CDIO理念下的大学物理实验与创新

2013-08-15张晓兰

河南科技 2013年6期

张晓兰

（黑龙江科技学院，黑龙江哈尔滨 150027）

0 引言

著名诺贝尔物理学奖获得者丁肇中教授认为“任何理论没实验证明是没有用的，实验可以推翻理论，但理论绝对不能推翻实验”。这也简明扼要的概述了实验的重要性。大学物理实验是大学生进入大学后的第一门实践性课程，是培养学生“动手能力”的必修基础课。这种能力不仅是实验操作能力，更重要的是创造性思维能力。实验教学的目的是让学生学习实验测量方法、科学思维方法和科学研究的基本方法。它对于学生能力培养和科学素质训练所起的作用是其它课程难以替代的。现如今，大学物理实验又是工程技术的一个主要基础。这是由于在工程技术领域发展过程中，大多数操作方法与测量的技巧都是建立在大学物理实验操作技术上的。与此同时，大学物理实验中，诸多测量原理、技术、处理数据的方法等都能够直接应用到工程技术领域当中。然而，在当前大学物理实验教学仍存在许多问题，针对存在的问题，探讨基于CDIO 工程教育理念的大学物理实验教学改革，对培养学生的专业技能和工程能力具有重要意义。

1 关于对大学物理实验教学现状分析

通常对大学物理实验中诸多验证性实验、认证性实验等探究所占的比例是非常大的，因此，导致和产品设计与生产等诸多工程环境都无任何的关联，这样一来，学生在最容易获得工程经验阶段相反收获是最小的。除此之外，在大学物理实验教学中，未把个人能力、职业素质、团队合作精神等能力培养都融入到课程教学当中。然而，在大学物理实验课的传统教学中，教学方法也是简单的灌输式。不论是验证性的实验，还是综合性的实验，或者设计性的实验，首先每次实验时都是由老师讲解实验原理和步骤、注意事项等，然后学生按照老师的讲授或实验讲义要求进行操作,利用实验仪器测试出数据，最后写出实验报告。整个实验教学都是围绕教师而展开的，学生仅仅是被动地参与，灌输的成分多，启发性内容少。虽然这种方式对加深学生对理论知识学习、提高实践操作能力等都是极其有效的，然而，上述实验方式强调学生严格按照既定设计对已有知识进行确认，这样一来，导致学生积极、主动探索解决方案过程便完全被忽略了，束缚了学生科学思维能力的发展，不利于培养学生的科研素质和创新能力。另外，在很多的实验项目中，一些实验仪器一般都集成化、箱式化，实验仪器设计十分成熟，学生操作起来相对简单，学生实验时只是测试一些简单的数据。而对实验设计思想与方法选择、测试手段与故障诊断方法的完善、结论验证等关键环节都逐渐被淡化。其结果是学生在完成相应的实验操作之后，尽管会获得一些相关知识，但是却未能充分发挥出学生积极性与主动性，与此同时，学生沟通能力与合作能力都没有得到很大程度提升。

因此，在大学物理实验课中，其主要是培养的大多数都是知识型学生。那么如何真正将“知识型学生”转变成“创新型学生”，这样一来，能够为社会培养一大批专业技能较强且素质偏高的创新型学生，从而增强学生的团队合作精神，因此，这为当前各类高校所要解决的首要问题，但是，当前CDIO 工程教育理念成为解决上述问题的一个有效措施。国内外的经验都表明，CDIO的理念和方法适合工科教育教学过程中的各个环节。

2 CDIO工程教育理念是近几年国际工程教育改革取得的一巨大成果

自2000年开始，目前已经有四所大学成立了一国际性研究中心，同时由Knut and Alice Wallenberg 基金会约2000 完美元的资助。在经过长达四年的探究，提出了SDIO 工程教育理念，此外，还建立了一个以CDIO 命名的国际合作组织。事实上，此次改革CDIO 改革教育目标目的是要将学生培养成为一个可以熟练掌握技术基础知识的高素质人才，并且能够指导新产品与新系统开发以及运行；而且全面了解技术研究和发展对社会的影响。实际上，CDIO是构思、设计、实现以及运作4个英文单词的缩写，为学生提供实践、理论课程之间有机知识关联的教学情景、鼓励学生以主动的方式学习工程。

