yàn)技能和操作技能，也包含實(shí)驗(yàn)者的科學(xué)態(tài)度、求實(shí)精神、堅(jiān)忍不拔的意志、追求真理的勇氣以及愛(ài)護(hù)實(shí)驗(yàn)儀器的良好品德和科學(xué)習(xí)慣。它在培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段分析、觀察、發(fā)現(xiàn)以至研究、解決問(wèn)題的能力方面，以及培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神方面都起著重要的作用，并且是理論課程不能替代的。依據(jù)山東省教育廳關(guān)于生物物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的精神，根據(jù)長(zhǎng)期的實(shí)踐教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn)，從注重培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新四維能力出發(fā)，減少單純驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的比例，對(duì)不符合現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展實(shí)際的傳統(tǒng)項(xiàng)目進(jìn)行刪除或修改，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和人才培養(yǎng)方案精挑細(xì)選，對(duì)不符合要求的力學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行更新[4]。淘汰一些對(duì)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ψ饔貌淮蟮膶?shí)驗(yàn)，補(bǔ)充一些在學(xué)科交叉中與力學(xué)有關(guān)，且有代表性、體現(xiàn)現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用價(jià)值的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增設(shè)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，按照3個(gè)層次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目共30個(gè)[5,6]，從中選取15個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(交叉項(xiàng)目不少于5個(gè))進(jìn)行教學(xué)。第一層次為演示實(shí)驗(yàn)(20%)，包括運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性、轉(zhuǎn)盤科里奧利力、縱波和駐波、彈簧片的受迫振動(dòng)與共振演示、角動(dòng)量矢量合成守恒的演示、波的干涉、多普勒效應(yīng)、短跑中人體關(guān)節(jié)角隨時(shí)間的變化、肌肉力學(xué)實(shí)驗(yàn)、馬格努斯效應(yīng)等10個(gè)項(xiàng)目，其中交叉項(xiàng)目3個(gè)；第二層次基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)(40%)，包括物質(zhì)密度的測(cè)定、楊氏模量的測(cè)定、聲速的測(cè)定、液體黏滯系數(shù)的測(cè)定與研究、用凱特?cái)[測(cè)量重力加速度、波爾共振儀研究受迫振動(dòng)、用物理擺法測(cè)定人體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、雙腳原地縱跳的力學(xué)特征實(shí)驗(yàn)分析、測(cè)定短跑中人體關(guān)節(jié)角隨時(shí)間的變化、人體重心測(cè)量與分析10個(gè)項(xiàng)目，其中交叉項(xiàng)目4個(gè)；第三層次綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(40%)，單擺的設(shè)計(jì)與研究、牛頓第二定律的研究、碰撞過(guò)程中守恒定律的研究、梁的彎曲的研究、干涉法金屬線膨脹系數(shù)的測(cè)定、磁單擺混沌現(xiàn)象的觀察和研究、不同跑速時(shí)步長(zhǎng)與步頻關(guān)系實(shí)驗(yàn)等10個(gè)項(xiàng)目，其中交叉項(xiàng)目4個(gè)，其他剩余的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣，在開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.1.2 利用實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái) 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)

我院建有兩個(gè)實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)：大學(xué)生科技文化競(jìng)賽培訓(xùn)平臺(tái)、發(fā)明創(chuàng)造平臺(tái)。實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)由學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室、測(cè)試中心等機(jī)構(gòu)組成，是開(kāi)展大學(xué)生科技文化競(jìng)賽和進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造的物質(zhì)基礎(chǔ)。在實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)中鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手調(diào)試儀器設(shè)備，熟悉儀器的功能和使用方法，我院還建立一批開(kāi)放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、仿真實(shí)驗(yàn)室，為提高學(xué)生的實(shí)踐能力提供更為廣闊的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐育人的目標(biāo)。為了取得更好實(shí)踐訓(xùn)練效果，學(xué)院組織一部分創(chuàng)新能力強(qiáng)、熱愛(ài)教學(xué)工作的教師組建為指導(dǎo)教師教學(xué)團(tuán)隊(duì)，他們不但負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室的工作還負(fù)責(zé)大學(xué)生的科技文化競(jìng)賽。根據(jù)學(xué)生特長(zhǎng)和實(shí)踐能力組織參賽學(xué)生的選拔、培訓(xùn)等工作。實(shí)踐證明，利用實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)，再加上指導(dǎo)教師教學(xué)團(tuán)隊(duì)的努力，學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)有很大提高，而且參與實(shí)踐訓(xùn)練和大賽的積極性很高。

