大学物理实验教学在“工程化”教育理念下的创新性研究*

许永红，程荣龙，刘晓伟，葛立新

（蚌埠学院数理系，安徽蚌埠 233030）

大学物理实验教学在“工程化”教育理念下的创新性研究*

许永红，程荣龙，刘晓伟，葛立新

（蚌埠学院数理系，安徽蚌埠 233030）

该文以蚌埠学院为例，对大学物理实验教学的一些实践经验进行总结，讨论了在“工程化”教育理念下加强大学物理实验教学创新性研究的几点措施:改进大学物理实验教学方法，培育创新素质;重视开放性实验室建设，提供创新资源;开展课外科技竞赛活动，培养创新精神;鼓励学生参与教科研项目，增强创新意识;加强大学物理实验教材建设，体现创新成果;加强实验工作队伍建设，提高创新能力.

“工程化”教育;大学物理实验;创新

“工程”一词的含义是指将自然科学的理论应用到工农业生产领域中去而形成的各种学科的总称，它有两个要素:一是自然科学的理论，如数学、物理学、化学等基础科学的原理.二是生产技术，人类将两者有机地结合，通过利用自然和改造自然，达到为人类服务的目的，如水利工程、航天工程、土木建筑工程等等.所谓的“工程化”教育就是将科学理论、生产技术和教育三位一体化，将大学的学科专业建设产业化、技能培养工程化、素质教育企业化.“工程化”教育不仅要向学生传授现代化的科技知识，更应该在知识的传授过程中渗透工程技术的内容，使之体会和掌握工程设计、工程实践的一般规律和基本分析方法，避免课堂教学脱离实际的倾向.因此，以“工程化”教育为平台，就是在高等教育中建立合理的“工程化”人才培养模式，以提高“四个能力”为目标，着力培养学生的学习能力、实践能力、创新能力、就业创业能力，而创造性思维能力是这“四个能力”的基础和核心，因此培养大学生创造性思维能力是“工程化”人才培养的关键之一.

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”;“自然科学理论不能离开实验的基础，特别是物理学，它是从实验开始的”，因此说，实验是培养创新人才的重要环节.大学物理实验是以实践为主的学科，是高等学校理工科各专业对学生进行科学实验基本训练的必修基础课程，是本科生接受系统实验方法和实验技能训练的开端.它覆盖面广，具有丰富的实验思想、方法、手段，同时能提供综合性很强的基本实验技能训练，更重要的，它还是工程技术的一个重要基础，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都是建立在大学物理实验操作技术基础上的，它在培养学生应用和创新能力方面起到了其它实践类课程不可替代的作用，将为学生终生学习和继续发展奠定必要的基础.

因此，大学物理实验教学怎样在“工程化”教育理念下培养学生应用数学、科学与工程等知识的能力;进行设计、实验分析与数据处理的能力;验证、指导及解决工程问题的能力;应用各种技术和现代工程工具去解决实际问题的能力和创新实验能力等，更好地发挥该课程创新性和实践性的特点，对培养学生的专业技能和工程能力具有重要的意义［1］.

笔者以蚌埠学院为例，对大学物理实验教学的一些实践经验进行分析和总结，从六个方面探讨了如何在“工程化”教育理念下加强大学物理实验教学的创新性研究，提高大学生的实验技能和创新能力.

1 改进大学物理实验教学方法，培育创新素质

大学物理实验教学为了适应“工程化”教育教学的要求，培养学生的创新素质、创新意识和创新能力，就需要适时改进大学物理实验课程教学方法.首先，实验项目的设置要遵循大学物理实验课程的系统性、科学性、实用性的原则，构建“基本技能、综合培训、设计创新”三个不同层次的实验教学体系.其次，不同层次的实验内容遵循不同的教学目标及要求:基础性实验以基本技能训练为主，结合适合于各专业的普及型实验培养学生科学实验方法、能力和素养;综合实验是综合应用多种方法和技术的实验.此类实验的目的是巩固学生在基础性实验阶段的学习成果，进一步开阔学生的眼界和思路，提高学生对实验方法和实用技术的综合运用能力;设计性实验和研究性实验源于课本但又高于课本，是由学生自己设计方案并基本独立完成全过程的实验，或学生以个体和团队的形式，围绕基础物理实验的课题，以科研方式进行的实验，激发学生的潜能，形成专业的基本素质和基本技能，培育创新素质.

