袁吉仁， 韓道福， 鄧新華， 胡 萍， 黃偉軍， 何喜玲

(1. 南昌大學(xué) 物理國家級實驗教學(xué)示范中心， 南昌 330031； 2. 江西南昌供電公司， 南昌 330006)

0 引 言

2018年10月，教育部發(fā)布了“新時代高教40條”[1]，其中強(qiáng)調(diào)要“以學(xué)生發(fā)展為中心，通過教學(xué)改革促進(jìn)學(xué)習(xí)革命……，因課制宜選擇課堂教學(xué)方式方法，科學(xué)設(shè)計課堂考核內(nèi)容和方式，不斷提高課堂教學(xué)質(zhì)量。積極引導(dǎo)學(xué)生自我管理、主動學(xué)習(xí)，激發(fā)求知欲望，提高學(xué)習(xí)效率，提升自主學(xué)習(xí)能力。……推動形成‘互聯(lián)網(wǎng)+高等教育’新形態(tài)，以現(xiàn)代信息技術(shù)推動高等教育質(zhì)量提升的‘變軌超車’”。

近年來，我校物理實驗教學(xué)中心采取了一系列的有關(guān)教學(xué)方式方法的改革舉措，采用“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式來設(shè)計討論式及個性化教學(xué)方式，推行大課程實驗教學(xué)以建立基于網(wǎng)絡(luò)支撐的全面開放教學(xué)，推行學(xué)生自主實驗教學(xué)來增強(qiáng)學(xué)生的探索和實踐能力，實驗考核將口頭報告占據(jù)實驗成績一定比重等。這些改革措施十分契合新時代形勢下教育部的部署指引，實踐證明這些改革措施都取得了良好的效果，可供同類地方綜合性高校參考。

1 中心整體教學(xué)改革規(guī)劃

1.1 物理實驗教學(xué)示范中心簡介

我校是一所隸屬于江西省的具有區(qū)域特色的地方綜合性大學(xué)，是國家“211”工程重點(diǎn)建設(shè)高校，是國家“雙一流”計劃世界一流學(xué)科建設(shè)高校。物理實驗教學(xué)中心是在1993年由原江西大學(xué)物理系普通物理、專業(yè)物理、近代物理實驗室和江西工業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)課部大學(xué)物理實驗室共同組建而成。2004年，大學(xué)物理實驗課程被評為江西省精品課程。2005年，物理實驗教學(xué)中心被評為江西省首批省級實驗教學(xué)示范中心。2011年，大學(xué)物理實驗被評為江西省示范性網(wǎng)絡(luò)精品課程。2015年，物理實驗教學(xué)中心被教育部評為國家級實驗教學(xué)示范中心。

物理實驗教學(xué)中心面向全校5 000多名理、工、醫(yī)科本科生開設(shè)大學(xué)物理實驗公共基礎(chǔ)實驗課，為物理系開設(shè)普通物理實驗、近代物理實驗課程，承擔(dān)全校創(chuàng)新實踐課程和大學(xué)生科技創(chuàng)新等活動。

1.2 中心教學(xué)定位

(1) 教學(xué)功能定位。以本科實驗教學(xué)為中心，服務(wù)于全校理、工、醫(yī)科及部分文科學(xué)生的基礎(chǔ)能力訓(xùn)練、科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力提高，確保高質(zhì)量教學(xué)的實驗教學(xué)中心。

(2) 面向發(fā)展定位。以大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)，聯(lián)合校內(nèi)外共享資源協(xié)同育人，立足江西、服務(wù)中西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)，培養(yǎng)高水平拔尖創(chuàng)新人才的實踐教學(xué)公共平臺。