學(xué)生利用實(shí)踐平臺(tái)，在教師的指導(dǎo)下自制儀器20多件，其中多件作品獲得了山東省物理科技創(chuàng)新大賽的獎(jiǎng)勵(lì)，如學(xué)生將集成開(kāi)關(guān)型霍耳傳感器應(yīng)用于慣性稱實(shí)驗(yàn)中，測(cè)定物體的慣性質(zhì)量，操作簡(jiǎn)便，測(cè)定精度高，獲得了山東省物理科技創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)；學(xué)生基于光電傳感器制作了新型牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)裝置，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置相比，省去了氣墊導(dǎo)軌和氣源，設(shè)備大為簡(jiǎn)化，成本大大降低，測(cè)定精度高，獲得了山東省物理科技創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)。實(shí)踐證明實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)的建設(shè)和使用，能夠加強(qiáng)大學(xué)生的實(shí)踐能力培養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

2.1.3 產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

多年來(lái)，基于學(xué)科建設(shè)平臺(tái)，我院與省內(nèi)多家企業(yè)(德州義信德汽車配件有限公司、山東鑫秋種業(yè)科技有限公司、德州三合電器有限公司等)交流合作，形成了產(chǎn)學(xué)研互動(dòng)、互惠雙贏、協(xié)同創(chuàng)新的合作模式。建設(shè)了10多個(gè)校外實(shí)踐實(shí)習(xí)基地，采用“實(shí)體項(xiàng)目分解(階梯性校內(nèi)實(shí)訓(xùn))+創(chuàng)新項(xiàng)目綜合(系統(tǒng)性校外實(shí)習(xí))”方式對(duì)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力進(jìn)行培養(yǎng)。產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人機(jī)制既能發(fā)揮企業(yè)和學(xué)校的各自優(yōu)勢(shì)又能共同培養(yǎng)社會(huì)與市場(chǎng)需要的人才，是企業(yè)與學(xué)校雙贏的模式之一，課題的研究有助于校企合作的新模式的建立，為高校能夠?yàn)樯鐣?huì)培養(yǎng)符合企業(yè)要求，滿足社會(huì)用工和企業(yè)科學(xué)發(fā)展要求的人才提供一定的借鑒。

2.2 實(shí)驗(yàn)室實(shí)行開(kāi)放式運(yùn)行管理

為充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室在人才培養(yǎng)過(guò)程中的重要作用，有效利用和挖掘?qū)嶒?yàn)室資源，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，力學(xué)實(shí)驗(yàn)室根據(jù)《德州學(xué)院開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理暫行辦法》實(shí)行開(kāi)放式運(yùn)行管理。實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放在完成基本教學(xué)任務(wù)的前提下，利用現(xiàn)有師資、儀器設(shè)備、設(shè)施條件等資源，面向本科生開(kāi)放、為學(xué)生提供實(shí)踐學(xué)習(xí)條件，充分調(diào)動(dòng)和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，使學(xué)生有獨(dú)立思考、自由發(fā)揮、自主學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間，做到因材施教，培養(yǎng)高素質(zhì)人才。

