大学物理与大学物理实验课程“三位一体”教学模式的研究与实践

2012-03-20胡成华史玲娜夏川茴

物理与工程 2012年4期

关键词：三位一体大学物理科技

胡成华史玲娜周平夏川茴

（重庆交通大学，重庆 400074）

大学物理与大学物理实验课程“三位一体”教学模式的研究与实践

胡成华史玲娜周平夏川茴

（重庆交通大学，重庆 400074）

针对目前高校公共基础课程中理论教学与动手实践及科技创新能力培养等方面的结合性不强，公共基础课程的功能和作用未能得到充分发挥，学生科技创新意识淡薄等现状，对大学物理和大学物理实验课程中如何实施“教学、实践、科研”三位一体的教学模式进行了研究和实践.实践表明，该模式可以将长期割裂开来的基础理论的传授、动手能力的培训、科学研究方法和能力的培养三个方面有机地结合起来，充分发挥公共基础课程在“创新型人才”培养中的功能和作用.

教学；实践；科研；三位一体；创新型人才

1 引言

大学物理和大学物理实验课程是高等院校非物理类各专业的通识性自然科学公共基础课程，它们的作用是培养学生辩证唯物主义的世界观，通过自然科学基础知识的学习和基本实验操作技能的训练，掌握科学研究的思想方法、科技创新的基础理论，增强科技创新的意识，提升科学素质.但长期以来，由于大学物理课程教学中往往只注重基础理论体系的传授，大学物理实验课程只注重实际操作的动手能力的训练，科学研究方法和能力的培养则几乎是空白，再加上很多学校的教学课时得不到保障，使得大学物理和大学物理实验这两门重要的自然科学基础课程的功能与作用未能得到充分的发挥.针对这种现状，作者对如何在大学物理和大学物理实验课程中实现科技创新方法和能力的培养进行了研究与实践，引入了“教学、实践、科研”三位一体的教学新模式.

2 “三位一体”教学模式的内涵及意义

“教学、实践、科研”三位一体的教学模式是指包含了教学、实践、科研训练三个相对独立又相互联系的重要环节的教学新模式.这种教学模式必然导致教学重心的转移和把握.

2.1 教学环节

在传统教学模式中，大学物理课程的教学重点主要集中在理解和掌握课程体系中的基本概念、基本规律、基本运算方法，以及如何使用这些基本概念、基本规律、基本运算方法分析解决一些简单的实际问题.而在“三位一体”教学模式中，是以上述内容为教学主线，学习自然科学中处理实际问题的基本方法与整体思路，学习科学研究的基本方法和基础理论.要求教师将辩证唯物主义的思想方法贯穿始终，向学生深入介绍物理思想、物理原理，如何在纷繁的自然现象中去伪存真，去粗取精，去掉表面的、次要的因素，抽象出事物共同的本质特征；强化自然科学研究物质运动的各种方法，比如假说与推理、归纳和演绎、分析与综合等等.对于非物理专业的学生而言，掌握这些研究方法及其灵活应用有时甚至比学某些具体内容更加重要，因为这些方法对各学科、专业具有普适性和借鉴作用.

2.2 实践环节

这里的实践教学环节主要是指大学物理实验课程的实践操作.在传统大学物理实验课程的教学中，通常注重的是基本实验操作技能的训练、实验数据的分析处理方法和实验报告的规范化书写等.而在“三位一体”的教学模式中，是以上述训练内容为主线，注重实验现象的观察、分析、综合；强化对实验项目的设计思想、设计原理和设计方法的理解.

实践教学环节不仅需要培养和锻炼学生基本的实验操作技能，更重要的是要求教师在讲解的过程中，让学生体会和掌握那些实验项目中所包含的精妙的设计思想，丰富的理论与实际相结合的设计原理，独特且绝妙的设计方法.如果能够在今后的实际工作中，将这些内容融会贯通到一些实际问题中，就可能有所发现、有所发明、有所创造.

2.3 科研环节

通常情况下，大学生的科研能力培养是在毕业之前的毕业设计或毕业论文的过程中体现的.但实际上，一个人的科研能力、科技创新能力的培养并非一时之功，而是在长期的学习过程中逐步形成的，它蕴涵于整个读书学习过程的每一个阶段，甚至每一门课程.从这个意义上讲，每一门课程的教学都应该注重学生能力的培养.重要的是在这些课程中如何有效实现学生能力的培养.

