秦玉嬌

(曲阜師范大學(xué) 實驗教學(xué)與設(shè)備管理中心，山東 日照 276825)

1 引言

在“互聯(lián)網(wǎng)+”這一大背景下，各行業(yè)的發(fā)展發(fā)生了巨大的變化，理工科課程基于互聯(lián)網(wǎng)的特點，其學(xué)習(xí)方式、教育方式與評價方式等均呈現(xiàn)出開放性、多樣性與交互性的特點。物理學(xué)作為一門基礎(chǔ)性的自然科學(xué)，是理工科學(xué)生認(rèn)識自然、學(xué)習(xí)創(chuàng)新的基礎(chǔ)，該學(xué)科以實驗為基礎(chǔ)，物理實驗和物理理論同等重要，是后續(xù)各專業(yè)實驗和科研的基礎(chǔ)，其實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)模式也需進一步推進。隨著高等教育改革的不斷深化，高校大膽嘗試將各種新提出的教學(xué)模式、教學(xué)手段直接作用于實踐教學(xué)，物理理論課的講授很多是由線下搬至線上，翻轉(zhuǎn)課堂、MOOC教學(xué)等新教學(xué)模式在國內(nèi)外高校發(fā)展迅速。但由于物理實驗課本身的操作局限性，單純的由線上完成難度較大，學(xué)生也無法感知實際操作所具有的附加信息[1]，而未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟需要的是實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才。

大學(xué)物理實驗旨在學(xué)生運用一般的物理實驗方法駕馭基本物理量的測量步驟[2]，挖掘物理理論和實驗之間的聯(lián)系意識[3]。美國提倡設(shè)計實驗的趣味性，儀器透明度較高，在實驗的整個過程可以交流互動討論；德國要求學(xué)生在實驗前做大量準(zhǔn)備工作，比如閱讀大量與實驗相關(guān)的書籍，熟悉實驗儀器使用方法；我國則要求各個學(xué)校根據(jù)自身情況開展分層次教學(xué)，努力培養(yǎng)一專多能的人才。尤其是“雙高”“雙創(chuàng)”計劃的提出，賦予了工科專業(yè)實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)目標(biāo)以更高層次的界定意義，實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)的過程即是創(chuàng)新能力、交際能力、觀察能力等綜合能力提升的過程。

2 平臺建設(shè)

我校響應(yīng)國家建設(shè)智慧校園、智慧實驗室的號召，無線網(wǎng)絡(luò)遍布校內(nèi)，并成立實驗教學(xué)與設(shè)備管理中心，統(tǒng)籌安排全校實驗室管理建設(shè)，將實驗開課、選課、儀器使用平臺與教務(wù)系統(tǒng)連接，并建立了大型儀器設(shè)備使用平臺和生物仿真實驗室，其中大型儀器設(shè)備使用平臺不僅滿足本校師生科研需要，服務(wù)范圍也輻射周邊高校。目前學(xué)校已引入多個學(xué)習(xí)平臺，平臺顯示如圖1，學(xué)生可隨時登陸學(xué)習(xí)。

圖1 學(xué)校常見平臺

著眼于國家提出的新工科建設(shè)，工學(xué)院依托現(xiàn)有資源，對傳統(tǒng)的物理實驗教學(xué)方式、教學(xué)手段、課程內(nèi)容、教學(xué)評價等進行了改進，積極引入最新的信息技術(shù)，從多個環(huán)節(jié)服務(wù)物理實驗授課，以期提高教學(xué)質(zhì)量，努力為學(xué)生搭建全面學(xué)、深入學(xué)、持續(xù)學(xué)的平臺，將激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維理念貫穿于培養(yǎng)的全過程。

3 實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)

實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)首先是操作動手能力的培養(yǎng)?；诖髮W(xué)物理實驗課程特點，從學(xué)生課前預(yù)習(xí)、設(shè)計、實驗室操作、數(shù)據(jù)處理、課后提升幾個方面入手，逐步遞進式的讓學(xué)生接受系統(tǒng)實驗訓(xùn)練，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。