CDIO 工程教育理念为“做中学”与“基于项目教育与学习”的一种集中概括与抽象表达。而将“做中学”学习方式应用在大学物理实验教学中，这样一来，此项传统实验课便将传统与现代教学方法紧密结合在一起，不断培养和提高学生整体素质以及综合能力。

3 结合CDIO工程教育理念改革的大学物理实验教学

在大学物理实验内容上压缩验证性实验，增加综合性、设计性实验的比重。有关电子信息、超导技术、纳米技术等项目应尽量开设，使实验课程紧跟时代、科技发展、紧贴现实生活，增强实用价值，在提高科技含量的同时激发学生学习的兴趣，为使学生能够尽早地成为优秀的工程技术人才打下坚实的基础。减少必做实验项目，增加选做实验项目。我校设置公共基础实验课之外，又结合专业特色设置特色物理实验课程。例如：电路设计实验、光纤传感实验等。结合计算机专业设置仿真实验系统以及实验数据处理系统应用等。由于这些特色实验课程与学生的本专业培养相结合，深受学生的欢迎。这样做不仅便于因材施教原则的贯彻，而且又培养学生的创新能力与实践操作能力，最终达到培养实践型人才目标。在实验教学中要以学生为中心，采用启发式、案例式等教学方法，注重培养学生的自主学习能力和创新能力。

大学四年的学习毕竟是短暂的，学生要掌握的应该是学习的方法，而不仅仅是具体的内容。具有了自主学习的能力，掌握了获得知识的方法，也就具有了终身学习的能力。在实验教学中,注意所使用实验仪器不要太智能化，因为仪器智能化后，往往是几个按键就能解决问题，学生动手的机会大大减少，得不到应有的锻炼和提高。

在大学物理实验教学中，选出一些品学兼优且又有能力的学生参与实验室建设与科研工作，教师正确指导学生进行科研工作，这样一来，教师既可以对科学发展的最新动态进行全面了解，而且又能掌握学科带来新成果，并且更有利于将教学深度予以深化，切实提高教学质量与效果，更便于学生在实践工作中诠释构思、设计、实现和运作过程，不断激发学生学习兴趣，并且又能提高学生发现问题、分析问题以及解决问题的能力。但是，教师指导学生对科研项目进行研究必须十分得当，其科研项目体现出教学内容和工程技术应用紧密结合特点，从而赋予现代发展气息。除此之外，学生在参与教研项目后，又能提高学生综合能力，并且最终实现“做中学”目的。比如：我校大学物理实验室让部分学生参与开发教学软件、制定多媒体课件、仿真设计等。因此，教师应该在大学物理实验教学当中，结合实验让同学们把每一个实验当作CDIO 的一个项目来进行学习。首先将全班学生以团队的形式划分成若干个实验小组，使学生从实验的预习、设计实验方案、实验操作、分析检测、数据处理到结题报告以至答辩等各个环节得到一次较为全面的综合性科研训练。在实验过程中，不但能够促使学生体验到团队协作的意义，而且还为培养学生工程实际应用能力奠定了一定的基础。在此过程当中，不能只是提供给学生一些长期使用的设计方案作参考，而是为学生提供大量有价值的理论知识，利用实验室已有的仪器与设备，再通过到图书馆、网络等多种途径查阅相关的资料，由学生独立设计实验方案，并且在实验之前，要对实验结果进行深入探讨。在实验室当中，教师只需要为学生讲解一些关于仪器、设备使用方法，其具体的操作、实验实施以及实验运行结果都要在报告中体现出来。以一具体大学物理实验，从而使学生能够真正领会到CDIO 所包含的内容，进而不断提高学生CDIO 能力。在条件允许以及确保学生安全的情况下，能够允许学生出现验证性错误，这样一来，能够避免教师纠正学生发现问题、查找原因以及解决问题等培养环节的缺少，然而，此种能力培养是在工程实践中极其重要的一部分内容。在将项目完成之后，既能使学生达到基础知识教学要求，而且又能使学生在实践操作中，提高沟通、团队合作以及正确表述文字能力等，同时，又能够拓宽学生视野范围，增强学生创新意识，激发学生不断进行创新。