“三位一体”教学模式中的“科研”环节主要是对学生科研能力和创新能力的培养和训练.因此，通过“想办法”在上述两个环节的基础上，将如上所述的那些设计思想、设计原理、设计方法结合起来，与基础理论中的思想方法和研究方法结合起来，与相关的专业知识结合起来，从而实现和充分发挥大学物理和大学物理实验课程对学生科研能力和创新能力的阶段性培养的功能与作用.这就涉及到如何搭建适合大学低年级学生的“科研”平台问题.

事实上，在大学物理和大学物理实验两门课程之间，通过适时、适当地加入一些相关的课程设计内容，或者加入创新性、设计性的实验项目，或者将综合设计与科技创新竞赛结合起来等等，便可搭建起科研训练、创新能力培养的平台，让学生在大学低年级就开始进行初步的科学技术研究的训练，领悟和体会到基础理论、动手实践和科技创新是对现代人才的基本要求，从而在后续的学习阶段有能力把握学习的重点，厚基础、重实践、求创新，并将三者有机结合起来，从而提高学生的综合素质及创新能力，有效实现学生能力的阶段性培养.

3 “教学、实践、科研”三位一体教学模式中基层教学机构的设置

基层教学机构的设置是关系“教学、实践、科研”三位一体的教学模式正常实施的校内“行政”管理因素，对“三位一体”的教学模式影响极大.目前，有不少的高校实行的是大学物理和大学物理实验两门课程分属物理教研室和物理实验室，而实验室又归“实验中心”或设备处管理.且不论教学是否应该归属设备类别而归设备处管理，单就两门课程的互不相干、相互独立地由两套人马教学，就已经将有机结合的“三位一体”人为地分割开来，因而不可能有效地发挥大学物理和大学物理实验这两门通识性公共基础课程在“创新型人才”培养中的功能与作用.

实践证明，只有将大学物理和大学物理实验两门课程的教学有机地结合起来，由同一组教师一管到底，充分发挥学校、教师和学生三个方面的积极性，才有可能充分发挥“教学、实践、科研”三位一体教学模式的功能与作用.

4 “教学、实践、科研”三位一体教学模式的实践

为了实现高等教育培养“创新型人才”的整体目标，充分发挥大学物理和大学物理实验这两门公共基础课程在人才培养过程中的功能与作用，我校从2008年开始，大学物理和大学物理实验这两门课程便率先实践“教学、实践、科研”三位一体教学新模式.

首先，在工作职责的划分上，大学物理和大学物理实验两门课程的教学工作由大学物理教学部统一负责，物理实验的仪器设备的维修、维护、日常管理等等由物理实验室（实验中心）统一负责.为了确保实践教学环节的顺利进行以及教学部与实验室的有机联系，实验室主任兼任教学部副主任.这就确保了“三位一体”教学模式中三个环节的有机联系，能够实现将“三位一体”教学模式的实施分解到任课教师负责制.

在搭建适合大学低年级学生的“科研”平台方面，采用了在两门课程中引入综合设计性实验项目，该实验项目是全开放式的，只提要求，不设限制.要求学生在任课老师指导下对自己在科学和技术范畴感兴趣的内容进行研究或设计（可以是对某些自然现象的定量的科学的理论分析；可以是对仪器设备的创新设计制作；也可以是对现有仪器设备的原理和设计进行改进等），将其理论研究成果或设计思想、设计原理、实验结果等等以科技论文的形式提交.并将该内容与科技竞赛结合起来，开展全校性的大学物理综合设计及科技创新竞赛活动.

作为大学物理实验课程的综合设计性实验项目，凡选修大学物理及实验课程的同学必须参加，由任课教师对学生提交的论文按百分制进行评定，其成绩按30%计入大学物理实验课程的总成绩.作为科技创新竞赛活动，首先由任课老师在每自然班筛选出三篇论文，汇总后，由大学物理教学部和大学物理实验中心所有老师共同讨论筛选出相关奖项，前三等奖采用答辩的方式确定，如果涉及到其他专业领域的问题可邀请相关专家共同参与评选，由校领导和相关部门领导颁发获奖证书及奖金.