3.1 課前與課中實驗創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

我校工學(xué)院每學(xué)期需參加物理實驗課的人數(shù)近800 人，以開設(shè)普通物理實驗為主。具體的實施過程：

1）實驗預(yù)習(xí)階段。教師會通過QQ 群向?qū)W生發(fā)布預(yù)習(xí)內(nèi)容和相關(guān)儀器操作的視頻鏈接，視頻大多取自MOOC 和愛課程網(wǎng)，并通過泛雅平臺發(fā)布問題。學(xué)生根據(jù)課程提示，結(jié)合自身相關(guān)物理知識儲備，提前通過學(xué)校的精品課程庫或泛雅平臺預(yù)習(xí)相關(guān)實驗內(nèi)容，從而將理論知識有針對性的融入到將要進行的實驗中，借助虛擬仿真準(zhǔn)備實驗器材，設(shè)計實驗方案，在虛擬過程中及時記錄可能出現(xiàn)的問題，并針對該問題進行思考或通過QQ、微信群等展開線上小組討論。

根據(jù)學(xué)生的線上反饋，教師及時掌握學(xué)生各個環(huán)節(jié)的預(yù)習(xí)情況，使后續(xù)的指導(dǎo)操作過程更具有針對性、目的性，有效利用了實驗操作時間，降低了對實際儀器的破壞。同時，帶著問題做實驗也能發(fā)揮學(xué)生的主體作用，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題的能力，打破學(xué)生學(xué)習(xí)的時空限制，有效利用碎片時間，整合學(xué)習(xí)資源，培養(yǎng)創(chuàng)新思維意識。

2）在實驗準(zhǔn)備階段。教師根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)階段的反饋采取不同的授課方式，注重營造多元化的學(xué)習(xí)氛圍，同時讓部分學(xué)生講解本次實驗儀器的操作要領(lǐng)、注意事項、背景意義、延伸應(yīng)用等，而這一環(huán)節(jié)也決定了實驗操作階段會采用何種實驗方案。其既能有效提高學(xué)生的綜合實踐能力和創(chuàng)新能力，又能進一步體現(xiàn)學(xué)生在課堂中的主體作用和教師的主導(dǎo)作用。

3）實驗操作階段。教師采取分組的形式，為保證每位同學(xué)都有動手操作的機會，每組組員人數(shù)一般不多于三人，組員有不同的分工，實驗的每一步都需要組員間的團結(jié)協(xié)作，互相幫助。該階段有助于強化合作意識。

4）數(shù)據(jù)處理階段。物理實驗教師提倡學(xué)生根據(jù)匯編語言編程獲得多組數(shù)據(jù)，結(jié)合常用的Matlab 和Origin等軟件繪制圖形，在規(guī)定的時間內(nèi)按照固定的格式整理總結(jié)電子版實驗報告，并上傳實驗報告至泛雅平臺，方便教師查閱，及時解決個別問題。通過這個階段的訓(xùn)練，工科學(xué)生的編程能力、知識的綜合運用能力以及撰寫論文報告的能力得到了明顯有效的提升，無形中也培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

5）考核評價階段。教師依據(jù)線上討論預(yù)習(xí)情況、實驗操作情況、實驗報告撰寫情況等分別按照小組互評、自評和教師評價占用不同權(quán)重的方式進行考評，實現(xiàn)對學(xué)生實驗全過程的有效監(jiān)督。

通過以上節(jié)點的控制，真正實現(xiàn)了線上與線下的結(jié)合、虛與實的結(jié)合、教與學(xué)的結(jié)合、理論與實踐的結(jié)合以及學(xué)科之間的有效融合，有助于激發(fā)學(xué)生的求知興趣和學(xué)習(xí)動力。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，采用這種線上與線下結(jié)合的授課方式后，學(xué)生物理實驗課程的曠課率下降了12%，互動率達(dá)到90%，上課效果得到明顯提升。

