以物理实验教学提高本科生科学与创新实践能力

王丹+林晓珑+张凤琴

[摘 要] 为培养本科生创新实践能力，吉林大学物理中心在大学物理实验教学方面进行了尝试与探索，优化了实验指导教师队伍，建立了大学物理实验层次化的教学新体系，实现教学环境的创新化，为学生的培养搭建了优质的网络平台。

[关键词] 大学物理实验；创新实践能力；教学

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 17. 104

[中图分类号] G420 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2017）17- 0217- 02

0 引 言

21世纪初，我国提出了建设创新型国家的战略目标，其目标是使科技发展成为经济社会发展的有力支撑。创新型国家需要创新型的人才，在大学课程教学中，实验教学是培养学生创新精神和工程实践能力、团队合作精神的重要环节。吉林大学根据国家培养创新型人才战略要求，以及教育部高等学校物理学和天文学教学指导委员会物理基础课程教学指导分委会制定的《理工科类大学物理实验课程教学基本要求》和《吉林大学本科生培养方案》，公共物理教学与研究中心不断更新教学理念，树立了“以学生为根本，知识、能力、素質教育协调发展”的教学目标和以“能力培养为核心”的实验教学体系。从物理实验教学大纲的制定、实验项目的设置、教学方法的改进，到实验教材的编写，以及教学模式的运行都是以提高学生的科学素质和创新能力为核心而实施的，从而搭建了全面开放的实验教学平台。经过多年的实践，已经形成了自己的特色。

1 建立大学物理实验层次化教学新体系

吉林大学公共物理教学与研究中心每年承担着全校80多个专业，6 000余名本科生的大学物理实验教学任务。针对专业多、学生多、学生水平参差不齐等现实，物理中心以形式多样、多层次、模块化物理实验教学为基础，以培养学生科学素养、创新精神和工程实践能力为核心，以“预科实验、基础性实验、综合性实验、设计性实验、创新性实验”五级层次为整体构架，按照循序渐进的认知规律，建立了适应多学科人才培养目标的物理实验教学新体系。

1.1 预科实验

将“力学基本仪器与训练”“电学基本仪器与训练”两个实验项目分配到预习实验室，由学生自学完成。在预习实验室中配备了电脑，安装了实验管理系统，并在系统中设置了：实验项目的预习指南、实验目的、实验仪器、实验原理、实验操作、数据处理、注意事项、思考与讨论等栏目，实验操作一栏中还有视频演示等相关内容。学生在实验中遇到问题时，可以通过音频、视频的方式与教师实时进行答疑和互动，或者与其他学生在群里讨论。预习实验完成后，学生需要在网上提交实验报告。预习实验提高了学生的积极性，培养了学生的自主学习意识和自学能力。

1.2 基础性实验

基础性实验重在对物理实验设计思想、基本实验方法、基本操作技能的训练。该系列实验是面向刚接触实验课程的二年级本科生而开设的，包括必修实验和基础性选做实验。基础性必修实验项目涉及了力、电、光、电子等方面基本仪器的使用、基本方法的训练。学生通过这四个必修实验项目训练，为进入选修实验项目的学习打下基础。在基础性选修实验模块中有十几个题目，在网上以开放模式供选择，学生可根据个人专业和兴趣来选定实验题目和时间。

1.3 综合性实验

该系列实验引导学生对知识、技术和基本实验方法进行综合。实验设置十几个题目，其内容涉及多个领域综合知识或多种实验方法和手段的综合运用。通过完成综合性实验，培养了学生运用基本实验技能和方法解决复杂的物理测量问题的能力；使学生系统掌握物理实验的设计思想、实验方法和技巧，加深了学生对相关物理理论的理解，加快了学生对现代物理技术的掌握，巩固了学生对实验数据的分析和处理的能力。

1.4 设计性实验

该系列实验由学生根据实验项目的教学要求，独自查阅资料并设计实验方案，由教师审阅并对可行性把关。如果设计方案合理，学生则可以根据实验需求选择仪器并独自完成实验，最后提交实验总结或研究报告。设计性实验开发了学生的学习潜能，提高了学生独立应用知识分析问题和解决问题的能力。

