培养学生创新能力的大学物理实验教学体系研究

代 伟，徐平川，陈太红，曾体贤，兰小刚

（西华师范大学，四川 南充 637002）

大学物理实验课程是对高等学校学生进行系统科学实验技术和实验方法训练，是培养学生科学实验能力和素养重要的实践性课程。而目前国内大部分高校开设的物理实验都采用沿用了几十年的传统的实验教学手段，实验内容基本上只注重基础性内容，多为验证性实验，实验内容、实验技巧和实验方法极度缺乏创新理念。虽然大多数高校对物理实验教学体系都有一定程度的研究，但没有一套完整的培养学生创新能力的物理实验教学体系，并且科学技术领域的新发展以及工程技术领域的新应用在日常实验教学中极少反映，所以很难激发学生的物理实验兴趣，大大制约了物理实验课程的发展。我校大学物理实验中心以培养与提高学生的科学实验素质和创新能力为目标，以教改项目“构建培养学生创新能力的物理实验教学体系”为依托，对物理实验教学的课程体系、教学方式、教学内容、实验方法和技术手段，以及教学管理等方面进行了全面而系统的改革与建设。我们在本校理科各专业的大学物理实验教学中开展了较为深入的培养学生创新能力的大学物理实验教学改革，通过给学生营造循序渐进阶梯型的实验环境和学习氛围，激发学生的实验兴趣，激励学生个性发展，在传统的教学过程中培养学生自主实验的同时通过开放实验、设计性实验、实验竞赛以及参与新实验设备研制等多种激励机制引导学生主动学习；通过参加各种科技制作、专业技能竞赛以及教师实验教改课题研究等课外活动，激发学生进行创新性实验的兴趣，培养学生的创新意识和创新能力。使面向全校理科各专业学生的大学物理实验教学发生了彻底的变革，形成了自己的特色，受到了同行的好评。经过近几年的努力我们出色地构建了具有先进理念、现代实验内容和先进实验技术、分层次、模块化的创新物理实验教学体系。我们也自主研制开发和更新改造了一批物理实验教学设备；使综合性、设计性实验比例高。同时实验室实行开放式管理，学生自选实验题目，点面结合，建立了学生自主学习的大学物理实验教学新模式，切实使学生在新的实验体系中动手与动脑结合，教学效果好［1－6］。

1 培养学生创新能力的大学物理实验教学体系基本内容

“构建培养学生创新能力的大学物理实验教学体系”就是对大学物理实验教学的课程体系、教学方式、教学内容、实验方法、技术手段、实验成绩考核、师资队伍培养和教学管理等方面对实验教学进行全面而系统的改革与建设。体系基本建设内容如下：

1.1 以综合性实验和设计性实验为核心，更新实验内容，出版了大学物理实验教材

我们编写出版的“大学物理实验”教材在传统的验证性实验、常规仪器使用训练的基础上，重新选择、组织和调整实验内容，增添综合性、设计性、具有延伸性的实验内容。新的物理实验教学体系强调了学生自主学习能力，加深了学生对物理学是建立在实验为基础上的科学的认识。实验内容的不再单一，体现了多样性和综合性，学生的实验操作能力得到很大提升；建立了以综合性实验和设计性实验为核心的内容体系，实验教学过程中的可操作性增强了；把部分实验内容，特别是近代物理实验部分与教师的科学研究联系在一起，使学生参与到导师主导的科研项目中去，促进了科研创新。

1.2 构建了分层次、模块化、点面结合、全面开放的物理实验课程体系

以“加强基础、重视应用、开拓思维、培养能力、提高素质”为指导思想，以逐步提高学生的科学实验素质和创新能力为目标，为满足不同层次人才培养的需要，构建了面向全校各专业从大学本科一年级学生至硕士研究生的分层次、模块化、点面结合、全面开放的物理实验课程体系。完整的课程体系包括：基础训练物理实验模块、基本物理实验模块、综合性设计性物理实验模块、应用物理实验技术与方法模块、高新技术物理基础专题实验模块五个层次。

1.3 面向二十一世纪人才培养需要，建设了具有先进实验内容和实验技术的大学物理实验课程体系

大学物理实验课程内容的彻底改革是物理实验教学改革与建设的关键和难点。建设实验内容、实验方法和技术手段先进，反映当今科技进步和有特色的物理实验课程，对培养二十一世纪创新人才有着重要的作用。我们在这方面主要进行以下三方面的工作：（1）在综合性设计性实验中，大量引入对近代物理学发展和现代应用技术有重要影响的实验项目；（2）在实验中大量引入在科学研究和工程技术中实际应用的先进的实验方法和技术手段，使现代科技进步的成果渗透到物理实验课程内容中去，使物理实验教学更贴近科技研究前沿；（3）积极研制和开发新的大学物理实验项目。

