物理实验创新实践团队训练的实践与探索

陈美霞 李建设 张 霆 刘成岳 梅忠义

（合肥工业大学电子科学与应用物理学院，安徽 合肥 230009）

为全面落实教育部《关于全面提高高等教育质量的若干意见》（教高[2012]4号文件），深化教育教学综合改革，切实提高人才培养质量.我校从2011学年起开始实施“三学期制”，全年分为3个学期，时间长度分别为18周、18周和4周.两个长学期主要安排理论和实验课教学，短学期主要安排实践教学环节、创新教育和学术前沿教育.学校的创新实践活动主要是为了培养具有创新精神和实践能力的应用型、创新型的高素质专门人才[1-5]，坚持社会主义人文精神和科学创新精神的培养，进一步推进大学生科技创新、学科竞赛、文学艺术创作及各类社会创新实践等活动，不断提高大学生的学习能力、科技创新能力、实践能力和学术水平，培养团队协作精神[6，7].学校的团队训练项目是指除现有的学科竞赛、大学生创新创业训练计划项目外，适合在小学期开展的能够训练学生创新思维和动手能力的项目，鼓励学生以团队合作开展构思、设计和制作活动，最后通过答辩和现场演示等方式进行评审并取得创新学分.目的是为了培养未来工程师需具备的团队精神、创新思维和动手能力，并在团队合作中培养沟通协调能力.

为顺应学校第三学期的开展，物理实验中心对物理实验课程体系进行变革，在原有大学物理实验课程的基础上，构建出创新实践团队训练内容体系，该教学内容体系由多个创新创业训练项目组成，开设对象是面向以电子科学、微电子学、应用物理学和集成电路设计等4个专业的学生.经过4年的实践与探索，创新实践团队训练内容体系在课题选题、学生的组织安排、实施过程、考核方式等方面已经积累了一定的经验，该内容体系的实施效果受到学生的广泛好评.下面笔者具体介绍我校第三学期创新实践团队训练的实施过程.

1 物理实验创新实践团队训练的实施方法

传统的实验课教学模式以教师讲解理论及实验操作方法，学生按照教师讲解的操作步骤一步一步地操作、记录实验数据，实验课结束；课后学生抄写书上的实验原理，简单的处理实验数据，上交实验报告，整个实验结束[8].在整个过程中学生多是按照教师的要求进行实验，很少有自己的思想，所以学生实验课上积极性不高，为了完成实验而去做实验，做完实验有些学生都不知道为什么要测这些数据，所以实验课效果不理想.而物理实验创新团队训练以学生团队为主体、大学物理实验为基础，学生自己查阅文献、资料，针对教师提出的启发式实验课题，学生以团队为单位自己设计实验方案，继而研究实践并综合分析，最后完成实验并撰写研究论文，论文交流并答辩.这种教学模式是以学生团队独立研究为主体，教师启发为主导的交互式教学体系.物理实验创新团队训练可以分为3个阶段：课题研究选题阶段，学生的探索设计过程，课题结题和考核阶段.

1.1 课题研究选题阶段

首先，学生团队根据个人兴趣或特长，以物理实验为基础，在查阅文献和资料的基础上，团队向实验室提出实验研究课题.实验教师根据实验室条件，在针对学生申报实验课题调研的基础上，指导学生进行课题立项.我校物理实验教学示范中心有大学物理实验、专业物理实验、近代物理实验共计60余个实验项目，能够在力、热、声、光、电和近代物理等多方面开展实验研究.以创新学期为依托，在综合考虑实验中心资源配置的基础上给大学一二年级的学生团队开设了“多功能电表改装设计制作与应用”“光的色散率测量方法探究”“气垫导轨的实验设计研究”“微小形变测量方案的设计及研究”“多区域温度敏感实时监控系统”“直流稳压电源的设计与实验研究”“数字万用电表的组装、校正及应用研究”等系列用于创新团队训练的研究设计性实验项目[9]，这些创新团队训练项目极大地提高了学生参与创新、参与项目研究设计、自主学习的积极性，提高了学生的知识应用能力、实践研究能力和科技创新能力，有利于培养学生的科学研究素质[10-12]，为学生参加科技发明制作、数学建模等科学研究实践奠定了坚实的基础.

1.2 学生的探索设计过程

物理实验创新团队训练的研究课题立项后，如何实现课题的深入研究，确保学生团队在实验中能够得到有效的培养，指导教师的作用至关重要.指导教师除了能够引导学生开展实验外，还必须有相当的科研背景，熟悉科学研究方法.我校物理实验中心有一支由教授、副教授及其带领的多位博士和硕士组成的实验指导教师，除专职的7名实验技术人员外还有10名实验助理，这些实验助理由本院相关专业在读硕士生组成，经学校勤工助学中心聘任.实验助理经过实验中心岗前培训，协助主讲教师负责大学物理实验创新团队训练的实验辅导，由于他们来自科研工作的第一线，研究课题各不相同，为丰富和改革教学实验内容提供了很好的条件，可以开阔设计教学实验的思路，并容易与学生交流反馈，发挥桥梁纽带的作用.总之，整个实验中心的师资队伍能够为大学物理实验创新团队训练项目的顺利开展提供有力指导及仪器设备准备工作.学生团队可以充分利用实验室条件，在富有教学和科研经验的教师指导下，团队分工合作合理设计实验方案，开展实验研究，经过反复的测试实验，直至得到较为满意的研究结果，最后要求团队针对研究成果撰写科技小论文.

