張勇　宋逸俏　陶霞　張建福

摘? 要：中國加入《華盛頓協(xié)議》后，在教育改革建設(shè)中實(shí)現(xiàn)中國工程教育質(zhì)量與國際接軌成為當(dāng)下高校工科教育的重要工作。為了保證實(shí)現(xiàn)工科專業(yè)畢業(yè)生能夠達(dá)到時代需求的標(biāo)準(zhǔn)，筆者探討了該校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的一些弊端，這項(xiàng)工作中根據(jù)調(diào)查問卷問卷調(diào)查表及教師商議研討的結(jié)果，提出了適合不同專業(yè)學(xué)生“私人訂制”型物理實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)計(jì)劃，增加綜合型、設(shè)計(jì)類創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，成立課后科研小組等改革措施。通過構(gòu)建物理實(shí)驗(yàn)的專業(yè)分類教學(xué)體系，加強(qiáng)基礎(chǔ)訓(xùn)練、提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和實(shí)踐能力，為培養(yǎng)出符合行業(yè)既定標(biāo)準(zhǔn)的高質(zhì)量工科專業(yè)人才做出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)? 工程教育專業(yè)認(rèn)證? 分類教學(xué)

中圖分類號：G642.423 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）09（c）-0089-03

高校實(shí)驗(yàn)室是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)、開展科學(xué)研究、培養(yǎng)創(chuàng)新能力、提高綜合素質(zhì)的重要基地[1]。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是教育部確立的大學(xué)理工科專業(yè)六門基礎(chǔ)必修課之一，是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)階段后接觸的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)課程。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是理工科專業(yè)學(xué)生進(jìn)行工程實(shí)踐和科學(xué)研究的重要基礎(chǔ)，對學(xué)生掌握科學(xué)思想方法、培養(yǎng)創(chuàng)新和探索精神都有重要的作用[2]。20世紀(jì)80年代中期開始，對高等教育質(zhì)量和質(zhì)量保證問題的關(guān)注在短短幾年的時間內(nèi)，從西方工業(yè)化國家快速波及發(fā)展中國家，一場被稱為高等教育質(zhì)量保證的運(yùn)動在世界各地迅速展開[3]。2016年6月，我國正式加入國際上最具影響力的工程教育學(xué)位互認(rèn)協(xié)議《華盛頓協(xié)議》，標(biāo)志著工程教育質(zhì)量認(rèn)證體系實(shí)現(xiàn)了國際實(shí)質(zhì)等效，這樣極大地提高了我國工程教育的國際影響力[4]。然而，對占我國專業(yè)布點(diǎn)數(shù)1/3的工科專業(yè)而言，由于專業(yè)認(rèn)證起步較晚，“認(rèn)證實(shí)施層面存在對標(biāo)準(zhǔn)理解和把握的諸多不一致，現(xiàn)階段認(rèn)證機(jī)構(gòu)的工作能力和質(zhì)量難以適應(yīng)政府和高校對擴(kuò)大認(rèn)證規(guī)模的迫切需要”，從而出現(xiàn)了“要求的高標(biāo)準(zhǔn)——實(shí)際的低水平——結(jié)果的高通過率”的尷尬局面[5]。為實(shí)現(xiàn)中國工程教育質(zhì)量得到國際認(rèn)證以及工科專業(yè)畢業(yè)生的教育質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，要求專業(yè)課程體系設(shè)置、師資隊(duì)伍配備、辦學(xué)條件配置等都緊密圍繞“畢業(yè)生實(shí)踐能力達(dá)成”這一核心任務(wù)展開，同時要建立專業(yè)持續(xù)改進(jìn)機(jī)制和文化，以保證專業(yè)教育質(zhì)量和專業(yè)教育活力[6]。因此，在“工程教育專業(yè)認(rèn)證”背景下全面推進(jìn)應(yīng)用型、創(chuàng)新型教育改革，已成為理工科高等教育發(fā)展的方向和目標(biāo)。對于培養(yǎng)工科學(xué)生面向?qū)I(yè)知識的理解能力和實(shí)驗(yàn)動手技巧，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)起著基石的作用，同時也是提升學(xué)生實(shí)踐才能、應(yīng)用性和創(chuàng)新意識的重要途徑[7]。但是，傳統(tǒng)的、教條的實(shí)驗(yàn)課程體系已無法滿足新時代工科專業(yè)學(xué)生的需要[8]。因此，根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)際情況和學(xué)生專業(yè)需求，引入新的教學(xué)理念、方法，構(gòu)建并不斷優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)是促進(jìn)高校工程教育質(zhì)量改革、達(dá)標(biāo)的有效措施[9]。

1? 工程教育專業(yè)認(rèn)證與現(xiàn)有開放式大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的矛盾