2.2.1 實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放的原則

根據(jù)學(xué)校和學(xué)生的實(shí)際情況，實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放要遵循以下幾個(gè)原則。(1)開(kāi)放要堅(jiān)持層次性的原則。實(shí)驗(yàn)室在完成教學(xué)計(jì)劃安排的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)的前提下，根據(jù)教學(xué)對(duì)象的水平、教學(xué)目的差異和教學(xué)條件，采取多種形式開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，使用不同的教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)器材，完成各種開(kāi)放實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。(2)開(kāi)放要堅(jiān)持資源的有效利用原則。學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室以承擔(dān)教學(xué)計(jì)劃內(nèi)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主，因此開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室要充分挖掘現(xiàn)有師資、儀器設(shè)備、環(huán)境條件等資源，在不影響正常教學(xué)的努力完善實(shí)驗(yàn)技術(shù)條件和工作環(huán)境，逐步加大實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放程度和開(kāi)放范圍。(3)開(kāi)放要堅(jiān)持以學(xué)生為主教師為輔的原則。為了培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，努力開(kāi)放以綜合性、設(shè)計(jì)性、研究性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)為主的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生多動(dòng)手，多查資料，教師進(jìn)行必要的輔助。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放的具體實(shí)施

各實(shí)驗(yàn)室在教學(xué)計(jì)劃外安排時(shí)間向?qū)W生實(shí)施開(kāi)放，主要是開(kāi)放綜合、設(shè)計(jì)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，并統(tǒng)一在教務(wù)在線和實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放管理系統(tǒng)公布，供學(xué)生選擇，學(xué)生可以隨時(shí)申請(qǐng)，吸引學(xué)生利用課余時(shí)間(假期)到實(shí)驗(yàn)室參加實(shí)驗(yàn)、制作、發(fā)明、創(chuàng)造活動(dòng)。學(xué)生參與教師科研項(xiàng)目開(kāi)放：實(shí)驗(yàn)室根據(jù)教師科研項(xiàng)目以及各類競(jìng)賽活動(dòng)等的需要在教務(wù)在線和實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放管理系統(tǒng)發(fā)布開(kāi)放研究題目，吸收部分高年級(jí)優(yōu)秀本科學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室參加實(shí)驗(yàn)。原則上每學(xué)期初發(fā)布可開(kāi)放的研究題目及各類競(jìng)賽活動(dòng)，由指導(dǎo)教師及所在實(shí)驗(yàn)室共同做好錄取工作。教學(xué)計(jì)劃外的學(xué)生自選研究課題開(kāi)放：鼓勵(lì)學(xué)生個(gè)人或結(jié)合學(xué)生社團(tuán)、興趣小組的活動(dòng)內(nèi)容，自行設(shè)計(jì)、選擇實(shí)驗(yàn)研究課題，提出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)方案和步驟，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的方向和條件，聯(lián)系相應(yīng)實(shí)驗(yàn)室和指導(dǎo)教師，在開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室中獨(dú)立完成課題的方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)裝置安裝與調(diào)試，完成課題研究并撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

2.3 多元化實(shí)踐考核方法

建立多元化實(shí)踐考核方法(如圖1所示)，注重對(duì)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)的全面考核。

圖1 多元化考核體系結(jié)構(gòu)

2.3.1 課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的考核方法

課內(nèi)實(shí)驗(yàn)考核分為三部分：一是課堂實(shí)驗(yàn)操作情況，根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性、實(shí)驗(yàn)態(tài)度以及實(shí)驗(yàn)紀(jì)律等情況給予總成績(jī)的30%；二是實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書(shū)寫(xiě)質(zhì)量、數(shù)據(jù)的合理性、數(shù)據(jù)處理的正確性給予總成績(jī)的40%；三是期末實(shí)驗(yàn)考試，學(xué)生隨機(jī)抽取教學(xué)計(jì)劃內(nèi)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行操作，根據(jù)操作情況和數(shù)據(jù)的收集情況給予總成績(jī)的30%。

2.3.2 開(kāi)放實(shí)驗(yàn)的考核方法

開(kāi)放實(shí)驗(yàn)的考核方法是將開(kāi)放實(shí)驗(yàn)作為學(xué)生的選修課，學(xué)生參加開(kāi)放實(shí)驗(yàn)后，如果成績(jī)合格，經(jīng)學(xué)生自己申請(qǐng)，由相關(guān)部門審核，合格后學(xué)生可以獲得學(xué)分，這個(gè)學(xué)分相當(dāng)于選修課的學(xué)分，可以代替其他選修課，但是學(xué)校規(guī)定開(kāi)放實(shí)驗(yàn)的學(xué)分一學(xué)期不能超過(guò)2學(xué)分。