1.5 创新性实验

该系列实验主要面向完成了预科、基础、综合、设计性实验，并在实验中凸显出优势的学生。以实验室为依托，以教师承担的科研项目为基础，由教师指定题目，内容主要涉及科研工程中的物理学问题，充分体现了我校的学科特色，深化了物理知识的工程应用。通过学校的创新实践平台发布项目指南面向本科生开放，实现教师、学生双向选择，并鼓励多人合作、共同完成实验工作。为了保证实验的顺利进行，学校经过筛选，对批准立项的实验给予一定的资金支持，由实验室提供创新活动基地并向学生开放设备资源，提供实验设备和实验耗材帮助。完成创新实验后，学生需要提交论文或实物作品。通过创新实验，学生较早地接触到科研项目，学会了自己查阅论文，初步掌握科学研究的基本方法和过程，完成了科学研究的基础训练过程。也为本科生攻读研究生或从事研究工作起到铺垫的作用。

2 配备创新型的实验指导队伍

物理中心组建了具有丰富科研经验的的教学团队。纵向上，按照研究方向将教学团队划分为若干指导教师组，每组指定一名教授作为项目带头人，组员由副教授、青年骨干教师构成，形成阶梯化的、可持续发展的学科指导体系。横向上，建立定期交流机制，组与组之间相互交流经验，集思广益，拓展思维，不断充实完善指导方法，最大限度地发挥指导帮带效能，逐步构建纵向到底、横向到边的人才培养体系。

3 构建创新型的实践教学环境

配备适合五级层次培养模式的教学实验仪器和设备。利用教育部改善基础办学条件专项资金和吉林大学实验室设备类建设计划项目资金，完善基础性实验、综合性实验、设计性实验、创新性实验仪器的配套工作，从硬件方面为创新研究型教学环境提供保障。endprint

实施多样化课堂教学形式，营造研究性教学氛围。将启发式、提问式、讨论式、研究式等多种教学形式运用于物理实验课堂教学中。启发学生去思考实验，从实验思想、实验方法、操作技术等方面找出与工程实际的结合点；以问题带动学生的发散性思维，促使学生主动思考并提出问题，激发学生学习热情；因材施教，发掘学生创造潜质。通过师生之间、学生之间相互提问和共同讨论的方式，使学生从知识的被动接受者转变为知识的主动探索者，培养学生的创新意识和探索精神。

4 建设学生科学素养及创新实践能力培养的网络支撑平台

物理中心除建立了本科生网上实验管理系统外，还搭建了提供辅助教学和管理的网络支撑平台，及时向学生和教师发布课程通知，公布实验室的动态新闻。学生可以在网上选课，了解实验介绍、实验要求和教学信息。学生在实验网上自选实验项目和实验时间，除必修实验外，学生可依据专业和兴趣自由选择实验题目。并可利用实验网络课程进行实验预习、上传实验方案与作品，查询作业成绩。教师可以在网上查询实验课表和学生名单，了解实验课程的安排，录入学生的实验成绩。

网络平台的建立，为教学提供了更加广阔、灵活的空间，给学生提供了资源量大、覆盖面广的课程资源库，使实验教学内容得到时间和空间的延伸。2008年，“吉林大学物理演示实验管理及大学生物理创新素质培养的网络支撑平台” 获得吉林省高等学校教育技术成果三等奖；“大学物理实验教学与管理平台”获吉林大学教学成果一等奖。

5 结 语

大学物理实验本科生创新实践能力培育平台的建立及作用，激发了本科生学习的主动意识与创新精神，丰富了本科生的思维层次与知识结构，促进了本科生的全面发展与个性培育，有效提高了本科生的科学素养和创新能力，受到了绝大多数学生的充分肯定和高度赞扬。目前已有多名本科生通过参加创新实践，获得了国家级大学生创新实验课题，并有多篇以创新项目为内容的论文公开发表。此外，依托该平台确立的“工程物理实验教学体系的改革”省重点教改课题，已通过了吉林省教育厅鉴定。

主要参考文献

[1]肖立娟.大学物理实验教学的现状与教学改革的探究[J].大学物理实验，2015，28（6）：114-116.

[2]劳媚媚，徐軍，陈如麒.开放实验室条件下的大学物理实验教学改革新探[J].实验室研究与探索，2010，29（8）：247-249.

[3]张凤琴.大学物理实验[M].北京：高等教育出版社，2015.

[4]曹显莹，曲阳.基于慕课模式的大学物理实验教学改革与创新[J].物理实验，2016，36（5）：25-28.endprint