国家级物理实验教学示范中心实践教学体系的创新探索与构建

袁吉仁， 方利广， 韩道福， 邓新华， 何喜玲

(1. 南昌大学 物理实验教学中心， 江西 南昌 330031；2. 江西南昌供电公司， 江西 南昌 330006)

国家级物理实验教学示范中心实践教学体系的创新探索与构建

袁吉仁1， 方利广1， 韩道福1， 邓新华1， 何喜玲2

(1. 南昌大学 物理实验教学中心， 江西 南昌 330031；2. 江西南昌供电公司， 江西 南昌 330006)

新时期形势下创新构建实践教学体系是切实提高本科教学质量的重要环节之一。南昌大学物理实验教学中心经过多年的创新探索和一系列的措施实施，构建了“一条主线、三个平台、五类教学、全面开放”的实践教学体系，建立了物理素养教育、拔尖人才培养和创新创业实践3大教学平台，期望为实践教学体系建设的研究提供借鉴和参考。

实验教学示范中心； 实践教学体系； 物理实验

实践教学体系是国家级实验教学示范中心建设的最重要内容之一[1]，对于学校实施素质教育、实现人才培养目标具有关键作用[2]。我校物理实验教学中心致力于实践教学体系的改革创新,探索出了“一条主线、三个平台、五类教学、全面开放”的实践教学体系，构建了物理素养教育、拔尖人才培养和创新创业实践3大教学平台，用信息化手段支撑实验开放、资源共享和教学全过程规范化管理，对专业领域的优秀学生因材施教，设置专门的课程体系重点培养，塑造拔尖创新人才，同时联合校内工程中心和校外相关行业企业协同育人，组织学生进行工程训练和社会实践，增强学生的社会责任感、激发创新精神，提高创新创业能力[3]。我校物理实验教学中心经过多年来一系列的措施实施和工作完善，于2015年被教育部批准为国家级物理实验教学示范中心。

1 实践教学体系整体改革创新思路

我校物理实验教学中心以实验中心5个基础实验室、9个专业实验室和多个科研实验室为依托，联合凤凰光学、联创光电、清华泰豪等多家校外相关企业，建立了“基本素质教育和创新能力培养、大众化教育和精英式培养、学校教育和社会实践相结合”的创新人才培养新模式。以基础能力训练、拔尖创新培养和创新创业实践多位一体的培养目标，构建了“一条主线、三个平台、五类教学、全面开放”的实践教学体系(见图1)，面向全校理、工、文、医多个学科及特色实验班开设实验课程，同时为全省中小学科普、实验培训、实验竞赛，及校外有关企事业单位提供技术咨询和技术服务。

1条主线即以大学生创新实践能力培养为主线；3个平台即物理素养教育、拔尖人才培养和创新创业实践3大平台；5类教学即物理通识教育、基础实验教学、专业实验教学、科研训练、创新创业实践；全面开放指的是依托实验教学过程化管理系统，实现实验教学开放、教学仪器资源共享、教学全过程规范化管理，提高教学质量。

2 物理素养教育平台的构建

物理素养教育平台主要服务于全校理、工、医各学科低年级学生的“大学物理实验”“普通物理实验”和“医学物理实验”等基础实验课程的教学及部分文科专业的物理通识教育，着重解决全校学科门类多、教学量大面广之下，学生的基本规范养成、基础能力训练和创新实践能力提高的问题，保障全校大范围学生物理基本素养和能力的培养。物理素养教育平台包括基础物理实验教学和物理通识教育2类教学。

2.1 基础物理实验教学的整合

基础物理实验教学是我校物理实验教学的主体，教学对象广、教学课时量大，面向全校理、工、医53个学科低年级本科生开设，每年接纳学生约5 000人，教学人时数30万左右，开设“大学物理实验I”“大学物理实验II”“普通物理实验1”“普通物理实验2”“普通物理实验3”“创新实验班普通物理实验”“医学物理实验”7门实验课程，可开出实验项目67个。

为了充分利用教学资源、实现仪器资源共享，达到基础实验人手一套仪器，提高教学效果和人才培养质量，实验教学中心以大课程实验教学概念，打破7门基础实验课程界限，整合7门课程所有实验项目，以能力培养为主线分成3个层次开设：基础训练实验，提高性实验，综合、设计性实验。通过开放选课，满足不同专业类别学生的实验需求。各层次实验项目满足不同层次能力的培养要求，学生根据自身能力达到的不同阶段，自主选择各层次实验项目，循序渐进地进行学习和训练，达到能力培养目标。

