卓越工程师计划对大学物理实验教学改革的影响

2013-08-23何永凡李玉龙

实验室研究与探索 2013年11期

何永凡，周红，李玉龙

(成都大学电子信息学院，四川成都610106)

0 引言

“卓越工程师教育培养计划”(简称“卓越计划”)是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》和《国家中长期人才发展规划纲要(2010—2020年)》的重大改革项目，也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措，旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务，对促进高等教育面向社会需求培养人才，全面提高工程教育人才培养质量具有十分重要的示范和引导作用［1］。目前，我国开设工科专业的本科高校1003所，占本科高校总数的90%;高等工程教育的本科在校生达到371万人，研究生47万人。该计划对促进高等教育面向社会需求培养人才，全面提高工程教育人才培养质量具有重要的示范和引导作用。成都学院(以下简称“我校”)是“卓越计划”试点的地方应用型本科院校之一。“卓越计划”具有3个特点:①行业企业深度参与培养过程;②学校按通用标准和行业标准培养工程人才;③强化培养学生的工程能力和创新能力［2］。“大学物理实验课程”课程是目前理工类院校普遍开设的一门专业基础课，该课程是一门创新性和实践性较强的课程，既强调知识的综合性、实用性，又强调创新能力、综合分析和解决生产实践问题的能力，这也是“卓越工程师”培养计划所要求的。本文分析“大学物理实验课程”课程的教学现状，并进一步提出相应的改革措施。

1 “大学物理实验课程”课程教学现状

(1)学生的应用能力差，创新意识淡薄。大学物理实验作为系统培训学生实验技能和实验方法的开端，特别强调应用，但是现在有相当一批学生学习很被动，没有养成实验动手的习惯，所以解决实际问题没有章法，没有知识应用能力，更没有创新的欲望，教师教什么，学生学什么。

(2)实验实施问题较多。我校的各院系各专业开设相同的物理实验内容，课程设置没有针对性，专业特点不突出;实验内容单一，验证性实验过多，设计性和综合性实验较少，缺乏吸引力，不利于发挥学生的创造力;教师对实验过程的引导和控制不够，学生蒙混过关现象较普遍;实验仪器数量有限，部分学生没有动手实践的机会;实验的考核体系不科学，评价的主要依据是实验报告，产生重报告，轻操作的认识。

2 “大学物理实验课程”教学改革措施

2.1 性能测试实验与开放设计性实验相结合

如何在学时不变的前提下，在充分掌握主要的教学内容的基础上，能让学生结合专业特点和优势选择自己专业相关的实验内容，针对这个问题，我们将实验内容分为了性能测试实验、开放设计性实验。同时将实验内容设置为必做实验和选做实验，必做实验强调实验的基本技能和实验素质，教师可做详细讲解，使学生了解实验的基本步骤，为后续选做实验提供基础;选做实验强调“专业特色”和“创新”，由学生负责实验方案的制定，实验步骤的完成，而教师不做详细介绍，主要负责实验目的设定，实验过程引导监督以及实验结果的检查［3］。这样在不增加学时的前提下增加了实验内容，也给了学生一定自主选择权，让学生能结合专业特点和爱好主动思考选题。比如针对电气，自动化卓越班的学生，我们保留了惠斯通电桥，示波器使用，分光计的调整等一些实现基本技能为目的实验，为该部分必做性能测试实验外;将光电效应，超声声速测量，音频信号光纤传输，霍尔元件测磁场等能结合专业技术和特点的实验设置为该部分的设计性的选做实验，要求学生必须按照自己的专业培养目标完成选做实验的项目，把专业特征目标所规定的具体的知识、能力和素质要求落实到具体的实验教学环节中。这部分实验学生以模拟的工程实际为背景，通过介绍(I)接受(T)应用(U)，让学生从不知道到知道，从知道到理解，从理解到应用，从应用到分析评价，从分析评价到创造，完成专业培养目标实现的矩阵，让学生在实践中去发现问题、分析问题、解决问题，得到书本上没有的知识。［5］

