技术应用型院校大学物理实验课程教学改革的研究与实践

袁艳红

（上海电机学院，上海 201306）

我校始终把本科教学工作看作是学校发展的基础，坚持教学工作的中心地位，把人才培养作为学校的立校之本，不断深化教学改革，探索和实践技术应用型人才培养模式。《大学物理实验》是工科大学生的一门重要的基础课，它体现了科学实验的共性，在实验思想、实验方法以及实验手段等方面是各学科科学实验的基础。在培养学生严谨的科学思维和创新能力，培养学生理论联系实际，特别是与科学技术发展相适应的综合能力等方面起着重要的作用［1］，因此，学校在实验教学、培养学生的实验能力和创新能力方面进行了深入的研究和实践。经过近几年的探索与实践，针对《大学物理实验》课程的教学现状，考虑到我校对人才的“技术立校，应用为本”的培养目标，本着调整教学体系、优化教学内容、知识教育与素质教育并重、基础知识与前沿知识并举、培养学生创新能力、多媒体辅助教学等原则，对大学物理实验教学进行了改革和实践。

1 当前大学物理实验教学中存在的主要问题

1.1 缺乏对实验教学体系和内容的系统构建

由于传统教育思想的影响和没有办技术应用型本科的现成经验而奉行“拿来主义”，许多技术应用型院校在办学实践中完全参照品牌研究型大学的本科来构建自身的大学物理实验教学体系。因此，重理论、轻实验的现象依然存在于教学体系中。一方面理论教学时数总量偏大，实验教学时数少，另一方面实验教学完全依附于理论教学，没有构建相对独立而系统的实验教学体系。在教学计划中，理论教学的体系是独立而完善的，实验教学体系虽然具备一定的实验教学体系的形式结构，但是其实验教学体系的内容结构却是分散而孤立的，教学内容大多附属在理论教学的系统上，缺乏实验教学体系自身的纵向连贯性和系统性，并且实验内容仍然采用好多年前甚至于十几年前的传统实验项目，且不分专业，忽视了学生的专业特点和认知结构，缺乏针对性、灵活性、科学性和系统性。在实验类型上也大多都是单一的验证物理学原理性的实验，而结合专业特点设置的应用性实验和设计性实验则很少。另外，实验教学环节与生产完全脱节。

1.2 教学模式单调，考核及评价方式简单化

在传统的教学观念里，教师是教学活动的主体，学生是教学活动的客体；教学就是为了让学生掌握人类千百年来积累的文化成果。为此，物理实验教师的教学思想和教学观念还停留在问题尽量在课堂上解决，认为大学物理实验课只要教会学生做实验就可以了。因此，物理实验教学方式比较注重讲解实验原理和操作步骤、实验中注意的问题，甚至实验仪器也由教师调节好，学生为了实验而实验，仅仅是被动的参与者，这样既不利于学生学习主动性的培养，也不利于其自学能力的提升，更不利于学生对知识的应用能力和创新能力的提高。另外，课程考核及评价方式简单化。课程考核既是对学生状况的一种检验，也是对教师教学效果的一种衡量，因此，考核方式和评价指标设置应有较高的科学性要求，但目前我们的考核方式及评价方法都还过于简单化。考核基本上都是采用交实验报告的形式。

1.3 轻视对实验教学师资队伍的建设

由于受长期轻视实验教学的传统思想的束缚，许多学校不重视大学物理实验教学师资队伍的建设。首先，实验教学师资大多是由理论课教师兼职担任，只配了少数实验专职教师。而这些实验教学的专职教师一般都是作为教辅人员，学历层次较低，知识结构和能力较为单一。虽然也有从企业引进的人员，但较低的待遇很难引进，高水平的企业技术人员很难引进，并且引进后也缺乏系统的教育教学理论和方法的培训。因此，实验教学专职师资整体素质偏低，他们在实验教学和场地的建设和管理过程中，缺乏科学而系统的建设规划和管理，各实验室开放性较低，利用率不高。其次，学校缺乏一套能调动广大实验教学人员主动性和积极性的激励机制和竞争机制。

2 大学物理实验课程教学的探索与实践

实验教学是技术应用型本科教育区别于普通本科教育的重要标志，是体现其办学特色的关键环节［2］。针对大学物理实验教学存在的问题，学校积极采取措施，加强实验教学改革，更新实验教学内容、探索教学方法及整合实验教学体系，在构建技术应用型本科实验教学体系方面取得了一定的进展。