1.3 改革教學(xué)理念

作為一所地方高水平綜合性大學(xué)，學(xué)校學(xué)科門類繁多，人才培養(yǎng)特別是創(chuàng)新實踐型人才培養(yǎng)的任務(wù)十分繁重，責(zé)任重大。實驗中心基于綜合性大學(xué)的創(chuàng)新實踐人才培養(yǎng)的目標(biāo)和任務(wù)，確立了重基礎(chǔ)、提質(zhì)量、求創(chuàng)新、促拔尖的教學(xué)理念，構(gòu)建物理素養(yǎng)教育、拔尖人才培養(yǎng)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐三大教學(xué)平臺，用信息化手段支撐實驗開放、資源共享和教學(xué)全過程規(guī)范化管理，提高教學(xué)質(zhì)量，重視實踐教學(xué)、實踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)；對專業(yè)領(lǐng)域的優(yōu)秀學(xué)生，采取因材施教，設(shè)置專門的課程體系，重點(diǎn)培養(yǎng)，塑造拔尖創(chuàng)新人才，形成拔尖創(chuàng)新人才的良好氛圍；同時聯(lián)合校內(nèi)工程中心和校外相關(guān)行業(yè)企業(yè)協(xié)同育人，組織學(xué)生進(jìn)行工程訓(xùn)練和社會實踐，增強(qiáng)學(xué)生的社會責(zé)任感和創(chuàng)新精神，提高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

1.4 構(gòu)建新的教學(xué)體系

為了適應(yīng)創(chuàng)新實踐人才培養(yǎng)的需要，達(dá)到以基礎(chǔ)能力訓(xùn)練、拔尖創(chuàng)新培養(yǎng)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐多位一體的培養(yǎng)目標(biāo)，實驗中心構(gòu)建了“1條主線、3個平臺、5類教學(xué)、全面開放”的實踐教學(xué)體系[2]，面向全校理、工、醫(yī)科及特色實驗班開設(shè)實驗課程，同時為全省中小學(xué)提供科學(xué)普及、實驗培訓(xùn)和實驗競賽，為區(qū)域內(nèi)部分兄弟院校提供實驗教學(xué)服務(wù)，為校外有關(guān)企事業(yè)單位提供技術(shù)咨詢和技術(shù)服務(wù)。其中，1條主線是指以大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)為主線；3個平臺包括物理素養(yǎng)教育、拔尖人才培養(yǎng)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐三大平臺；5類教學(xué)是指物理通識教育、基礎(chǔ)實驗教學(xué)、專業(yè)實驗教學(xué)、科研訓(xùn)練、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐；全面開放即依托實驗教學(xué)過程化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)實驗教學(xué)開放、教學(xué)儀器資源共享、教學(xué)全過程規(guī)范化管理，提高教學(xué)質(zhì)量。

2 改革教學(xué)方式方法

教學(xué)方式方法的改革旨在調(diào)動學(xué)生對實驗課程的興趣，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒灹?xí)慣，提高實驗教學(xué)效果。中心為了實現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)，在教學(xué)中創(chuàng)新使用多種現(xiàn)代化教學(xué)方法，積極開發(fā)綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗項目。重點(diǎn)實行以學(xué)生為本的基于問題、項目、案例的互動式、研討式教學(xué)和自主、合作探究的學(xué)習(xí)方式。注重基礎(chǔ)與前沿、經(jīng)典與現(xiàn)代相結(jié)合，虛擬仿真與真實體驗相結(jié)合，基本規(guī)范養(yǎng)成、基礎(chǔ)能力訓(xùn)練與培養(yǎng)相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生多樣化成才[3]。