筆者學(xué)校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)采取了自主選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開放式教學(xué)模式，在一定程度上滿足了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣和創(chuàng)造性，使學(xué)生個體對自身學(xué)業(yè)負(fù)責(zé)，也培養(yǎng)了獨(dú)立自主思考的能力。但也存在著一些弊端：（1）以測控技術(shù)與儀器專業(yè)為例，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中部分物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與測控專業(yè)的核心專業(yè)課程《傳感器原理設(shè)計(jì)與應(yīng)用》息息相關(guān)，例如：《非平衡電橋及熱敏電阻溫度計(jì)》《霍爾位置傳感器的定標(biāo)》等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對于學(xué)習(xí)《傳感器原理及應(yīng)用》課程具有極大的幫助。筆者在《傳感器原理設(shè)計(jì)與應(yīng)用》課程的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，曾經(jīng)選擇了該類實(shí)驗(yàn)的同學(xué)通常能更深刻地理解到所講授的熱敏電阻和霍爾位置傳感器的原理及應(yīng)用。類似還有其他物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與諸多不同專業(yè)的核心課程聯(lián)系緊密。然而，在大學(xué)物理課程設(shè)置過程中，沒有考慮到對學(xué)生進(jìn)行良好的課程誘導(dǎo)，使學(xué)生在自主研習(xí)的時候缺乏專業(yè)性的指導(dǎo)意見，導(dǎo)致了預(yù)期培養(yǎng)路線的偏移。在完全自主選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目過程中，大部分學(xué)生常常會傾向簡單易做、容易拿高分的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，而忽視一些與專業(yè)課程密切相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。因此，現(xiàn)有大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)未能充分發(fā)揮輔助專業(yè)課程建設(shè)的作用，沒能更好地幫助到學(xué)生打好實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)、加強(qiáng)動手能力等[10]。（2）目前，《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》教材的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較多，但與專業(yè)相關(guān)的具有探索精神的應(yīng)用性、綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相對較少，創(chuàng)造性演示實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目匱乏。這就導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中缺乏思考，可以直接通過理論分析就能夠得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。這類實(shí)驗(yàn)往往不能激發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的熱情，也不能達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生自主解決實(shí)驗(yàn)問題能力的目的。由于對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)結(jié)論熟悉，學(xué)生不愿意預(yù)習(xí)，上課不注意聽講，實(shí)驗(yàn)過程中缺乏參與感和興趣，通過抄襲別人實(shí)驗(yàn)結(jié)果就能完成實(shí)驗(yàn)[11]。更嚴(yán)重的是，創(chuàng)造性演示實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目匱乏，實(shí)訓(xùn)類項(xiàng)目處于“空白”狀態(tài)，導(dǎo)致對學(xué)生的新知識和專業(yè)理論的系統(tǒng)培訓(xùn)不全面。（3）實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程缺乏課下的科研活動。目前，高校普遍采取一般式物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，實(shí)驗(yàn)教師只是照本宣科講授實(shí)驗(yàn)，缺乏課下的科研活動。而對于該問題，國外知名高校如美國斯坦福大學(xué)和加州大學(xué)伯克利分校已經(jīng)引起高度重視并采取了相關(guān)的措施：每周一次基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，同時另行安排每周一次的實(shí)驗(yàn)討論課，并且面向物理專業(yè)高年級學(xué)生開設(shè)科研型課題實(shí)驗(yàn)，由各科研實(shí)驗(yàn)室的教授負(fù)責(zé)指導(dǎo)完成，內(nèi)容深入物理研究各個前沿領(lǐng)域[12]。