2.1 强化实验教学主体地位，构建相对独立而系统的实验教学内容体系

在技术应用型本科教学体系中，实验教学是学生认识社会、熟悉职场环境、培养实际工作能力的重要途径，具有理论教学不可替代的作用［3］。同时，实验教学内容有着自身的内在体系。因此，在办学实践中，必须根据技术应用型人才的实际能力培养的要求，按照实验教学本身的规律和内在联系，重组实验课程。学校要求在实验教学内容设计上，从技术应用的角度，设计与安排课程内容，努力做到理论与实验相结合，能力与证书项目相结合，形成有特色的、由低到高的、由简单到复杂的实验驱动型课程系列，充分体现专业知识与应用能力的并重。另外，在实验教学体系的构建中，还结合各门学科和专业发展的特点，着重研究实验教学内容在人才培养中的作用，对实验教学内容进行整体规划和优化革新，注重实验教学内容体系的纵向连贯性和系统性。形成与理论教学有机结合又相对独立的、科学的、系统的实验教学体系。

根据应用型人才的培养目标和要求，我们新的大学物理实验课程体系打破了传统的力、热、光、电和近代物理等相互独立、分别安排实验项目的封闭状态，通过对各类实验进行有机结合，在突出基本技能训练的同时，加大综合应用性及设计性实验开设的力度，并结合不同专业的特点开设大学物理实验项目。为此，我们尝试了模块化分层次的教学模式。根据应用型人才培养模式的特点，我们将大学物理实验设计为四个主要模块［4］：模块一为基础性实验，涉及物理实验基本理论、基本物理量的测量、基本仪器的使用、基本的物理实验方法、基本数据处理的10余个实验项目作为基础物理实验，主要对学生进行基本实验技能和数据处理方法的训练。其教学目的是让学生掌握必要的实验知识，具备基本的实验技能和实验方法，培养学生浓厚的学习兴趣，使学生养成实事求是、严肃认真的工作态度，为以后的学习奠定基础。模块二为计算机仿真实验模块。计算机仿真实验模块将仿真虚拟实验与实物实验相结合，拓展学生的学习视野和学习途径。我们通过购买外校优秀的实验仿真软件和自主开发相结合，开设多项计算机仿真实验，供学生可根据个人兴趣和专业方向进行选择。这些实验含有普通物理实验、近代物理实验、综合设计性实验及部分演示实验。学生可以在校内外登陆物理实验教学网站预习、复习实验及进行实验仿真。模块三为面向各业的综合与应用型实验。我们将全校工科专业分成机械、电子信息、电气三个大类专业，在实验内容设置，实验要求和实验目的安排等方面，形成较完善的面向专业的综合型实验模块。该模块共有三个子模块，分别对应三个大类专业，每个子模块开设5～8项适合本专业的综合性实验，供不同专业学生选择。模块四为创新与探索实验模块。该模块为学生提供各个层次的演示性实验、设计性实验、制作性实验和研究性实验，完全由学生自主选择并独立完成，突破了传统课堂教学模式。其教学功能主要是为学生提供一个自由创造、充分展示自我的机会，为学生创新和实践能力的培养搭建平台，使学生的知识和能力得到进一步拓展。模块化教学模式具有灵活性、针对性、现实性和经济性的特点，完全符合技术应用型人才培养模式的特点，能更好地为专业实验课程奠定实践基础，从而达到了物理实验教学为专业基础实验课及专业实验课教学服务的目的。

2.2 实现网络化、视频化、开放式的实验教学模式

上述模块二、三和四的物理实验，我们采取开放式实验教学模式，将综合物理实验和专题物理实验以必修、选修和课外科技活动三种方式对学生开放，使学生在实验中由被动变为主动，根据自己的专业和兴趣选择实验题目，由“我做实验”变为“我想做实验”。有助于培养学生的逻辑思维能力和动手能力，给学生独立活动的空间。另外学生可以自带样品、自己设计实验方案、对实验进行深入研究，实验报告可用论文形式撰写，优秀者可助其发表。所有实验学生即可做仿真实验，也可操作实验仪器，使虚拟仿真实验与实际操作优势互补，两者结合在教学中发挥积极的作用。同时我们已研制“开放式网络化大学物理实验指导系统”，运用丰富的多媒体及网络资源，搭建了一个供学生自主学习及师生交流的平台，让学生充分利用课余时间进行实验前的预习和实验后的复习。通过自主开发和购买外校优秀的仿真虚拟实验课件组建了一个大学物理仿真实验系统，在该系统中，不仅有详细的实验原理分析，还有各种实验仪器的结构、原理、性能以及调整、使用方法，学生可以在任何时间登录该系统自主选择实验仪器，自主设计实验方案，开展虚拟、仿真实验、展现实验过程、分析实验细节，事先了解整个实验流程和操作过程，从而使学生在课前得到充分的预习，课后可以随时登录该系统再次对实验进行模拟仿真。虽然仿真实验的作用代替不了真实的实验操作，但作为实验前预习和实验后复习，往往可以使学生自由学习实验的时间几倍于课堂实验教学时间，拓展了学生的学习视野和学习途径，一定程度上缓解了教学学时少的问题，提高了大学物理实验教学的效率和效果。另外，学生还可以利用此网络系统进行选课、提交实验设计方案，同时，教师利用这个平台发布最新实验教学信息、批改学生的实验设计方案等。