2.2 不断拓展课程的空间和时间

“卓越计划”的大学物理实验课程按计划和教学进度在课堂进行教学，但对学生工程能力和创新能力的培养不应局限于教室。可以通过利用多种空间、不同的时间进行，我们从这方面入手，这部分实验不设固定内容，优先邀请高年级学生做报告，介绍他们在大学生实践创新训练项目和毕业设计中和大学物理实验有关联的内容，发挥高低年级学生之间的易交流、易接受的榜样作用。再补充以教师科研讲座，介绍实验知识在科研中的应用，列举一些与学生的专业或专业知识相联系的物理原理和实验技术。如在做“霍尔元件测磁场”实验时，可以对霍尔元件已发展为品种多样的磁传感器产品族的应用作一些介绍。如:霍尔加速度传感器，以测量汽车行驶时的纵向和横向的加速度，霍尔压力传感器和微位移传感器等，做“超声声速测量”实验时，可以将空气中声速、引入到液体、固体中的声速测量。将迈克尔逊干涉仪的应用领域拓展到测量玻璃的折射率，融入光电技术测量微小位移量的相关实验系统中去，以提高测量精度和拓宽应用范围。不同的实验结合了不同的应用，让学生提前接住到与自己专业相关的物理原理和技术，使学生对于实验知识在将来的工程应用有更深入的认识［5］。利用多种空间、不同的时间举办各样的科创兴趣小组，例如可以对废旧仪器拆装并进行修理、或组合成新的实验器具。促进学生进一步理解和了解仪器的设计和工作原理，提高学生动手能力。并组织学生开展知识技能竞赛，把学科竞赛作为实践创新的有效载体，挑选一些有兴趣和有潜力的学生参加一些大学生课外科技作品竞赛，通过竞赛提高学生的实践创新能力［8］。

2.3 采用“任务驱动”教学方法

专业培养目标的矩阵采用介绍(I)接受(T)应用(U)是获得某一知识或能力的具体的三个环节，而“任务驱动”是实现矩阵的最好的一种教学方法，适用于学习操作类的知识和技能。“任务驱动”在教学过程中，将教学内容围绕着若干个实际问题展开，每个实际问题分配一个专门单元来解决，每个单元又分解成若干个任务。任务是教师制定、学生完成的，学生通过任务训练学习知识，所有任务完成后，通过任务组装掌握应用［10］。

为了加强实验过程控制引导，完成专业培养目标的矩阵的三个环节。目前“任务驱动”教学在我校开放设计性实验的研究性学习活动中全面采用，我们将实验过程分为几个阶段。

(1)确立实验研究“任务”，选好课题。选题既要兼顾本学科发展现状与趋势，又要考虑到学生的年龄特点和身心发展特征，让每个学生都能在适合自己发展水平的范围内得到发展。以学生已经掌握的基本知识为前提，突出综合性、探索性和创造性的特点创建一个实验任务;比如:(将迈克尔逊干涉仪的应用拓展为设计性实验，把测量玻璃的折射率为实验课题的任务:根据玻璃加入一条光路中产生光程差，造成中央条纹发生位移，设计实验方案，测量玻璃折射率);

(2)学生根据已定的课题和所学的知识收集查阅相关资料，写一份课题预案，(如用迈克尔逊干涉仪测量玻璃折射率实验原理，理论计算公式，研究测量的方法)，指导老师根据实验方案对实验进行调整，协助同学提供完成实验任务的条件;指导学生明确实验中要解决的问题或要测定的指标，明确实验思路，实验原理，实验方法，完善实验方案;

(3)学生根据自己设计任务要求和实验条件，组合出基本的实验装置流程，学生进入实验室后，教师根据实验类型确定讲解内容(仅强调实验要求和注意事项)，之后由学生根据实验方案以小组为单位独立完成实验，得到实验数据，教师检查确认。在这一过程中，教师对实验过程进行监控，并对学生的实验作风和科学态度，测定的实验数据进行打分。

(4)对实验结果的精确度和误差来源进行分析与讨论，写出任务总结报。开放设计性实验的研究性学习在一定程度上摆脱了验证性实验受到的各种限制，指导教师拥有较多的决定权，学生有较多的选择权，因而教学方式及手段更灵活，弥补了在能力培养方面的种种不足。通过此活动让学生在研究中实现工程能力和创新能力，具体体现是四会:会思考、会运用、会借鉴、会查资料［12］。

2.4 按照专业培养计划方案构造设计性试验平台

我校各理工科院系积极制定各自专业标准的培养计划方案，作为学校不可或缺的大学物理实验课程教学，我们可以为各专业的学生提供设计性试验的平台［14］，比如:(机械专业的学生可以力学的物理试验仪器的改进方面展示自己的专业，而电气自动化的学生则在光学与电磁学试验仪器的改进方面一展身手，而物理实验数据可以为软件专业的学生提供实践平台)。

2.5 多样性的实验成绩评定方式，促进学生实验能力的提高

建立合理科学、准确有效、具有可操作性的考评办法和考核制度，发挥考核对实验教学的推动作用，调动学生的积极性，是提高物理实验质量的重要环节。为了避免学生产生了“重报告，轻操作”的现象，真实反映学生的实验能力、创新能力，实验考核可以采取多种考核方式相结合的综合评定方法，考核方式主要有:日常性能测试实验考查，包括预习报告、实验操作、实验报告三个部分，占总成绩的(60%)，，综合性设计性实验项目小论文的成绩评定(40%)。综合性和设计性实验小论文，根据实验方案的可行性和创新性、实验结果的正确性和小论文的规范性等要素进行集体讲评和考核。由于考评方案具有多样化特点，即兼顾了学生的三基的训练，同时也给学生提供了广阔的思考空间和自由度［15］。