3.2 課后階段實驗創(chuàng)新能力提升培養(yǎng)

3.2.1 大型儀器知識科普與開展學(xué)習(xí)競賽

為滿足高年級學(xué)生科研訓(xùn)練需求，我校大型儀器設(shè)備使用平臺教師會不定期為理工科學(xué)生科普講解大型儀器設(shè)備使用操作步驟，針對如何完成高質(zhì)量的測試，結(jié)合具體的案例進行詳細(xì)介紹，包括樣品制備前的準(zhǔn)備、樣品的制備、樣品的固定方式、取樣等多個環(huán)節(jié)介紹，方便老師同學(xué)們組成科研團隊，提高測試效率，服務(wù)科研。

我校實驗教學(xué)管理科會不定期的組織物理實驗競賽，涵蓋基本儀器的操作，基本儀器的改進，基本儀器的拓展應(yīng)用，自制實驗教具、基本物理實驗過程控制，基本物理實驗原理的改進等。物理實驗競賽不僅能鞏固學(xué)生們的基礎(chǔ)物理實驗知識，鍛煉學(xué)生們的創(chuàng)新能力和競爭意識，也能為我校物理院學(xué)生參加國家級的物理實驗競賽奠定基礎(chǔ)。另外，競賽還能為老師們提高物理實驗教學(xué)水平和科研能力提供借鑒，幫助其積累經(jīng)驗，實現(xiàn)以賽促學(xué)、以賽促教、以賽促改。

3.2.2 組織物理協(xié)會與科研團隊

1）為滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的需求，鼓勵學(xué)生組建物理實驗愛好者協(xié)會，培育實效性強的大學(xué)生科技創(chuàng)新團體，并給予一定的場地和資金支持，委派專任實驗技術(shù)教師定期開展指導(dǎo)，助力學(xué)生新發(fā)明。期間，學(xué)生的實驗?zāi)芰徒浑H能力得到了鍛煉，做到了學(xué)以致用，理論聯(lián)系實際。

2）鼓勵學(xué)生積極參與教師科研活動，定期參加教師科研組會，同時邀請部分同學(xué)就最近搜集到的物理相關(guān)的前沿動態(tài)和新科技、新發(fā)現(xiàn)做報告[4]。教師要不斷增強物理實驗愛好者的學(xué)習(xí)興趣以及探索新知識的能力，從多方面、多層次引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，進而使學(xué)生的跨學(xué)科知識遷移能力與知識的綜合運用能力得以提升。

3.2.3 校企合作

新工科區(qū)別于傳統(tǒng)工科的特點之一是服務(wù)地方經(jīng)濟發(fā)展，借助于物理實驗這門課程的優(yōu)勢，我校實驗室還承接社會企業(yè)培訓(xùn)業(yè)務(wù)和實驗檢驗業(yè)務(wù)，為企業(yè)培訓(xùn)相關(guān)實驗人員。校企合作在提高實驗室儀器使用效率的同時，也助力了企業(yè)實驗隊伍建設(shè)以及新產(chǎn)品研發(fā)，能加快科技成果轉(zhuǎn)化，同時讓學(xué)生親身體驗到學(xué)有所用，有的放矢。

4 結(jié)論

最近一年，學(xué)校采取的這種以線上與線下結(jié)合授課模式為主，以科研目標(biāo)、競賽項目、實際問題、校企合作任務(wù)驅(qū)動模式為輔，以課堂實際操作為主，以課下設(shè)置任務(wù)為輔的培養(yǎng)形式，促使學(xué)生由實驗課程的聆聽者、接受者變?yōu)閷嶒灥难菔菊吆吞骄空?，既滿足了大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)要求，也滿足了部分學(xué)生個性化的需求。積極營造創(chuàng)新生態(tài)環(huán)境，既提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)，又為其它專業(yè)性實驗課程的開展提供了借鑒。下一步,將積極探索將考級證書納入物理實驗課程改革中，進一步規(guī)范物理實驗課程體系和課程內(nèi)容。