王紅梅 鄒 艷 栗 軍 劉漢平 王春玲 楊海蓮 張秀梅

德州學(xué)院物理與電子信息學(xué)院 山東德州 253023

新工科(Emerging Engineering Education，3E)這一概念是2016年提出的，教育部在組織專家深入研討后，于2017年正式提出要加快建設(shè)和發(fā)展新工科，新工科提出的核心背景是“新經(jīng)濟(jì)”的發(fā)展，新經(jīng)濟(jì)(以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)為特點(diǎn))的蓬勃發(fā)展，必然要求高等學(xué)校培養(yǎng)的工程科技人才具備更高的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和交叉融合能力?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》的第22條非常鮮明地指出了新建本科院校發(fā)展方向，鼓勵各高校辦出特色，走產(chǎn)學(xué)合作之路和大力培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型、技能型、創(chuàng)新型人才[1,2]。只有具備現(xiàn)代實踐能力的人才才有可能成為創(chuàng)新型人才[3]。大學(xué)物理實驗是為理工科各專業(yè)學(xué)生開設(shè)的必修實驗課程，針對大學(xué)物理實驗教學(xué)如何培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力進(jìn)行了研究和實踐，提出了構(gòu)建新工科背景下應(yīng)用型本科院校大學(xué)物理實驗創(chuàng)新教學(xué)的基本教學(xué)理念，提出了具體的創(chuàng)新措施，并在教學(xué)中進(jìn)行了實踐，取得了一定的成效。

1 “1+2+3”的實驗創(chuàng)新教學(xué)理念

新型應(yīng)用型本科高校應(yīng)該以“學(xué)以致用，用以促學(xué)”為人才培養(yǎng)理念[2]。我校的人才培養(yǎng)定位為培養(yǎng)創(chuàng)新性應(yīng)用型人才。我院堅持“以學(xué)生為中心”的互動模式，變“指導(dǎo)實驗教學(xué)”為“合作實驗教學(xué)”，改變傳統(tǒng)以教師為主的教學(xué)模式，通過讓學(xué)生參與實驗的設(shè)計、安排和實施，激發(fā)他們做實驗的熱情，從而變被動接受為主動參與，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和主動學(xué)習(xí)意識。在教學(xué)的各個環(huán)節(jié)注重培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力、知識應(yīng)用能力和自學(xué)能力，培養(yǎng)實基礎(chǔ)、強(qiáng)實踐、求創(chuàng)新的創(chuàng)新性應(yīng)用型人才。

2 實驗教學(xué)創(chuàng)新的對策

2.1 高度重視大學(xué)物理實驗教學(xué)

人才培養(yǎng)是高校的根本使命和核心任務(wù)，我校的人才培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)“實基礎(chǔ)、強(qiáng)實踐、求創(chuàng)新、高素養(yǎng)、寬視野、重責(zé)任”的創(chuàng)新性應(yīng)用型人才。因此我校非常重視實踐教學(xué)，確保經(jīng)費(fèi)投入，切實保障教學(xué)，在實驗設(shè)備上加大投資，淘汰了一大批過時、廢棄的實驗儀器。我院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)獲批山東省重點(diǎn)專業(yè)(培育)建設(shè)項目，得到省教育廳1000萬的建設(shè)資金，學(xué)校也1:1配套撥付資金來進(jìn)行專業(yè)建設(shè)，學(xué)校要求在實踐教學(xué)方面的投入不低于總資金的50%，堅持“好鋼用在刀刃上”，堅持教學(xué)投入優(yōu)先原則，保障了大學(xué)物理實驗創(chuàng)新教學(xué)的順利開展。

2.2 構(gòu)建新的實驗教學(xué)體系

科學(xué)合理的實驗教學(xué)體系能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生動手能力、知識應(yīng)用能力和自學(xué)能力。在構(gòu)建實驗教學(xué)體系時，注重以下原則。

2.2.1 注重基礎(chǔ)性

學(xué)生認(rèn)知活動具有不同層次，實驗教學(xué)應(yīng)該遵從認(rèn)知規(guī)律[4]，在修訂實驗教學(xué)內(nèi)容時首先應(yīng)該強(qiáng)調(diào)大學(xué)物理實驗的基礎(chǔ)性，突出物理實驗的特點(diǎn)，在力、熱、電、光、原子五個領(lǐng)域選擇經(jīng)典的、基礎(chǔ)性強(qiáng)的實驗項目，這些實驗在實驗教學(xué)中占的比重是40%。在這部分實驗項目中要進(jìn)行嚴(yán)格的“三基”(基本理論、基本方法、基本技能)系統(tǒng)訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生具有良好的科學(xué)實驗素質(zhì)[5]。通過該部分內(nèi)容的教學(xué)，一方面，讓學(xué)生掌握基本的實驗操作技巧，提高動手動腦能力；另一方面，與理論教學(xué)內(nèi)容相輔相成，有助于理論教學(xué)內(nèi)容的理解。