2.1 采用以學(xué)生為中心的教學(xué)模式

實驗課堂教學(xué)方法以啟發(fā)式、討論式為主，由重結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)橹剡^程，課堂講解和課堂討論相結(jié)合，集中講解和個別指導(dǎo)相結(jié)合。課堂講解注重傳授實驗原理和實驗設(shè)計思想形成的思維分析過程，強(qiáng)化思維方法和科學(xué)實驗方法的訓(xùn)練，提高分析問題能力。課堂討論充分調(diào)動學(xué)生的主動性，注重學(xué)生的開放思維過程，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、興趣和熱情，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。指導(dǎo)教師通過課前講解、現(xiàn)場指導(dǎo)、課后總結(jié)點(diǎn)評及啟發(fā)學(xué)生參與討論，幫助學(xué)生溝通所學(xué)理論與實驗的關(guān)系，領(lǐng)會每個實驗的設(shè)計思想和目的，起到融會貫通、舉一反三的教學(xué)效果。教學(xué)中注重因材施教，發(fā)展學(xué)生個性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能，根據(jù)不同學(xué)生，進(jìn)行個性化教學(xué)。

2.2 建立基于網(wǎng)絡(luò)支撐的全面開放教學(xué)

中心每年承擔(dān)全校理、工、醫(yī)學(xué)科及部分文科專業(yè)學(xué)生的實踐教學(xué)，僅基礎(chǔ)實驗教學(xué)每年服務(wù)5 000多名學(xué)生，承擔(dān)的教學(xué)人時數(shù)就到達(dá)30萬人時，教學(xué)任務(wù)繁重，教學(xué)組織運(yùn)行難度大。為了充分利用教學(xué)資源、實現(xiàn)儀器資源共享，達(dá)到基礎(chǔ)實驗人手1套儀器，提高教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量，近年來，實驗中心進(jìn)行教學(xué)改革，推行大課程實驗教學(xué)，將基礎(chǔ)實驗教學(xué)的7門實驗課程整合成由基礎(chǔ)訓(xùn)練實驗、提高性實驗和綜合設(shè)計性實驗3個層次實驗項目組成的一門大課程。以此為基礎(chǔ)，實驗中心開發(fā)建設(shè)實驗教學(xué)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，支持全校學(xué)生開放選課，實現(xiàn)實驗教學(xué)全面開放。通過開放教學(xué)，滿足不同學(xué)科學(xué)生的實驗需求，滿足不同層次能力的培養(yǎng)要求，學(xué)生根據(jù)自身能力達(dá)到的不同階段，自主選擇各層次實驗項目，達(dá)到能力培養(yǎng)目標(biāo)。

2.3 開發(fā)綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗項目

在教師多年科研和教學(xué)的基礎(chǔ)上，提煉開發(fā)新的實驗項目，如：激光自混合速度傳感實驗[4]、基于Labview的示波器原理、示波器電容電感測量、大視場數(shù)字等厚干涉儀、全息光柵制作[5]、聲波衰減系數(shù)測量、模擬人體心向量圖[6]、阻抗心功能儀[7-8]、模擬人眼成像及非正視眼的矯正等新實驗。教師研發(fā)的新實驗項目，多采用自制或改造的實驗儀器，采用儀器部件組合方式，要求學(xué)生根據(jù)實驗的不同要求，將各部件自行搭建成完整的實驗系統(tǒng)，有利于動手能力和綜合能力的提高以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[9]。

研制開發(fā)的新實驗項目改善了物理實驗的教學(xué)裝備，豐富了實驗項目，同時通過實驗項目的開發(fā)、儀器的研制和更新改造提高了中心人員研究開發(fā)水平和創(chuàng)新能力，增強(qiáng)了中心自身可持續(xù)發(fā)展的能力[10]。

學(xué)生參與新實驗項目開發(fā)，極大地提高了學(xué)生的實驗興趣，激發(fā)了創(chuàng)新的活力。如：實驗中心自主研發(fā)的阻抗心功能儀實驗，設(shè)計電路測量人體心電阻抗，編寫軟件進(jìn)行信號采集和數(shù)據(jù)處理，得出心功能數(shù)據(jù)。該實驗將物理實驗方法應(yīng)用到臨床檢測，拓寬了大學(xué)物理實驗的范疇，豐富了大學(xué)物理實驗的內(nèi)涵，既可以達(dá)到理工科學(xué)生的創(chuàng)新實踐的目的，又可滿足醫(yī)科學(xué)生的實驗要求。