基础训练实验面向全校新生开设选修课，包括绪论和7个基础训练项目，主要培养学生掌握通用仪器、仪表的规范操作和使用，为后续课程积累经验。提高性实验包括20个实验项目，要求学生选其中的8个，培养学生对实验现象的观察分析、实验操作、数据处理和撰写实验报告的能力，提高实验技能和科学素养。提高性实验侧重不同专业的专业知识，强调物理知识在专业领域的应用[4-6]。综合、设计性实验包括39个实验项目，实验类型侧重于拓展物理学原理的应用，培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力[7]。综合、设计性实验项目数较多，为各专业学生提供了丰富的实验内容和自由选择余地，学生可根据自身专业特点、兴趣和学时要求选做。这一做法，改变了以往教学(7门基础实验课程各自独立教学，非大课程实验教学)实验项目固定、规定必须完成、学生没有选择的自由、处于“被实验”的状况。如今，各专业学生通过选课，自由选做实验项目、设计实验方案，激发了学习兴趣，学生在实验过程中，充分发挥潜能和智慧，激发了创新活力。

学生通过综合、设计性实验，掌握了物理学原理和实验的方法，从基础物理了解学科前沿，从经典实验掌握现代科技，从小实验学到了大应用。如：空气动力学实验，让学生掌握飞机浮升的动力学原理，了解到高速运行交通工具(如汽车、高铁列车)外形设计应考虑的空气动力学问题；由密立根油滴实验，想到了大气烟尘、工业废水、雾霾的危害，探索了电吸附治理的办法；由数码照相实验，探索红外夜视成像问题；由透镜焦距测量实验，研究眼睛的光学成像机理；从传感器实验到现代物联网等。

2.2 物理通识教育的拓展

以学科交叉、复合型人才培养为目标，开设物理通识教育课程，主要面向文科生以及对物理有浓厚兴趣的学生开设，包括二类通识课程及演示实验、虚拟仿真实验等3类课程，学生以选修课的形式参加实验，获得创新学分。每学期参与学习的人数近1 500人。

2006年，实验教学中心建立了300 m2面积的演示实验室，开设涵盖力、热、电、光、磁等5类基础性、趣味性、探索性的演示实验项目35个。演示实验面向全校学生及全省中、小学生以课外选修、参观学习、科普教育的形式开放服务。同时，实验教学中心充分发挥“虚拟实验”和“实体实验”的优势，虚实互补相得益彰，促进学生理论知识和实验知识的融合贯通，全面提升学生的实践能力、创新意识和综合素质。2012年，物理实验教学中心与中科大奥锐公司合作，利用多媒体和互联网技术建立虚拟仿真实验室，开发建设了基于组件的物理虚拟仿真实验项目30多个，涵盖力、热、电、光、近代物理等实验内容。此外，物理实验教学中心每年为江西省中学生物理知识竞赛、江西省中学生参加全国中学生物理奥林匹克竞赛提供培训和考试服务，支持江西基础教育，培养大批拔尖人才。

3 拔尖人才培养平台的创建

拔尖人才培养平台围绕拔尖创新人才培养目标，开展专业物理实验和科研训练，全面提高学生的综合知识、科研能力和创新实践能力。选拔专业领域优秀学生进入创新实验班，如本硕实验班、理工综合实验班，设置专门的课程体系，因材施教、精英化重点培养。

3.1 开拓专业物理实验

专业物理实验为不同专业方向的学生掌握专业知识和实践技能提供一系列综合实验训练，为他们高年级阶段参与相关领域的创新性科学研究奠定坚实基础。专业物理实验开设近代物理、应用电子和光电信息3大类实验，含“近代物理实验1”“近代物理实验2”“模拟电路实验”“数字电路实验”“微电子实验”“光电传感实验”“光电信息处理”“数字图像处理”等8门实验课程，每年参与实验人数约150人，采取分组教学。为保证教学效果，每组人数不超过3人，每个实验项目按6学时开设。

3.2 开创科研训练实验

中心教师十分注重学生科研能力和创新能力的培养，积极将科研项目转化为创新实验项目，让学生自主选择，进行实验研究；同时中心教师也积极指导学生自己找题、查阅文献、设计实验、完成研究实验，并进行论文答辩。如2014—2015学年的2学期，开设了薄膜技术物理实验课程，教师提炼了系列实验项目，针对物理、电子、光学工程、材料科学与工程、材料加工工程等专业的本科生进行科研训练，要求按照“文献阅读、设计实验、完成实验、处理数据、论文总结”科研过程进行训练。科研训练分2个层次让学生接触现代技术物理：