1.4 以实验创新为抓手，改革实验教学方法与实验考核方式

在实验教学方法方面，强化学生的实验设计能力和创新能力。在设计性实验和创新型实验的基础上，明确实验目的，指导教师提出设计的技术要求，实验室提供基本的实验仪器，让学生在规定时间内完成实验设计任务。通过这样的训练，培养了学生的创新意识和实验设计能力。自应用这种教学方式以来，学生的综合能力与综合素质明显提高。

在实验考核方式方面，采取免试与操作考试相结合的考评制度，综合考核学生实践能力。根据学生平时做必修实验、选修实验以及综合性、开放式实验的情况，结合学生在设计性实验中体现出来的创新意识等确定免试学生名单，科学综合评定学生成绩。

1.5 建设学生课外实践基地，鼓励学生参与各种科技创新活动，深化学生的创新能力

学生通过物理课外实践基地，开放实验室，在一些专家的指导下进行技术改进、研制与开发新产品，既培养了学生的创新意识和能力，又充分利用了学校资源。通过给予学生一定的经费帮助和学分奖励鼓励学生参与各种科技创新活动，近几年我们的学生在参加“物理实验技能大赛”、“物理教学技能大赛”、“航空模型比赛”、“电子设计竞赛”等比赛中取得了非常优秀的成绩。学生也通过课外实践基地积极参与教师主导的实验仪器开发，取得了多项发明专利，发表了许多有价值的研究论文，这些成绩的取得充分体现学生的创新能力有了很大的提高。

1.6 以专兼职实验教师相结合，加强师资队伍建设和物理实验教学管理

在现有专职实验教师的基础上，通过培养和引进壮大了大学物理实验教学队伍；鼓励专业教师参与实验指导和实验室建设与管理。实验室建设实行教学与科研相结合的方针，在学校人才培养激励机制推动下，已形成一支素质优良，职称、学历、年龄结构合理的师资队伍，有效地保证了“培养学生创新能力的大学物理实验教学体系”课程建设和教学改革的深入，大学物理实验教学效果得到了显著提高。。

2 培养学生创新能力的大学物理实验教学体系要根据自身特点办出特色

各个高校的情况差别较大，办学思路和办学理念不尽相同。我们根据自身特点，充分认识到过去培养的学生实验动手能力相对较弱，综合素质和综合能力欠佳，不能满足新形势下社会对高素质人才的要求，为了改变这一局面，我们在加大实验经费投入改变办学硬件的同时，我们也着手对实验教学体系进行改革，使新的大学物理实验教学体系能办出自己的特色，为此我们做了以下两方面的工作。

2.1 建立了动态更新的实验内容和课程体系

我们以“加强基础、重视应用、开拓思维、培养能力、提高素质”为指导思想，以培养学生的科学实验素质和创新能力为目标，为满足不同层次人才培养的需要，构建了面向全校理科各专业从本科学生至硕士研究生的分层次、模块化、点面结合、全面开放的物理实验课程体系。体系包括：基础训练物理实验模块、基本物理实验模块、综合性设计性物理实验模块、应用物理实验技术与方法模块、高新技术物理基础专题实验模块五个层次。

2.2 建设课外实践基地，鼓励学生参与各种科技创新活动，培养学生的创新能力

学生通过物理课外实践基地，开放实验室，在一些专家的指导下研制与开发新产品，既培养了学生的创新意识和能力，又充分利用了学校资源。学校同时给予学生一定的经费帮助和学分奖励鼓励学生参与各种科技创新活动，学生在参与这些活动的过程中，取得较好的成绩，在一定程度了提高了学校的知名度，同时也强化了学生自身的综合素质，培养了他们的项目意识和团队意识，同时使他们适应社会的能力比过去明显提高。

3 培养学生创新能力的大学物理实验教学体系的创新点

3.1 实验课程体系的创新

新的大学物理实验教学体系以“加强基础、重视应用、开拓思维、培养能力、提高素质”为指导思想，以逐步提高学生的科学实验素质和创新能力为目标，为满足不同层次人才培养的需要，构建了面向全校各专业从大学本科一年级学生至硕士研究生的分层次、模块化、点面结合、全面开放的物理实验课程体系。