中心同時向全校學(xué)生開設(shè)了創(chuàng)新科研學(xué)分課程(實驗?zāi)K類課程)。實驗?zāi)K類創(chuàng)新學(xué)分課程的教學(xué)內(nèi)容以創(chuàng)新性、綜合性、設(shè)計性實驗為主，同時結(jié)合實驗教師的科研課題。中心開設(shè)的實踐類創(chuàng)新科研學(xué)分課程以實踐環(huán)節(jié)(>3/4)指導(dǎo)為主，課程講授(<1/4)為輔。實驗?zāi)K課程負(fù)責(zé)人原則上應(yīng)具有副教授及以上職稱(含博士學(xué)歷講師職稱)。學(xué)生參與研究創(chuàng)新型實驗，成績合格者可獲得2個創(chuàng)新科研學(xué)分。實驗教師可結(jié)合學(xué)生發(fā)表的論文、獲得專利等成果評定其研究創(chuàng)新型實驗的總成績。

2.4 開發(fā)虛擬仿真實驗和實驗考試自動評測系統(tǒng)

近年來，中心建設(shè)了虛擬仿真物理實驗室，通過交流引進(jìn)的方式，建成了包括力、熱、電、光、磁、近代物理等30多個實驗項目，如邁克爾遜干涉儀實驗、示波器、多用表改裝等實驗，擁有可容納150人同時實驗的虛擬仿真實驗室及獨(dú)立的服務(wù)器。學(xué)生通過中心門戶網(wǎng)站首頁，進(jìn)入虛擬仿真實驗室，在網(wǎng)上進(jìn)行實驗操作，系統(tǒng)自動記錄實驗數(shù)據(jù)，完成后學(xué)生可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及實驗報告的撰寫。

利用虛擬仿真實驗，學(xué)生可課前進(jìn)行預(yù)習(xí)和實驗操作，建立對實驗的直觀認(rèn)識。仿真實驗系統(tǒng)自動記錄每位學(xué)生的實驗情況，自動評分并指出操作錯誤，學(xué)生可掌握實驗的基本內(nèi)容、知識和要點(diǎn)。教師上課前可以查看學(xué)生課前預(yù)習(xí)情況，開展有針對性教學(xué)指導(dǎo)，避免了占用課堂時間臨時檢查學(xué)生預(yù)習(xí)的問題，解決了大面積學(xué)生預(yù)習(xí)檢查的難題。學(xué)生在課外可以遠(yuǎn)程訪問虛擬實驗，實現(xiàn)了教學(xué)資源共享。虛擬仿真形式的課前預(yù)習(xí)，學(xué)生對實驗的物理思想，實驗方法、儀器結(jié)構(gòu)及原理，達(dá)到充分的了解，為課堂實驗積累了經(jīng)驗，提高了實驗教學(xué)效果[11]。

為解決大批量學(xué)生參加實驗考試的難題，中心又建設(shè)了一套物理實驗考試自動測評系統(tǒng)。中心教師充分利用物理實驗考試與自動判卷功能，組織學(xué)生實驗考試，可以比較客觀地了解到學(xué)生的實驗知識掌握和實驗操作能力情況。每學(xué)期末，中心教師安排了各類實驗項目的仿真實驗考試，學(xué)生在校虛擬仿真物理實驗室，通過登錄中心主頁中的“實驗考試”，進(jìn)入考試大廳，即可完成相關(guān)實驗的考試?？荚囅到y(tǒng)記錄、評判學(xué)生答題和實驗操作，并自動評分，達(dá)到了較好的效果，提高了工作效率。物理實驗考試成績與平時實驗成績相結(jié)合，實現(xiàn)了考核方式多元化和高效率。

2.5 推行學(xué)生自主實驗教學(xué)