(1) 薄膜材料的制备实验。具体涵盖采用化学气相沉积以及物理气相沉积方法制备新型纳米结构薄膜、陶瓷薄膜、超硬金刚石薄膜。

(2) 薄膜的表征测试实验。包括薄膜结构的X射线衍射(XRD)表征、薄膜形貌的原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)表征。

通过科研训练，让学生能够掌握薄膜的制备、结构和形貌表征的相关基础知识，提高实践能力，培养科研素质，为参与相关领域的创新性科研奠定基础。

3.3 开办拔尖人才培养实验班

学校为了培养拔尖创新人才，2008年开设本一硕实验班，2014年开设理工综合实验班，针对专业领域优秀学生，按照专门设计的课程体系和培养方案，开展有针对性的指导训练，重点培养。学生在本科3年级开始进入导师的课题组参与课题研究，在教师指导下接受系统的科研训练。结合现代教育理念，注重学生探索能力、创新能力的培养，注重高层次人文素质和高水平科学研究能力的培养。紧跟学科发展前沿，结合科学技术现代化与社会对综合素质人才的需求，使学生在基础理论知识方面更加扎实，在知识结构方面有交叉学科的最新专业知识，培养出具有开拓创新精神和创造能力的优秀现代科技人才。

近年来拔尖创新人才培养了一大批复合创新型、研究型拔尖人才。本硕实验班毕业生96%进入研究生阶段学习，其中65%以上进入清华大学等国内“985工程”高校或美国宾夕法尼亚大学等国外名校深造。

4 创新创业实践平台的搭建

积极开展创新创业教育，以培养在校生的创新精神、创业意识和创新创业能力为目标，搭建创新创业平台，配备创业导师、实习实践指导教师，开展创新创业训练与实践活动，充分发挥学生的自主能动性和创新精神[8]。从4个方面开展大学生创新创业实践：大学生物理创新竞赛；开创南昌大学创客空间[9-10]，为江西省最早成立的大学生创客空间，促进大学生开发创造；依托国家硅基LED工程技术研究中心进行LED光电器件工程实训；联合校外企业，如凤凰光学、联创光电、清华泰豪等企业成立大学生实习实践基地，培养社会责任感和社会适应能力。学生通过创新竞赛、课外开发创作、工程实训和校外实习，创新创业能力得到很大提高。

4.1 开设大学生物理创新竞赛课程

物理实验教学中心每年开设大学生物理创新竞赛课程，培训本校学生参加江西省大学生物理创新竞赛，促进大学生物理知识应用和创新思维训练，我校学生连续多年参加江西省大学生物理创新竞赛，均取得了优异成绩。

4.2 建立大学生创客空间

为培养大学生创新创业能力，建立了江西省最早的大学生创客空间，以大学生创客实验为平台，引导支持学生开发创作，开设创客大赛，促成了许多创造性作品，如绿色小冰箱、预防近视眼镜、分光光度计等作品，参加了以鼓励创新和绿色环保为主题的中美“绿色电子”挑战赛，获得了多项奖励。大学生创客实验室开辟了大学生创新创业的平台，为大学生创新思维和创业能力提高起到了非常重要的作用。

4.3 开展LED光电器件工程实践

依托南昌大学国家级科研创新平台——国家硅基LED工程技术研究中心，围绕 LED光电器件生产制造，开展工程实践训练。实训以课外选修课的形式，在教师指导下，每年接纳200多名本科生和研究生参加实训学习。实训内容以工程中心领衔建设的多个半导体电子厂房(工程中心)的运行情况作为实际载体，将这些厂房内的价值10多亿的典型电子行业用的动力、工艺、测试设备作为观摩对象，通过跟班拜师学艺方式，强化所有学生活用物理等学科知识的能力，以及对仪器设备、日常生活的观察、欣赏乃至发展趋势预见力，在此基础上，培养学生自觉尊重前人的劳动成果、知耻而后勇的好习惯，做到谦虚工作、踏实积累、不骄不躁。然后从CAD设计着手，让所有学生掌握基本设计能力，绘出自己欣赏的某个重要部件，并以此部件为载体，调查、评估其技术改进、生产、销售、售后的全过程。对约20%的对实训找到感觉的学生，指导教师及师傅将进一步强化其动手能力，从简单实用的单片微机或PLC控制着手，参与到的设备维护、仪器开发中来。在这过程中，让学生发现自己“有用”“不可或缺”。对约5%之内的学生，指导教师根据对他们的观察，适时对他们进行创业辅导并积极跟踪，甚至参与到学生的创业中，从而让指导教师也有收获，能不断积累实训经验，实现多赢。我校LED工程实践正在找到一条适合中国学生的实训之路，为全民创新、万众创业探索一条发展之路。