2? 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新的措施

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是增強(qiáng)工程專業(yè)學(xué)生“軟實(shí)力”有效途徑，但目前所開設(shè)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程大多還不能準(zhǔn)確地輔助專業(yè)課程。針對上述所提及的問題，為了切實(shí)了解學(xué)生對大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的想法與建議，設(shè)計(jì)了“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目調(diào)查問卷”。面向測控技術(shù)與儀器專業(yè)的學(xué)生發(fā)放了90 份調(diào)查問卷，面向全校其他理工科專業(yè)學(xué)生發(fā)放了500份調(diào)查問卷，該問卷均采用不記名方式。通過對回收的調(diào)查問卷進(jìn)行分析、研究，筆者發(fā)現(xiàn)調(diào)查對象中有67%的學(xué)生認(rèn)為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)對自己有很大的幫助，但仍有部分學(xué)生未能認(rèn)識到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的重要性。其原因主要在于：有50%左右的學(xué)生認(rèn)為設(shè)立的物理實(shí)驗(yàn)課程選項(xiàng)太多，然而在選擇實(shí)驗(yàn)的過程中缺乏指導(dǎo)性意見，從而傾向于簡單易做的實(shí)驗(yàn)類型，導(dǎo)致所學(xué)的專業(yè)理論知識不能與實(shí)驗(yàn)所提供的實(shí)踐相結(jié)合。這種做法未能充分發(fā)揮出實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)有的作用，無法達(dá)到專業(yè)課程教育質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生的科研素養(yǎng)也不能得到有效的提升。有88%的學(xué)生支持開設(shè)與專業(yè)相關(guān)的必修物理實(shí)驗(yàn)與自選實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的形式，并認(rèn)為必修實(shí)驗(yàn)與自選實(shí)驗(yàn)的比例為5∶5。在針對測控技術(shù)與儀器專業(yè)的調(diào)查問卷中，35%以上的學(xué)生認(rèn)為與專業(yè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)有《示波器的使用》《熱敏電阻器的電阻溫度特性測量》《電表改裝和校準(zhǔn)》《傳感器系列設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)》等實(shí)驗(yàn)。這些觀點(diǎn)對于調(diào)整大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃，制定實(shí)驗(yàn)課程具有非常重要的意義。在調(diào)查過程中所暴露出來的一個問題是，高達(dá)80%的大學(xué)生能夠很快地接受理論知識的學(xué)習(xí)，但缺乏動手實(shí)踐與自主完成實(shí)驗(yàn)的能力，創(chuàng)新意識較弱，對老師有很強(qiáng)的依賴性。學(xué)生在問卷中反映，目前開設(shè)的物理實(shí)驗(yàn)類型過于單一乏味并且與專業(yè)相關(guān)度不高，建議應(yīng)多設(shè)立趣味性、綜合性、與專業(yè)相關(guān)以及創(chuàng)造性演示類的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這樣可以提高實(shí)驗(yàn)課程的參與度，激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣并使同學(xué)們簡單明了地理解專業(yè)課程理論內(nèi)容。此外還建議增設(shè)計(jì)算機(jī)類、虛擬軟件設(shè)計(jì)類以及實(shí)訓(xùn)類型的物理實(shí)驗(yàn)，能夠使各個專業(yè)課程的學(xué)習(xí)得到更有效提升。有40%的學(xué)生提出成立實(shí)驗(yàn)小組，由專業(yè)老師指導(dǎo)讓同學(xué)們能更好地討論交流，深入學(xué)習(xí)高層次的專業(yè)相關(guān)知識，并為以后課程、畢業(yè)設(shè)計(jì)做鋪墊。