2.2.2 注重專業(yè)的特點(diǎn)和學(xué)科的交叉性

我院承擔(dān)全校20多個不同專業(yè)的大學(xué)物理實驗教學(xué)，每一個專業(yè)都有自己的學(xué)科特點(diǎn)。在傳統(tǒng)的大學(xué)物理實驗教學(xué)中，不論什么專業(yè)，只要學(xué)分相同，實驗項目都完全一樣，因此教師為了滿足所有專業(yè)的要求，選擇的實驗都是比較簡單、自主操作性較差的實驗，這樣教學(xué)的后果導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)脫離，缺乏針對性，學(xué)生做實驗沒有積極性，敷衍應(yīng)付情況比較普遍，嚴(yán)重影響了教學(xué)質(zhì)量。因此在實驗教學(xué)內(nèi)容改革的過程中，經(jīng)過充分調(diào)研，與不同專業(yè)的負(fù)責(zé)人座談，了解不同專業(yè)的需求，制訂有針對性的實驗教學(xué)內(nèi)容。在實驗教學(xué)內(nèi)容上注重學(xué)科交叉性，“新工科”中“新”包含三方面含義，即新興、新型和新生。新工科有5個特征：引領(lǐng)性、交融性、創(chuàng)新性、跨界性和發(fā)展性[6]，其中交融性這個特征也反映了多個學(xué)科的交叉、融合、滲透或拓展。因此在實驗項目的設(shè)計中加入了學(xué)科交叉項目，例如，對于生物技術(shù)專業(yè)，開設(shè)一些與生物相關(guān)的實驗，如交變電場對過氧化物酶活性影響、人體重心測量與分析等，學(xué)科交叉的實驗項目在實驗教學(xué)中占的比重是20%。通過該部分實驗內(nèi)容的教學(xué)，一方面，讓學(xué)生明確大學(xué)物理及實驗的重要性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，另一方面，實驗內(nèi)容與專業(yè)內(nèi)容相關(guān)，有助于對專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，除此之外還有助于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科交叉意識。

2.2.3 注重創(chuàng)新性

實驗教學(xué)體系的創(chuàng)新對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力非常重要。首先，根據(jù)“以學(xué)生為本、培養(yǎng)創(chuàng)新能力、提高素質(zhì)”的人才培養(yǎng)要求，通過“校內(nèi)與校外結(jié)合、自主與創(chuàng)新結(jié)合、理論與實踐結(jié)合”，對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力作用不大的基礎(chǔ)性實驗和驗證性為主的實驗項目進(jìn)行刪除或修改，增加一些有代表性、體現(xiàn)現(xiàn)代實驗技術(shù)應(yīng)用價值的創(chuàng)新實驗內(nèi)容，增加綜合設(shè)計實驗和研究型實驗的比例[7]。其次，探索將實驗教學(xué)與科研活動相結(jié)合，教師根據(jù)自己的研究項目，把其中能夠和實驗相聯(lián)系的部分設(shè)計成課程實驗，以項目研究帶動教學(xué)的模式，將研究成果和研究思維融入實驗教學(xué)中，該部分實驗項目的教學(xué)既是對學(xué)生基礎(chǔ)理論和實驗技能的強(qiáng)化培養(yǎng)，也是提高學(xué)生綜合素質(zhì)的重要措施，同時讓學(xué)生提前接觸科研訓(xùn)練，培養(yǎng)科研興趣，有助于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。大學(xué)物理實驗項目共60個，分為基本型、交叉型、綜合設(shè)計型和研究創(chuàng)新型4種類型。其中綜合設(shè)計型的實驗項目24個，在實驗教學(xué)中占的比重是40%；交叉型6個，在實驗教學(xué)中占的比重是10%；研究型3個，在實驗教學(xué)中占的比重是5%。

2.3 實驗教學(xué)與社會實踐相結(jié)合

根據(jù)“新工科建設(shè)”與發(fā)展的內(nèi)涵特征，需要培養(yǎng)大批新興工程科技人才，通過專業(yè)教學(xué)計劃的修訂，突出強(qiáng)化實踐教學(xué)地位[8]。我校建立了校內(nèi)及校外的“4+4+5”實踐教學(xué)平臺，校內(nèi)實驗、實踐訓(xùn)練與校外實踐訓(xùn)練相結(jié)合，通過社會實踐活動的開展，使學(xué)生走入社會，并從社會中挖掘新的實驗素材，共同培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力，具體如圖1所示。

圖1 大實踐教學(xué)平臺

構(gòu)建“4+4+5”實踐教學(xué)體系，即4類實驗教學(xué)體系(基本型、交叉型、綜合設(shè)計型和研究創(chuàng)新型)、4個實踐能力訓(xùn)練環(huán)節(jié)(專業(yè)實習(xí)、工業(yè)見習(xí)、課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計)和5個平臺(實驗教學(xué)平臺、大學(xué)生科技文化競賽培訓(xùn)平臺、發(fā)明創(chuàng)造平臺、科研訓(xùn)練創(chuàng)新平臺、社會實踐創(chuàng)新平臺)。其中工業(yè)見習(xí)、社會實踐創(chuàng)新平臺屬于校外的實踐教學(xué)平臺，其他部分屬于校內(nèi)實踐教學(xué)平臺。大實踐教學(xué)平臺的建設(shè)和使用，拓展了學(xué)生視野，豐富了學(xué)生閱歷，有助于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、協(xié)作精神和社會擔(dān)當(dāng)能力。