4.4 开发校外企业实习实践

实验教学中心联合凤凰光学、联创光电、清华泰豪、南大平波、黄绿照明、晶能光电等10多家校外企业，成立校外实习(实践)基地，为学生参加创新创业实践提供平台。

学生通过单位参观、仪器操作及参加企业的报告或企业讲坛等，掌握生产实际相关知识，培养创新创业思维；通过在基地的调研和实践，从基地发展所面临的实际问题出发，为学生提供问题思考和问题研究，思考创新解决问题的办法；通过本科生在基地的实习，将课堂教学与课外实践教学有机结合，使学生深刻领悟实践的重要性，增强学以致用的能力；通过在实习单位亲身体会工作、学习、生活面临的困难、问题，获得解决问题的能力和社会适应能力。

5 结语

南昌大学物理实验教学中心实践教学体系的改革创新, 为培养大学生的动手能力、创新能力和协作精神, 为锻炼和提高大学生的实验素质和科学素养, 为大学生毕业后能更好地适应社会需要发挥了积极的作用。

References)

[1] 教育部．教育部关于开展高等学校实验教学中心建设和评审工作的通知:教高[2005] 8号[Z].2005．

[2] 范公广，刘永萍，谢军．国家级实验教学示范中心实验教学体系的探索与实践[J]．实验技术与管理，2012，29(1)：134-136.

[3] 张向明，刘新琼．构建创新创业大平台，培养学生创新创业能力[J]．实验科学与技术，2010，8(6)：130-132．

[4] 崔超英，况明星，赵志坚，等．胸部阻抗图中左右心循环作用的探讨[J]．第四军医大学学报，2007，28(23)：2188-2190．

[5] 胡爱荣，洪文钦，肖伟，等．重建心阻抗图测定正常人总外周阻力的探讨[J]．江西医学院学报，2009，49(4)：4-6．

[6] 钟双英，刘崧，戚小平，等．以临床应用为导向的医用物理设计性实验教学研究[J]．大学物理实验，2013，26(2)：113-114．

[7] 陈淑文，方利广，胡萍，等．物理实验课程的整体优化与实现[J]．实验技术与管理，2010，27(10)：153-155．

[8] 张臣，周合兵，罗一帆．大学生创新创业一体化实践平台的构建[J]．实验室研究与探索，2013，32(11)：262-265．

[9] 李丹妍．创客教育：创新人才培养的新路向[J]．教育研究与实验，2016(4)：30-34．

[10] 李蓓，刘红梅．高校创客空间建设的探索与实践[J]．实验室研究与探索，2016，35(9)：254-258．

Innovative exploration and construction of practical teaching system of national-level teaching demonstration center for physics experiments

Yuan Jiren, Fang Liguang, Han Daofu, Deng Xinhua, He Xiling

(1. Physics Experimental Teaching Center, Nanchang University, Nanchang 330031, China; 2. Nanchang Power Supply Company, State Grid Corporation, Nanchang 330006, China)

Under the new situation, the construction of practical teaching system is one of the important links to improve the quality of undergraduate teaching. After years of innovation and a series of measures, the physics experimental teaching center of Nanchang University explores the practical teaching system of “A main line-three platforms-five teaching-fully open,” and constructs three “Innovative and entrepreneurial practical teaching platforms of “Physical quality education, top-talent cultivation, and innovative and entrepreneurial practice.” It is beneficial for providing references for the construction of experimental teaching system.

experimental teaching demonstration center; practical teaching system; physics experiment

10.16791/j.cnki.sjg.2017.06.050

2016-12-05

国家级实验教学示范中心建设项目(2015)；江西省学位与研究生教育教学改革研究项目(JXYJG-2016-020)；南昌大学教学改革研究重点(招标)项目“基于虚拟仿真技术平台的创新型人才培养模式研究”

袁吉仁(1974—)，男，江西分宜，博士后，副教授，主要从事物理实验和半导体物理方面的教学及相关科研工作

E-mail：yuanjiren@ncu.edu.cn

韩道福(1974—)，男，江西兴国，博士，教授，南昌大学物理实验教学中心副主任，主要从事物理实验中心建设及光纤传感方面的研究工作.

E-mail：dfhan@ncu.edu.cn

G642.0

A

1002-4956(2017)06-0201-04

实验教学示范中心建设