2.3.3 創(chuàng)新學(xué)分和技能學(xué)分

德州學(xué)院為培養(yǎng)創(chuàng)新性應(yīng)用型人才，支持廣大學(xué)生和教師參與各類科技文化競(jìng)賽活動(dòng)，出臺(tái)了《德州學(xué)院大學(xué)生科技文化創(chuàng)新訓(xùn)練與成果管理暫行辦法》《德州學(xué)院大學(xué)生科技文化競(jìng)賽管理辦法》《德州學(xué)院創(chuàng)新學(xué)分和技能學(xué)分認(rèn)定辦法》。學(xué)校對(duì)在競(jìng)賽中獲獎(jiǎng)的學(xué)生和指導(dǎo)教師給予一定的獎(jiǎng)勵(lì)，學(xué)生獲得學(xué)分，教師按教學(xué)成果計(jì)分；對(duì)獲得省級(jí)以上大學(xué)生科技文化競(jìng)賽獎(jiǎng)勵(lì)的學(xué)生，可授予“德州學(xué)院大學(xué)生優(yōu)秀科技文化人才”榮譽(yù)稱號(hào)；學(xué)生以第一作者、德州學(xué)院為第一單位發(fā)表學(xué)術(shù)論文、作品和申報(bào)專利，學(xué)生按《德州學(xué)院創(chuàng)新學(xué)分和技能學(xué)分認(rèn)定辦法(暫行)》給予創(chuàng)新學(xué)分。

考核方式多樣化、細(xì)致化、全面化，才能綜合評(píng)定學(xué)生的實(shí)踐素質(zhì)和創(chuàng)新能力，還可以促使學(xué)生高質(zhì)量的準(zhǔn)備并完成每個(gè)實(shí)驗(yàn)，從而進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和綜合素質(zhì)的全面提升[7,8]。

3 建設(shè)成果與成效

經(jīng)過(guò)多年學(xué)科交叉背景下力學(xué)實(shí)踐教學(xué)體系的探索，構(gòu)建多層次的實(shí)踐教學(xué)模式：重組課程內(nèi)容，強(qiáng)化基礎(chǔ)，體現(xiàn)交叉性；利用校內(nèi)實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)；利用產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)室管理采用開(kāi)放式運(yùn)行管理，管理方法行之有效，能夠有效利用學(xué)校的實(shí)踐教學(xué)資源，充分調(diào)動(dòng)和激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。學(xué)院的生物物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心被評(píng)為省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心；在成果的探索和應(yīng)用過(guò)程中我們也獲得了一些高級(jí)別的教研課題，如國(guó)家“十一五”教育研究課題3項(xiàng)，高等學(xué)校力學(xué)課程教學(xué)研究項(xiàng)目2項(xiàng)、山東省教育規(guī)劃“十二五課題”1項(xiàng)；在學(xué)生創(chuàng)新培養(yǎng)方面取得了一定的成果：近五年學(xué)生在省級(jí)以上刊物發(fā)表論文18篇(其中EI收錄論文4篇，SCI收錄論文2篇)，有4篇本科生畢業(yè)論文獲得了山東省優(yōu)秀學(xué)士論文；授予專利12項(xiàng)；自制實(shí)驗(yàn)與儀器20余項(xiàng)；學(xué)生在各類大學(xué)生科技文化競(jìng)賽中，獲得省級(jí)以上獎(jiǎng)勵(lì)150余項(xiàng)。加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是提高學(xué)生動(dòng)手能力和綜合素質(zhì)的有效途徑之一，實(shí)踐教學(xué)改革任重而道遠(yuǎn)，是一項(xiàng)長(zhǎng)期而復(fù)雜的大工程[9]，我們將不斷向其他兄弟院校學(xué)習(xí)并加強(qiáng)對(duì)外交流與合作，不斷加大實(shí)踐教學(xué)的改革力度，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)。

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