中心為進(jìn)一步提高實驗教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量，進(jìn)一步實行實驗教學(xué)改革，樹立以學(xué)生為主體，大力開展教學(xué)創(chuàng)新，推行教師授課方式變革，實行教師指導(dǎo)下的學(xué)生自主實驗[12-13]。自主實驗教學(xué)摒棄了傳統(tǒng)的灌輸式實驗教學(xué)教師講授模式，通過強(qiáng)調(diào)學(xué)生預(yù)習(xí)和課堂自主探索，有利于增強(qiáng)學(xué)生的探索和實踐能力[14]；同時構(gòu)建師生互動討論的開放式課堂教學(xué)模式，教師將精力集中于與學(xué)生的課堂討論和答疑，促進(jìn)其完善自身知識結(jié)構(gòu)，不斷提高教學(xué)能力和水平[15]。學(xué)生在自主實驗中，轉(zhuǎn)變了以往依賴教師的習(xí)慣和觀念。自己探索，更好地訓(xùn)練了思維，自己解決實驗中遇到的問題，學(xué)習(xí)有了成就感，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣和熱情，學(xué)生獲益良多。通過問卷調(diào)查,有91%的學(xué)生認(rèn)為自主實驗有益(其中包括27%的學(xué)生認(rèn)為非常有益)；學(xué)生對自主實驗非常熱情，普遍認(rèn)為通過自主實驗的學(xué)習(xí)方式，對實驗知識的學(xué)習(xí)更加深刻，更有利于創(chuàng)新實踐能力的提高。

2.6 實行實驗成績考核方式改革

近年來，實驗中心以選修創(chuàng)新學(xué)分實驗為試點(diǎn)，推行了實驗成績考核方式改革試點(diǎn)。在實驗開設(shè)的大學(xué)物理創(chuàng)新競賽實驗課程中，開設(shè)了4個自主實驗項目，學(xué)生完成項目，只需提交2個實驗項目的實驗報告，第3個實驗報告為一次口頭報告(答辯)。3次報告的成績權(quán)重分別為20%，40%，40%。具體做法是，第1次報告為基本要求，教師認(rèn)真批閱并指導(dǎo)改進(jìn)；學(xué)生在第1次基礎(chǔ)上，根據(jù)教師的指導(dǎo)，寫第2個實驗的報告，需達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，符合科學(xué)報告的要求；第3次實驗報告，則進(jìn)行口頭實驗報告，全體學(xué)生和實驗指導(dǎo)教師參加共同打分，教師和學(xué)生所評平均成績各占60%和40%。最后，該實驗課程總成績按權(quán)重計算。推行實驗成績考核方式改革，避免了學(xué)生實驗報告流于形式，讓學(xué)生真正掌握科學(xué)報告的方法，促進(jìn)學(xué)生實驗過程中認(rèn)真實驗，積極思考，提高教學(xué)效果。口頭實驗報告，使學(xué)生獲益更多，受到大多數(shù)學(xué)生的肯定和歡迎。

3 教學(xué)特色

3.1 重視基礎(chǔ)促進(jìn)拔尖

物理實驗教學(xué)一方面滿足全校大面積學(xué)生物理基本素養(yǎng)的形成，夯實學(xué)生的物理基礎(chǔ)，為專業(yè)學(xué)習(xí)服務(wù)；更重要的是創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，通過專業(yè)培養(yǎng)，選拔優(yōu)秀學(xué)生設(shè)置專門的課程體系、因材施教、重點(diǎn)培養(yǎng)，采用現(xiàn)代教育理念，注重探索能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，結(jié)合高層次人文素質(zhì)和高水平科學(xué)研究能力的塑造，培養(yǎng)出基礎(chǔ)理論扎實，知識結(jié)構(gòu)復(fù)合，具有開拓創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力的優(yōu)秀拔尖人才。