基于“工程化”教育教学的要求，蚌埠学院大学物理实验教学内容在遵循教学大纲和总课时不变的情况下，根据各专业的不同要求，在保证基础实验内容的前提下，优化实验项目，在内容上适当减少一些传统的验证性实验，增加较新的综合性、设计性和研究性的实验内容，同时设置了仿真实验以及实验数据处理系统等等，并利用现代多媒体技术等先进手段改进传统的教学方法，提高教学质量.

例如:利用小型多媒体投影仪，对于操作性强的实验仪器（如分光计、显微镜、示波器等），将仪器的调节部位、调节步骤通过投影放大，使学生有清晰直观的感觉:利用仿真实验把实验设备、教学内容、教师指导和学生操作有机地融合为一体，通过对实验环境的模拟，加强学生对实验的物理思想和方法、仪器的结构及原理的理解，拓宽范围，开拓视野，打破课堂的限制，使实验课在空间和时间上得到延伸;利用学生在实验过程中的误差分析及误差计算，引导学生思考如何改进课本上的实验方法，并利用实验室现有条件自制教学仪器附件，指导学生利用MATLAB解决物理实验中的具体问题等等，弥补传统实验教学的不足.

通过实验方法的不断改进，使大学物理实验教学紧跟时代、科技的发展，增强实用性，既提高了科技含量，又激发了学生学习的兴趣，培育了学生创新素质，增强了学生的理解和应用能力，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.

2 加强开放性实验室建设，提供创新资源

开放性实验室建设是高等学校实验教学改革措施之一，对培养和提高学生综合素质、创新能力具有重要意义.1993年联合国教科文组织成立了“国际21世纪教育委员会”，提出“学会求知、学会做事、学会共处、学会做人”是未来教育的四大基础支柱，这些要求在高等学校开放实验室的建设中能得到很好的体现.

蚌埠学院大学物理实验中心高度重视开放实验室的建设，安排了一批责任心强，热心于开放实验室工作的任课教师担任实验室的管理和指导工作，为开放性实验室建设工作提供了保障，实验室里能做的任何实验研究项目，只要经过批准和预约，实验室负责人都会精心安排好时间、地点、人员及仪器设施，保障实验的顺利实施.学生在开放实验室中自愿组成实验小组，从实验内容方案的制定，具体操作的分工与协作，预期问题的解决，所用知识的获取，一直到实验报告的完成等等，都体现了培养学生协作精神和创新意识等综合能力［2］.

例如，同学们在开放实验中利用PASCO物理实验系统，通过不同组件的搭配进行一些新的实验设计，并利用光电等传感器进行数据采集，同时进行过程程序控制和数据自动化处理等，这些实验内容很好地处理了大学物理实验和光电信息等其它工科专业实验的结合问题，既做到了因材施教，又培养了学生的“工程化”能力.

3 开展课外科技竞赛活动，提高创新意识

课外科技竞赛活动是高等学校在“工程化”背景下培养大学生创新精神，增强大学生综合素质的一条行之有效的途径，不仅是对基础教学体系的拓展，更是对“工程化”教育教学的进一步深化.蚌埠学院把开展课外科技竞赛活动纳入大学生创新实践平台的主体，建立了一整套的竞赛活动评价机制、激励机制和奖励机制.各系结合自己的专业特点定期举行各类学科竞赛活动，层层选拔优秀学生参加院级竞赛和省级竞赛，对于每个竞赛活动，学校相关部门都会根据实际需要给予专项支持，对获奖学生的指导教师给予适当的物质奖励，并在年终单位考核、个人考核和职称评审时给予加分，以此激励教师积极主动地利用课余时间有针对性地指导学生参加各项科技创新活动，并对学生进行系统的理论与技能培训，举办赛前集中辅导等等.在学校的大力支持和老师的精心指导下，同学们积极思考、刻苦钻研、互相帮助、集思广益，师生共同营造了一个有利于激发学生创新意识、培养学生创新能力的良好氛围.通过各项课外科技竞赛活动的开展，提高了大学生的综合实验能力、思维能力、应用能力和创新能力，并在各级各类竞赛中取得了优异的成绩.

如在历年的“高教社杯全国大学生数学建模竞赛”中获得过全国本科组一等奖、安徽赛区一等奖等多项奖项;在近两年举办的“安徽省大学生物理实验竞赛”中，学院选送的参赛同学全部获奖，这个成绩在全省同类高校中名列前茅，成绩的取得受益于蚌埠学院对“工程化”教育教学的高度重视.