針對調(diào)查問卷中學(xué)生所反饋的情況，教學(xué)團(tuán)隊(duì)開展研討會進(jìn)行分析。通過所分析的結(jié)果作者提出了適應(yīng)不同專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃，具體步驟如下：（1）在學(xué)生自選物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基礎(chǔ)上，根據(jù)其專業(yè)特點(diǎn)，增加分專業(yè)類別、分年級層次的必選物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過與其他各學(xué)院各個專業(yè)任課老師進(jìn)行綜合分析，研究大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)與其專業(yè)核心課程的關(guān)聯(lián)，利用這種關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)出與不同專業(yè)密切相關(guān)的必選物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。例如，《示波器的使用》《方波的傅里葉分解與合成》等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以為《信號與測試系統(tǒng)》等課程服務(wù);《電表改裝與校準(zhǔn)》《非線性元件伏安特性的測量》等試驗(yàn)可以更好地為《電子技術(shù)基礎(chǔ)》等課程打下基礎(chǔ);可以通過《非平衡電橋及熱敏電阻溫度計(jì)》和《溫度傳感器的電阻溫度特性測量》等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目更直觀地驗(yàn)證《傳感器原理及應(yīng)用》等課程的理論部分。專業(yè)老師提供的建議與學(xué)生在問卷中反映的情況有高度的一致性。教學(xué)團(tuán)隊(duì)根據(jù)專業(yè)任課老師的建議以及不同專業(yè)學(xué)生的調(diào)查意見調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。通過這種新的模式能夠極大地增強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)對學(xué)生專業(yè)課程建設(shè)的作用，從實(shí)驗(yàn)的角度可以加深學(xué)生對于理論課程的理解，提升工程專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐動手能力、科研素質(zhì)以及創(chuàng)新思想。而且對學(xué)生特別有利的是，從大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)方案就可以初步了解學(xué)生以后專業(yè)發(fā)展方向，并且根據(jù)學(xué)生專業(yè)興趣進(jìn)一步地深入鍛造學(xué)習(xí)，最終為培養(yǎng)合格的工程人才奠定了基礎(chǔ)。（2）以素質(zhì)教育為目標(biāo)，建立“分層次、多形式、開放式”的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)新體系，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和綜合設(shè)計(jì)能力。在課程體系和教學(xué)內(nèi)容上，實(shí)現(xiàn)了“多形式、分層次”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，開設(shè)了第一層次的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、第二層次的綜合性/設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)及第三層次的自主創(chuàng)新性物理實(shí)驗(yàn)[9]。不同層次的物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目涵蓋力、熱、光、電、磁及近代物理綜合性實(shí)驗(yàn)，還增添了生動、直觀、趣味性強(qiáng)的演示物理項(xiàng)目，極大地拓寬了課程受益對象的范圍。授課對象可根據(jù)自己能力水平、專業(yè)需求和興趣傾向，自主選擇對應(yīng)層次和形式的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行學(xué)習(xí)?！伴_放式”實(shí)驗(yàn)是指將線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)與線下動手操作進(jìn)行了有效的結(jié)合。授課對象可通過線上的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，初步了解、熟悉、掌握實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的知識點(diǎn)及操作規(guī)程。自主選擇實(shí)驗(yàn)及時間，通過預(yù)約和考勤系統(tǒng)進(jìn)行線下的實(shí)驗(yàn)操作。通過對大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的了解，讓每一個受益對象用物理的嚴(yán)謹(jǐn)思維、物理的科學(xué)態(tài)度去看待和改造世界?！伴_放式、分層次、多形式”的教學(xué)模式側(cè)重于強(qiáng)化專業(yè)操作技能，提高綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和科研精神[13]。（3）為滿足高層次學(xué)生深入學(xué)習(xí)的需求，開設(shè)了PASCO物理實(shí)驗(yàn)科研活動。PASCO物理實(shí)驗(yàn)是繼普通物理實(shí)驗(yàn)后為理工科學(xué)生開設(shè)的一類高層次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。學(xué)生可利用PASCO教具自行搭配、組合所需要的實(shí)驗(yàn)儀器，自主學(xué)習(xí)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)，并且在試驗(yàn)的過程中計(jì)算機(jī)與先進(jìn)傳感技術(shù)可以同步讀取實(shí)驗(yàn)過程中的各種變化數(shù)據(jù)，再利用程序軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析，得到可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論[14]。該類實(shí)驗(yàn)主要強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在充分掌握物理實(shí)驗(yàn)基本知識、基本方法和基本能力的基礎(chǔ)上，逐步從教學(xué)實(shí)驗(yàn)向科學(xué)實(shí)驗(yàn)過渡，教學(xué)方法也逐步從教師引導(dǎo)向?qū)W生自主設(shè)計(jì)過渡，這樣可以培養(yǎng)出學(xué)生正確嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維和實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，從而獲得正確的實(shí)驗(yàn)方法和和獨(dú)立的工作能力，為學(xué)生掌握、應(yīng)用和發(fā)展新技術(shù)打好堅(jiān)實(shí)的物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。目前，PASCO物理實(shí)驗(yàn)已設(shè)置為物理學(xué)韶峰班（拔尖班）的必修課程。經(jīng)過一學(xué)期的學(xué)習(xí)觀察發(fā)現(xiàn)，PASCO物理實(shí)驗(yàn)科研活動能夠有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生的實(shí)踐動手能力和創(chuàng)造性，在小組交流的過程中拓展視野，開拓了學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新性的新思維，韶峰班的部分學(xué)生在本科階段已在國際高檔次期刊上發(fā)表了SCI論文。新型的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式可以加深學(xué)生對專業(yè)課程理論內(nèi)容的理解，提升學(xué)生參與物理實(shí)驗(yàn)的興趣與動手能力，開拓學(xué)生創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)思維。專業(yè)分類物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式對于培養(yǎng)具有創(chuàng)新實(shí)踐能力的高級專業(yè)人才起著重要的作用。

3? 結(jié)語

這項(xiàng)工作是在工程專業(yè)認(rèn)證背景下全面推進(jìn)應(yīng)用型、創(chuàng)新型大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過座談、研討、調(diào)查問卷、數(shù)據(jù)整理、分析、改進(jìn)提出按照專業(yè)分類培養(yǎng)學(xué)生的教學(xué)模式，參考專業(yè)任課教師的建議，同時對不同專業(yè)學(xué)生的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，設(shè)定自選與必選實(shí)驗(yàn)結(jié)合具有針對性的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。引入推陳出新的設(shè)計(jì)性、綜合性的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并成立課后實(shí)驗(yàn)科研小組，由專業(yè)老師帶領(lǐng)交流學(xué)習(xí)，力求新的實(shí)驗(yàn)體系可以滿足不同專業(yè)學(xué)生的個性化需求。這樣既有利于提升工程專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，又能夠加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐動手操作能力。專業(yè)分類物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式能夠促進(jìn)工科專業(yè)學(xué)生的全面發(fā)展，最終為培養(yǎng)符合高等教育質(zhì)量的工程人才做出貢獻(xiàn)。

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