很明显，这种以“大学物理”和“大学物理实验”两门公共基础课程为依托，采用理论与实际相结合、课内学习与课外研究相结合、综合设计性实验项目与科技创新竞赛相结合的方法，有效地实现了“教学、实践、科研”三位一体的教学模式.

5 “教学、实践、科研”三位一体教学模式的效果

在“三位一体”教学模式的实践过程中，同学们从查阅资料，选题，到分析研究、理论推导、综合设计、论文撰写到现场答辩等，对科学研究、科技创新的全过程获得了初步的感受.在此过程中，学生的科技创新意识、科学研究方法、实践动手能力、理论和实际相结合的能力等从大学一年级开始就得到了初步的训练和提升，从而为后续课程的学习和综合素质的提高奠定良好的基础.

到目前为止，该项实践活动已经连续举办了四届，参加的同学已经上万人，在学生中产生了良好而热烈的反响，激发了学生的创新意识和求知欲，激励了学生的自主学习和科技创新的积极性，其作用和效果明显.很多同学独立完成了全过程，有些学生撰写的论文内容具有明显的创新性，已初步达到发表的水平；有的同学设计制作已成功获得专利.比如：

07级材料科学与工程专业的张莉、彭洪钧和杜俊林同学在利用霍尔效应测螺线管磁感应强度的实验中发现实验值与理论值的偏差始终比较大，想到了会不会是实验仪器上给出的霍尔集成电路磁电转换灵敏度本身存在较大的偏差造成的？于是，巧妙地利用了反向思维，从理论分析到实验测定，完成了“霍尔集成电路磁电转换灵敏度的探究”；

08级结构专业的李元明、戴立和唐小平同学通过光栅衍射实验之后，想到了光盘也可以看成是反射光栅，利用激光在光盘上形成反射的衍射光斑，初步完成了“光盘轨道密度的测定”；

09级材料科学与工程专业的田秋莹、王亚楠和张琛琪同学在实验中发现不少实验都需要计数、计时，有时候计数还比较困难，于是，将光敏电阻和计时、计数器结合起来，设计制作了计时计数综合实验仪，可用于迈克尔孙实验的计数、转动惯量实验中的计时计数以及车流量计数等等，成功获得了实用新型专利.

一些同学通过了这样的科技创新竞赛活动之后，留下了长长的感言，比如：

09级通信专业的李海、林志广同学这样写道：大学物理课程“三位一体”教学模式的实践让我们收获不少.不仅提高了自己的动手能力，激发了我们对未知领域的求知与探索，并且对于开发我们的智力，培养我们分析解决实际问题的能力，对于我们科学的逻辑思维的形成都有着积极的现实意义.

09级道路专业的温健康、刘映奎和王文同学是这样写的：大学物理综合设计及科技创新竞赛活动让我们开阔了视野，增长了见识，在喟叹先人的聪明才智之余，更激发了我们不断学习的自觉性.虽然我们这次的创新实验不够创新，但从中我们感受到了求知和探索的乐趣，真正地理解了实践出真知这句话，我们会继续努力探索自然界的奥秘.

此外，校内外的专家、教授也对“三位一体”教学模式给予了较高的评价.比如西南大学的李国庆教授认为大学物理和大学物理实验课程的“三位一体”教学模式对于提高学生的能力具有积极的作用，并积极参与实践.重庆大学的物理教授陶纯匡老师则认为大学物理及大学物理实验课程就应该采用“三位一体”的教学模式，等等.

鉴于“教学、实践、科研”三位一体教学模式在培养学生的科技创新意识、科学研究方法、实践动手能力、理论和实际相结合的能力等方面显示出来的优越性，通过重庆市科学技术协会立项，重庆物理学会主办、重庆交通大学承办、全市十四所高校参与的“首届重庆市大学生物理创新竞赛”也于2011年12月成功举办，效果良好，反应热烈.参与高校一致认为该项竞赛活动应该通过政府相关职能部门主管、资助，与数模竞赛等其他竞赛一样，形成日常化竞赛机制.目前，该模式已逐步推广到其他高校.