1.3 课题结题和考核

物理实验创新团队训练的结题需提交电子元件作品或结题论文，通过电子元件作品性能测试或论文答辩形式对学生团队进行考核.要求每个团队制作一个电子讲稿，每个团队推荐1到3人进行课题研究成果汇报，这很好地锻炼了学生的表达能力和科研交流能力.由多名实验教师组成答辩委员会，对学生团队进行综合评分.提倡学生团队将所做的实验当作一项科研活动用科学实验的观点经过团队的大量调研和实验按照科技小论文的写作格式和写作方法来完成对实验报告的书写，这种方式可以改变千篇一律的实验报告模式使其更具个性和特色[13].要想把科技论文写好就需要学生团队借助网络或者图书馆等途径大量查阅相关实验的科技文献和学术刊物，而不再仅仅依赖实验教材上的实验原理，这既锻炼了学生查阅文献获取有用信息的能力，拓宽了知识面，又培养了他们撰写科技小论文的能力，有利于增加学生对物理实验的兴趣、积极性和创造性.由于这种形式的科技论文没有固定的格式或模式，形式多种多样，不容易抄袭，不仅限制了学生照抄教材，而且如果团队之间互相抄袭很容易被教师发现，迫使每个团队都必须认真地去写，因此锻炼和提高了学生独立思考、独立写作的能力.

2 一个创新实践团队训练项目的具体安排

下面就“多功能电表的设计制作与应用研究”这个电学设计类实验项目来谈一谈如何开展创新实践团队训练的，该实验项目要求学生团队根据实验要求，查阅资料，认真思考，共同分析和解决问题.通过该创新团队训练项目，使得学生团队在获得相关知识的同时，锻炼其解决实际问题的技能，提高学生的创新能力；并且该项目要求学生自己动手进行焊接等操作，进一步锻炼了学生的动手能力.

该团队训练项目包含查阅资料、设计电路、选择元件（开出领料单、领取元件）、布线焊接、调试电路、检测结果、误差分析等过程都是在教师的指导下由学生团队独立完成的，每个教学班分成5～8个团队，每个团队（5～7人）推荐一名队长，队长负责全队的工作安排.开始大家一起查阅资料，接着队长开始安排工作，有人负责电路设计，有人负责计算各个量程中要用到的元件参数，有人负责设计电子元件如何布置并焊接，这既要考虑到美观又要焊点整齐，也就是既有艺术性又比较实用，有人负责校正校准并分析误差原因，最后队长会对自己队的作品进行成果展示并汇报自己队在实验的整个过程中遇到的问题及实际解决的方法，整个过程大家都非常积极，课堂气氛非常好.该团队训练过程如图1所示.

图1 “多功能电表的设计制作与应用研究”实施流程图

总结“多功能电表的设计制作与应用研究”团队训练项目的过程，我们看到，这项活动的开展不仅培养了学生团队精神、创新思维和动手能力，并在团队合作中培养了沟通协调能力.对于学生来说，不管他们将来从事何种职业，他们在团队训练过程中由于处于完全主动的地位，自己设计制作，具有极大的积极性，因此吸取了实验研究中层次最高、最具迁移价值的那一部分财富，将会长久地影响着学生未来的事业和生活[12].正如应用物理13-1班曾强同学在总结中所说的“本来一看到这个团队训练题目时我们感觉是高中的知识，很简单，应该很快就能做好，但实际做的时候却遇到很多问题，后来通过团队成员的共同努力，顺利完成了实验，通过这次实验，我们知道了多用电表的设计原理，并亲自动手合作完成了多用电表的焊接组装，体验到了动手的乐趣，在实验中增加了自己的动手能力并获得了成就感.最重要的是通过这次试验，体会到了合作的重要性，这也是我们团队能快速完美地完成这次实验最重要的原因.当然在设计制作的过程中我们团队也有争执，但我们能理性地交流，并在咨询老师的建议后统一意见”.陈厚春同学在总结中也认为：“在实验中，团队的每个人都参与其中，每个人的动手实践能力都得到有效的锻炼.实验过程中出现的诸多问题，都由团队共同查阅资料与讨论解决，增强了团队成员的团结协作能力”.

3 结语

依托大学物理实验课程的物理创新实践团队训练以优化教学内容、教学方法和教学手段为核心，以整合科学研究、课题研究与大学物理实验课程为导向，以搭建大学物理研究型实验为平台，以降低学生学习大学物理难度为突破口，激发大学生学好大学物理的兴趣，着力培养学生团队发现问题、思考问题、分析问题和团结合作共同解决问题的能力，让学生活用知识，掌握初步简单科研的思想，以培养学生的研究性学习为目的.该创新团队训练的研究设计性实验，极大地提高了学生参与创新、参与项目研究设计、自主学习的积极性，提高了学生的知识应用能力、实践研究能力、团队协作精神及科技创新能力，有利于培养学生的科学研究素质，为学生参加科技发明制作、数学建模等科学研究实践奠定了坚实的基础.

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