另外，建立了规范的免试与操作考试相结合的多元化考核制度，对部分平时成绩优秀的学生给予物理实验课程免试。实验课程取得免试的要求必须达到：没有迟到现象，实验预习、实验报告撰写规范认真，有独立的实验能力，并要完成一定的选作实验内容。

2.3 加强师资队伍建设，确保人才培养目标的顺利实现

师资队伍建设是人才培养建设成败的关键因素，没有高素质的教师，就不可能培养出高素质的学生［5］，因此，为了促进教师个体素质的不断提高，特别是工程能力的提高，学校积极寻找有效的培养途径。首先，向内挖潜，激活存量。一方面学校出台了激励青年教师攻读博士学位，支持青年教师做国内外访问学者和进行专业进修，资助教师参加高端的国际职业资格、职业技能培训和考证的政策。还制定了《青年教师校外挂职锻炼暂行办法》，在上海电气（集团）总公司的支持下，2007年之后，学校每年派出30名中青年教师到上海电气（集团）总公司的下属企业挂职锻炼1年，参与企业的生产实践活动，了解科技前沿并参与企业的科研项目开发，丰富了教师的生产实践经验，使教学内容与企业需求接轨、与技术发展同步。为培养技术应用型人才在实验教学方面奠定了坚实的基础。另一方面，育好人才，学校加大培养力度，实施“名师工程”，培养高层次的学科、学术带头人，建立了学术带头人负责制。其次，广揽社会人才。学校引进了大量的具有企业背景的、高学历、高职称的“双师型”专职教师和企业兼职教师，改善师资结构，为实验教学提供人力资源，提升师资队伍的教学和科研。另外，学校每年聘30名企业专家来校讲课，聘10名国际知名学者进行交流。第三，注重创新团队建设，以项目带动团队建设。学校制定了项目建设的岗位责任制、专业建设团队的竞争和激励机制，调动教师群体的积极性、主动性和创造性，确保群体合力的形成。在不断壮大专业师资队伍的过程中，充分激发团队的工作热情和创新精神。为技术应用型人才培养的建设提供有效的人力资源。

2.4 树立科学化管理观念，建成一流的实验室管理系统

技术应用型本科院校在实验教学建设的过程中，要树立科学的建设和管理观念，重视提高实验设备的利用率［6－8］。为此，我们建立了一套智能实验室管理平台，实现了实验室全天候预约开放。该系统建立在学校的信息化大平台上，与学校一卡通系统、教务处系统联动，实现信息共享。学生通过教务管理系统查看物理实验室课表，实验室无课的情况下在网上预约实验项目，并且学生必须通过预约实验室及仪器设备的使用方法和安全事项的学习考核方可预约成功。利用学生一卡通的信息，对其网上预约、刷卡进入实验室进行身份认证。学生身份确认之后，实验室的电源管理模块将实现对实验仪器设备的控制管理和授权使用，自动为学生实验预分配座位，学生刷卡进入实验室时，分配的座位自动通电。该系统的视频监视模块将实验室状况传送到学校的信息中心，教师可看到实验室学生的实验状态，并保留了相关信息供以后查询。该系统拓展了工作空间，降低了教师的劳动强度，提高了管理水平，同时还能对实验仪器设备进行使用率自动统计，提升了设备管理水平。

3 结 论

基于大学物理实验教学改革思路的实践，为学生营造了局域的培养技术应用人才成长的教学环境，从理论和实践两方面为全面实施素质教育和技术应用人才的培养提供理论依据，揭示学生创新精神和创新能力发展规律，形成了有效的技术应用型培养模式和培养方案，随着该课程教学改革思路的进一步完善及实践，将为其他技术应用型高校的课程及学科的教学方案的研究与实践提供垂范，从而营造整体的培养技术应用人才成长的教学环境。

［1］ 霍剑青.大学物理实验课程教学基本要求的指导思想和内容解读［J］.物理与工程，2007，17（1）：5－9.

［2］ 张洪田，孟上九，秦进平，等.应用型人才培养体系的探索与实践［J］.中国高教研究，2008（2）.

［3］ 莫慧林，杨进，娄斌超，等.对技术应用型本科实践教学的思考［J］.中国高教研究，2008（2）.

［4］ 杨党强.技术应用型本科院校大学物理实验的模块式教学探讨［J］.大学物理实验，2009，22（4）：91－93.

［5］ 刘瑞贤.高校强年教师成长道路与特点［J］.中国高教研究，2008（02）.

［6］ 袁艳红.技术应用型本科实践教学的探索与实践［J］.大学物理，2009，21（4）：45－48.

［7］ 杨党强.加强基础物理实验教学培养技术应用型人才［J］.大学物理实验，2011（2）：104－106.

［8］ 杨党强.技术应用型校《物理实验》教学改革与探索［J］.大学物理实验，2011（6）：102－104.