4 鼓励学生参与教科研项目，培养创新精神

教师鼓励学生参与教科研项目，并把它结合到实验教学中，是培养学生的实践能力、工程意识和创新精神的重要途径之一.其中一些较简单的内容可以交给学生在实验室里独立地完成，一些复杂的综合性的内容可以在教师的指导下组成小组，利用实验室已有的仪器与设备，通过图书馆、网络等多种途径查阅相关的资料，独立设计实验方案，提高他们获取知识的能力，使学生从实验的设计方案、操作过程、数据处理到实验报告等各个环节得到一次全面的综合性的训练，并结合实验结果撰写论文［3］.

这样做不但有利于教师自身的专业研究和提高其教学质量与效果，而且有利于激发学生的学习兴趣，提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，提高学生的团队合作精神、交流和沟通能力、正确的文字表述能力、创新精神等等，为培养学生的“工程化”应用创新能力奠定了良好基础.

蚌埠学院数理系11级光信息科学与技术专业的学生尤祥、王金周和陈佳暐同学组成小组，参与了教师的蚌埠学院教研项目“‘工程化’教育背景下的大学物理实验教学改革与实践（Jylz1205）”，他们在教师的指导下，利用课余时间在开放实验室中潜心钻研，反复进行实验，进行不同直径的钢球在甘油中下落过程中运动规律的研究，同时，利用MATLAB软件对不同直径的钢球在液体中的运动速度、加速度、加速运动的距离等物理量进行了计算和拟合，并结合实验结果分析撰写了《基于MATLAB在小球在粘滞液体中下落运动的研究》的论文.此文将实验与MATLAB软件拟合相结合，比较系统地研究了实验室中小球在粘滞性的流体中的运动规律，结果表明:小球的直径很大程度上影响了粘滞系数公式的合理选择.该课题研究结果对“用落球法测液体粘滞系数”这一大学物理实验必修内容的教学有一定的启示作用.

5 加强大学物理实验教材建设，体现创新成果

教材是体现教学理念、教学内容和教学要求的知识载体，是进行教学的基本工具，也是深入教学改革、提高教学质量、体现教学内容的基本保证.自编教材作为教材的一个重要组成部分，则更能体现一个学校的办学活力与特色.因此，做好教材建设工作，尤其是自己编著高质量的教材，越来越受到高校领导的重视，许多高校都在实践中取得了较好的成绩.

蚌埠学院数理系在学校的大力支持下，充分利用已有的资源，在巩固和发展现有成果的基础上，对课程体系进行改革和探索，进一步加强教学与科研的结合，开辟大学物理实验教学的新模式，突出培养学生理论联系实际的综合应用能力.经过多年的课程建设、教学改革和实验室建设，数理系教师在2010年集体编写并由安徽大学出版了教材《大学物理实验教程》（第一版）.该教材是在自编试用多年的《大学物理实验讲义》基础上进行改编而成的.教材出版使用三年以来，在教育教学过程中取得较好的人才培养效益，为培养“应用型”人才打下了良好的基础，并在2012年获蚌埠学院教学成果奖.

为了进一步凝结和体现学科建设与课程建设成果，根据科学技术发展、学科发展和教学改革的需要，促进教学内容与课程体系改革，使教学内容更加符合蚌埠学院实验室建设和“工程化”教育教学需要，确保高质量教材进课堂，数理系教师结合新一轮人才培养方案，在总结教材使用、建设经验的基础上对《大学物理实验教程》（第一版）进行改编和修订，并编写了与该教材配套的多媒体课件，在2013年出版了《大学物理实验教程》（第二版）.该教材内容更加完善、丰富，突出重点、凸现特色，体现了“工程化”、“应用型”的教育教学理念，反映了人才培养模式和教学改革最新趋势，具有全、新、实的特点，启发性和应用性更强，增强了学生“工程化”思想和“工程化”能力的训练.同时，在教材的编写和使用过程中，数理系通过以老带新，在师资队伍建设、实验教学、实验室建设等方面都取得了一系列可喜的成绩，培养和锻炼了一支稳定的、高素质的实验工作队伍.

《大学物理实验教程》（第二版）在2013年被评为安徽省高等教育“十二五”省级规划教材，它是蚌埠学院数理系教师多年来课程建设和教学改革研究成果的体现，是集体智慧的结晶，是“工程化”教育教学改革的成果.