3.2 立足經(jīng)典聯(lián)系現(xiàn)代

物理學(xué)是一門傳統(tǒng)的基礎(chǔ)學(xué)科，實驗的內(nèi)容雖然是基礎(chǔ)的，但實驗教學(xué)卻始終保持從基礎(chǔ)到前沿，從經(jīng)典到現(xiàn)代，如空氣動力學(xué)實驗到飛機(jī)機(jī)形、CRT列車外形的參數(shù)設(shè)計，氫氘光譜測量實驗到LED發(fā)光器件制造，牛頓環(huán)實驗到現(xiàn)代光學(xué)制造，邁克爾遜干涉儀實驗到現(xiàn)代精密計量……，學(xué)生通過大量經(jīng)典的實驗，掌握了現(xiàn)代科技及應(yīng)用。

3.3 實現(xiàn)了人才培養(yǎng)三結(jié)合

(1) 基本素質(zhì)教育與創(chuàng)新能力培養(yǎng)相結(jié)合?；A(chǔ)物理實驗以學(xué)生基本規(guī)范養(yǎng)成、基礎(chǔ)能力培養(yǎng)為首要任務(wù)，通過開設(shè)設(shè)計性實驗、研究性實驗內(nèi)容，以及開放實驗、自主實驗等教學(xué)形式激發(fā)學(xué)生的實驗興趣，提高創(chuàng)新能力。

(2) 通識教育和精英式培養(yǎng)相結(jié)合。物理素養(yǎng)教育面向各學(xué)科門類專業(yè)大規(guī)模低年級本科生，培養(yǎng)基本實驗規(guī)范、基本實踐技能，實現(xiàn)通識化基本物理素質(zhì)培養(yǎng)；拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)培養(yǎng)面向更小范圍的優(yōu)秀學(xué)生，立足專業(yè)培養(yǎng)，開設(shè)本碩實驗班、理工綜合實驗班等創(chuàng)新實驗班，設(shè)置專門的課程體系、配備專門的師資和教學(xué)條件，因材施教，重點(diǎn)培養(yǎng)，使拔尖創(chuàng)新人才脫穎而出，實現(xiàn)精英式培養(yǎng)。

(3) 學(xué)校教育和社會實踐相結(jié)合。以實驗中心為依托，聯(lián)合學(xué)校國家硅基LED工程技術(shù)研究中心、空間技術(shù)研究院、微尺度交叉學(xué)科重點(diǎn)實驗室等科研平臺，以及聯(lián)創(chuàng)光電、鳳凰光學(xué)、清華泰豪等知名企業(yè)，開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐，實現(xiàn)教學(xué)與科學(xué)前沿、工程實踐和社會應(yīng)用實踐的密切聯(lián)系，增強(qiáng)學(xué)生的社會責(zé)任感、創(chuàng)新意識、創(chuàng)業(yè)能力和社會適應(yīng)力。

4 結(jié) 語

物理實驗教學(xué)中心利用地方綜合性這一特點(diǎn)和優(yōu)勢并結(jié)合自身情況，在近年的實驗教學(xué)實踐中形成了重基礎(chǔ)、提質(zhì)量、求創(chuàng)新、促拔尖的實驗教學(xué)理念，構(gòu)建了物理素養(yǎng)教育、拔尖人才培養(yǎng)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐三大教學(xué)平臺，建立了“1條主線、3個平臺、5類教學(xué)、全面開放”的實踐教學(xué)體系，全面改革教學(xué)方式方法，設(shè)計討論式及個性化教學(xué)方式，建立基于網(wǎng)絡(luò)支撐的全面開放教學(xué)，推行學(xué)生自主實驗教學(xué)，推行實驗成績考核方式改革等，這些改革舉措順應(yīng)了新時代高等教育的發(fā)展趨勢，為地方高水平綜合性大學(xué)實踐育人和拔尖人才培養(yǎng)探索了新的模式。