2.4 強(qiáng)化支撐點(diǎn) 加強(qiáng)師資隊伍建設(shè)

教師是立教之本，興教之源。隨著“新工科建設(shè)”的提出，教師隊伍建設(shè)必須考慮學(xué)校類型和新工科專業(yè)特點(diǎn)[9]，這就要求要建立適應(yīng)新形勢發(fā)展需要的高校實驗技術(shù)隊伍[10]。近年來，我校吸引高層次人才加入專職實驗教師隊伍，目前大學(xué)物理實驗指導(dǎo)教師10人，高級職稱的教師占80%，其中博士4人、碩士3人、學(xué)士3人，4名博士教師都是在近三年內(nèi)補(bǔ)充到實驗教師隊伍中的。同時，學(xué)校實施“天衢英才”等人才建設(shè)工程，引進(jìn)“企業(yè)高技能人才”指導(dǎo)實驗教學(xué)。為引導(dǎo)并激勵廣大實驗技術(shù)人員積極投入創(chuàng)新性應(yīng)用型實驗技術(shù)研究，提升實驗室建設(shè)與服務(wù)地方工作水平，根據(jù)《德州學(xué)院實驗技術(shù)項目立項及成果獎勵辦法(試行)》(德院政字〔2009〕32號)和《德州學(xué)院自制實驗儀器設(shè)備管理辦法(試行)》(德院政字〔2011〕41號)的文件精神，每年都要開展實驗技術(shù)和自制儀器設(shè)備項目立項，給予一定的資金支持。將外部激勵與內(nèi)在動力結(jié)合起來，通過恰當(dāng)?shù)耐獠考顧C(jī)制，如物質(zhì)的或非物質(zhì)的獎勵、職稱的晉升、社會聲望的提高等激發(fā)教師追求發(fā)展的內(nèi)在熱情[11]。

2.5 創(chuàng)新的實踐考核方法

“實驗報告定終身”的考核方法不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，德州學(xué)院出臺了《德州學(xué)院實踐課程考核辦法》，實踐考核方法分為兩大部分，課內(nèi)實驗考核和課外實踐訓(xùn)練考核，圍繞學(xué)生的知識、能力和素質(zhì)進(jìn)行考核。計劃內(nèi)的實驗課程考核成績由三部分組成：操作成績30%；實驗報告成績40%；期末實驗考試成績30%。課外實踐訓(xùn)練考核分兩個部分，一個是計劃外開放實驗的考核，另一個是創(chuàng)新技能的考核。學(xué)生參加開放實驗撰寫的論文、專利以及大學(xué)生競賽獲得的獎項，根據(jù)德州學(xué)院出臺的《德州學(xué)院創(chuàng)新學(xué)分和技能學(xué)分認(rèn)定辦法(暫行)》獲得相應(yīng)的創(chuàng)新學(xué)分，可以代替其他選修課的學(xué)分?？己朔绞接蓡我豢己俗?yōu)槎鄻踊目己?，才能對學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手能力進(jìn)行全方位的考核，考核方法更科學(xué)，學(xué)生在多樣性考核方法的激勵下，可根據(jù)自己的興趣愛好取得相應(yīng)的學(xué)分，有利于發(fā)揮學(xué)生的特長，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[12,13]。

3 建設(shè)成果與成效

新工科的提出及建設(shè)，給大學(xué)物理實驗教學(xué)的改革提供了新的思路和途徑，經(jīng)過研究和實踐，形成了“1+2+3”的實驗創(chuàng)新教學(xué)理念、制訂了“4+4+5”的實踐教學(xué)體系、建設(shè)了校內(nèi)校外相結(jié)合的大實踐教學(xué)平臺，改革了實驗考核方法，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，得到上級部門和社會的廣泛認(rèn)可，教學(xué)成果“面向‘新工科建設(shè)’的大學(xué)物理‘一體四翼’教學(xué)體系的構(gòu)建與實踐”2018年獲山東省教學(xué)成果二等獎，近三年獲批與大學(xué)物理知識相關(guān)的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目15項，學(xué)生在大學(xué)生科技文化競賽中獲得省級以上獎勵300余項；實驗教師隊伍的教學(xué)和研究能力也得到提升；出版大學(xué)物理實驗教材2本；在探索和應(yīng)用過程中也獲得了一些高級別的教研課題。大學(xué)物理實驗教學(xué)，是理工科學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后的第一門實驗課程，因此實驗教學(xué)的成敗關(guān)系到學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)，在“新工科建設(shè)”的背景下，要以學(xué)生發(fā)展為中心，以提高人才培養(yǎng)質(zhì)量為目標(biāo)，系統(tǒng)設(shè)計，統(tǒng)籌規(guī)劃，加強(qiáng)對外交流與合作，進(jìn)一步加大實驗教學(xué)的改革力度，為培養(yǎng)具有競爭力的新工科創(chuàng)新型人才做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。