6 加强实验工作队伍建设，提高创新能力

实验工作队伍建设是决定能否培养出“工程化”应用型人才的重要原因之一.目前，高等学校专业教师队伍中大多数教师是博士、硕士毕业，学历较高，有较深的科研根基，但普遍缺乏工程实践经历.因此，要鼓励教师到企业去实践锻炼，每年安排部分教师到企业实习和参与企业实际工程项目或研发项目，以获得比较丰富的工程实践经历，加强“双师型”教师的培养，提高工程实践能力和指导创新性较强的实验项目的能力，研究和设计具有创新性的实验供学生选择.例如在实验中，怎样将光谱仪引入创新性设计实验教学之中，引导学生在了解光谱仪的原理，熟悉其操作，并能熟练使用光谱仪进行测试的基础上进行光谱分析等［4］.

由于创新性教育改革是各高校的共同要求，因此，加强校际之间的合作与交流是快捷获取先进教育理念的重要渠道，对于创新能力建设具有重要作用.这里不仅包括实验教师之间的交流，也包括实验室管理人员之间的交流，可以采取走出去和请进来的方式，通过访问学者、参加学术会议、合作研究、评估经验交流、开放课题等各种方式，建立紧密的协作关系，汲取创新性的教学理念.以实验室为“工程化”教学平台，以“面向工程、项目驱动、能力培养、全面发展”的教育理念，形成“教与学紧密结合、理论与实践紧密结合、学校与企业紧密结合，全面素质教育”的教育模式，充分利用产学研项目研究过程更贴近实际工程项目的特点，把以课堂传授知识为主的学校教育与直接获取实际经验、实践能力为主的生产、科研实践有机地结合起来，提升学生的动手能力与创新能力.建设一支具有丰富实践经验的教师队伍，推动“工程化”教育在实验教学中的深入开展.

在“工程化”教育理念下全面推进应用型、创新型教育改革，已成为理工科高等教育的主流.大学物理实验是实践性较强的课程，加强物理实验教学的创新性研究，对培养实践能力强、素质高的创新性、应用型人才具有十分重要的意义［5］.

［1］许永红，等.“工程化”教育背景下大学物理实验课程建设的思考［J］.赤峰学院学报（自然科学版），2012（12）:10 －11.

［2］许永红，等.开放性实验室建设中提升大学生综合素质的思考［J］.产业与科技论坛，2013（24）:203.

［3］邓小清，杨昌虎.创新人才培养模式下大学物理实验教学的改革实验［J］.实践教学，2013（19）:143－144.

［4］李素文，鞠曙光，岳明.深化大学物理实验中的创新教育［J］.大学物理实验，2013，26（2）:108 －109.

［5］张晓兰.CDIO理念下的大学物理实验与创新［J］.河南科技，2013（3）:205－206.

Innovative Research of University Physics Experiment Teaching under"Engineering"Educational Ideas

XU Yong －hong，CHENG Rong －long，LIU Xiao －wei，GE Li－ xin
（Department of Mathematics and Physics，Bengbu College，Bengbu，Anhui 233030，China）

In this paper，taking Bengbu College as an example，some practical experience of university physics experiment teaching were summarized，based on the"engineering"teaching ideas，several innovative measures on how to strengthen the university physics experiment teaching were discussed:Improving university physics experiment teaching method，cultivating innovative quality;Attaching importance to the open laboratory construction，providing innovative resources;Carrying out extracurricular science and technology competitions，training the innovative spirit;Encouraging the students to participate in teaching and scientific research projects，strengthening innovation consciousness;Strengthening the construction of teaching materials of university physics experiment，reflecting innovation results;Strengthening the construction of experimental work team，improving the innovation ability.

“engineering”education;university physics experiment;innovation

G420

A

1008－7974（2014）03－0059－04

2014－03－05

许永红（1961－），女，江苏兴化人，副教授.

安徽省教研项目“基于应用型人才培养的地方高校《大学物理》课程教学改革与评价研究”（项目编号2013jyxm246）;蚌埠学院教研项目“工程化”教育背景下的大学物理实验教学改革与实践（JYLZ1205）;大学物理实验教学质量标准研究（2013jyxm03）;大学物理课程教学质量评价标准的研究与探索（2013jyxm05）.

（责任编辑:王前）