3.2 实验内容的创新

重新选择、组织和调整实验内容，增添一些综合性、设计性、具有延伸性的实验内容，建立实验内容连续、结构科学合理的实验教学体系。

3.3 实验手段的创新

将电化教学、计算机仿真实验、多媒体技术以及计算机采集、处理实验数据等现代科技手段应用于实验教学中，使学生更好的掌握现代科学技术，为学生将来发展打下坚实基础。

3.4 实验教学方法的创新

改革传统实验教学方法，将一般的实验内容以设计性的思路讲解，将实验的设计思想、实验方法、仪器选择和实验数据的处理分析方法作为讲授的重点，授学生以实验方法和实验仪器，而不是具体的实验内容。在抓好课内必修、选修实验内容，引导学生自主学习的同时，加强学生物理课外实践基地建设，把大学物理实验室、物理专业实验室、趣味物理演示实验室向全校学生全面开放，给学生营造一种循序渐进阶梯型的实验环境和学习氛围，给学生个性发展提供空间，使物理实验教学体系紧跟时代发展的需要。

3.5 人才培养体系的创新

改变培养模式，通过物理课外实践基地，开放实验室，在一些专家的指导下，让学生参加各种比赛、科技制作、挑战杯、研制与开发物理实验新产品，培养学生自身的创新意识和能力。

4 实践取得的效果

4.1 学生开展实验活动的积极性得到提高

通过强化实验的价值，通过实验活动的课外延伸，学生对课程实验和独立实验有了更为充分的认识。由于与自身成绩评定、学分认定及个人成果（专利、奖状、证书）联系紧密，学生参与实验的热情高涨，一定程度上促进了教学内容的更新和完善，营造出理论与实践相结合的可喜氛围。

4.2 通过综合性和设计性为核心的实验训练学生的创新意识得到了提高

由于学校对基础实验室资金投入力度的增加，为开设综合性实验打下了坚实的基础。通过设置不固定实验器材的实验目的，使学生利用现在的设备资源来完成实验，极大的提高了学生自主设计实验的能力；通过建设实验平台，在老师的指导下，学生能够根据给定设备完成实验内容，实验的综合性得到增强；通过设置较为灵活的实验内容，学生需要经过前期准备才能完成，有的需要自行设计，使学生的自主创新意识得到明显提高。

4.3 让学生参与教师的项目研究提升了同学科学研究的热情

近年来，不光是研究生，很多本科学生参与教师的项目研究积极性也有了很大的提高。比如参与实验器材设计，获得了一些专利成果；参与教改项目研究，对物理实验的教学内容提出了许多有价值的意见，使实验内容不断更新；参与真空镀膜实验室、天文观测实验室和航模实验室的工作，熟悉了部分大型设备的操作规程，对仪器设备的原理也有了全新的认识，理解了科学研究的艰辛，开阔了视野。本科学生的参与提高了教师的科研进度，学生增强了对本专业和学科的认识对他们以后的个人的发展也起到了至关重要的作用。

4.4 以专业技能竞赛为平台提高了学生和学校的核心竞争力

设计性实验的延伸，特别是创新为核心的专业技能竞赛为学生能力的提升提供了宽广的平台，学生参与面广，面对各个高校的同学，充分展示了自己的能力和作品，获得了较好的成绩。通过这样的竞赛活动，学生的竞争意识得到了提升，为以后就业打下了坚实的基础。学生参加这样的专业技能竞赛活动，展现了学校的风采，提高了学生和学校的核心竞争力。

4.5 以项目规划和团队合作为导向培养学生项目意识和团队意识

随着技术和社会的进步，工作的学习的目标越来越复杂，完成一个具体的任务需要有详细的项目规划。大学期间不但要培养学生做好理论学习任务的规划，并在老师的辅导下通过自身的努力去完成学习任务，同时要培养学生在参加设计性实验、与实验有关的专业竞赛活动和科技创新活动的过程中，学会了以项目的形式对设计目标进行前期论证和规划，制订研究方案和研究路线，培养了项目意识；在实验过程和创新设计的过程中，团队成员认识到相互协作的重要性，增强了团队意识。

5 结 论

“培养学生创新能力的大学物理实验教学体系”已经在我校理科各专业《大学物理实验》课程中全面实施，取得了很好的实验教学效果，同时也积累了丰富的实践教学经验，其应用前景广泛，值得对外推广。“构建培养学生创新能力的物理实验教学体系”是一项复杂的系统工程，虽然我们目前已经取得了一定成果，但今后我们将继续努力在实践中不断扩大物理实验的教学改革成果，为培养二十一世纪创新人才做出更大贡献。

［1］代伟，刘小兵.大学物理实验［M］.北京：科学出版社，2010.

［2］袁杰.在物理教学中培养学生的创新精神的几点想法和尝试［J］.淮北煤师院学报，1999.

［3］姜克威.面向21世纪实验教学创造性的探讨［J］.四川教育学院学报，2002.

［4］孙腊珍.大学物理实验的研究式教学［J］.物理通报，2007（4）.

［5］刘炽辉.加强实验教学培养创新人才［J］.广东职业技术师范学院学报，2001.

［6］李永涛.提高大学物理实验教学质量的思考［J］.大学物理实验，2013（1）：117－119.