“一带一路”视野下以创新能力培养为导向的留学生物理实验课程设计与实践

凌翠翠, 郭天超, 祝 磊, 魏云昕

(1. 中国石油大学(华东) 材料科学与工程学院, 山东 青岛 266580;2. 中国石油大学(华东) 理学院, 山东 青岛 266580)

来华留学生教育是共建“一带一路”教育行动的重要内容,加强与“一带一路”沿线国家的教育交流与合作,不仅是为对方国家培养复合型创新专业人才,而且能促进与这些国家的相互交流、相互合作、相互信任,促进民间外交发展[1-2]。

在“一带一路”教育行动背景下,我国高等教育既面临机遇又面临挑战[3]。目前高校留学生培养的核心任务是,培养熟悉国际准则、具备参与国际事务能力、能够适应国际竞争、全面发展的创新型专业人才,这对于加强高校的国际化建设并扩大自身影响力也具有重要意义。

大学物理实验是理工科院校各专业必修的、独立设置的基础实验课程，目的是使学生系统地掌握基本的物理实验方法和实验技能。我校物理实验中心长期以来把教学研究和教学改革作为中心任务,在培养大学生创新能力方面取得了一系列成果[4-10]。指导学生多次参加山东省及全国物理实验创新大赛,并获特等奖、一等奖、二等奖等30余个奖项。

本文结合我校大学物理实验课程建设实践,对留学生物理实验教学建立三阶段、五模块培养体系,以创新能力培养为导向,对“大学物理实验—英文”的教学内容、教学方法、教学评价等进行了一系列改革。

1 教学特色和创新

1.1 三阶段、五模块

根据留学生参差不齐的学习基础和能力建立三阶段、五模块教学模式,如图1所示。

图1 三阶段、五模块的留学生物理实验教学模式

以科研基础培养为目的的多样性、基础性实验：为不同文化背景的留学生设立内容丰富、文理交融的跨学科、跨专业的基础性实验内容,学生可根据自己的兴趣选择学习。此类实验注重实验的启发性,强调理论知识与实验内容的有机联系。

以科研技能训练为目的的设计、综合性实验：在基础性实验的基础上,考虑个性和差异性,给学生自由发挥的空间。以探究活动为主线,指导学生自主设计和管理实验。通过师生互动和生生互学及实施创新性的教与学来激发学生的独立创新意识和参与实践的主动性。

基于科研课题研究的创新性研究实验：引导留学生参与教师的科研活动,采用科研课题的形式,培养学生的独立思考能力、分析能力、批评能力和解决问题能力,以及科研素养和创新实践能力[11]。

1.2 采用差异性的教学模式[12]

见图1,在第一阶段基础性实验中,采用讲解、演示等教学方法,设置验证性实验(模块1)和定量测量实验(模块2);在第二阶段设计、综合性实验中,采取讨论式、启发式教学方法激发学生的学习兴趣,设置单一内容的设计性实验(模块3)和多内容的设计性、综合性实验(模块4)。根据基础的强弱程度,学生可选择第一阶段的模块1和第二阶段模块3,也可从第一阶段模块1、模块2循序渐进过渡到第二阶段模块3、模块4。

在第3阶段创新性研究实验中,教师结合科研项目和成果给出小课题,构建教学和科研相融合的教学模式,让学生自行做实验,完成课题研究。

1.3 教学评价考核模式

在三阶段、五个模块基础上,视留学生的不同情况采用多样化、创新化的教学评价考核模式。第一阶段基础性实验模块1和模块2中,采用与本土学生相近的“过程考评+期末考评”方式,并以过程考评为主。第二阶段设计、综合性实验模块3和模块4中,采用方案设计、实验过程和课程论文考核为主的综合考核模式,培养留学生的思维能力和实践应用能力。同时还根据学生的不同程度实行分类考核。例如,将参与模块1、2、3、4学习的学生归为A类,将参与模块1和模块3学习的学生归为B类,对A类和B类学生分别进行考核。

第三阶段创新研究性实验中分5个环节进行考核,分别是文献阅读与总结、开题报告撰写与答辩、实验方案设计与实施、 结果分析与讨论、论文撰写与答辩。同样按A类和B类分别考核。

1.4 开放实验教学平台

在实验教学机会和平台方面,将留学生与中国学生同等对待。留学生在遵守实验管理制度和仪器安全操作守则基础上,可充分利用学校开放的物理实验教学平台并开展创新活动,进行多样化的设备操作训练,并且可根据活动的创新性获得一定的资助经费,支持他们参加“大学生创新、创意及创业挑战赛”“大学生电子设计竞赛”等。此外,还鼓励留学生接触教师的科研实验室平台,掌握基于现代科技成果的实验技术和方法。

2 教学实施

首先以电学元件伏安特性测量和半导体PN结的物理特性为基础性实验，在此基础上再引导留学生学习设计、综合性实验。然后再提出“光学设计实验”和“光学传感器应用与设计”等研究性小课题,让学生充分调研异质结光响应特性的前沿发展及研究动态,进行文献阅读与总结、开题报告撰写与答辩、实验方案设计与实施、 结果分析与讨论、论文撰写与答辩。最后根据教学的不同阶段,针对留学生的不同情况进行分类考核。

(1) 基础性实验。以电学元件的伏安特性研究(验证性实验)和半导体PN结的物理特性(定量测量实验)为内容。在留学生进行模块1和模块2学习过程中,指导教师采用常规的教学模式——讲授和演示。

(2) 设计、综合性实验。以学生为主体,以教师为主导。指导教师提出问题,启发学生设计综合性实验。例如,针对电学元件的伏安特性设计不同材料二极管的伏安特性曲线测量实验,完成设计、综合性实验中的模块3;针对半导体PN结的物理特性设计不同P型半导体和N型半导体构成的PN和NN结的禁带宽度、费米能级之间势垒高度及温度对抬头电压的影响规律等的测量,掌握其影响机制,完成设计、综合性实验的模块4。教师在此阶段加强对学科前沿知识的介绍,扩展学生对基于现代科技成果的实验技术和方法的认知,由浅入深地提出问题,调动和激发学生探索知识的积极性和兴趣。

(3) 创新性研究实验：指导教师提出“光学传感器应用与设计”等研究性小课题后,要求学生充分调研异质结光响应特性的前沿发展及研究动态,进行文献阅读与总结、开题报告撰写与答辩、实验方案设计与实施、 结果分析与讨论、论文撰写与答辩,完成创新研究性实验模块5。该阶段重在培养学生的科研素养和创新实践能力。

(4) 整理总结+考核：对于A类学生,模块1和模块2的实验学习采用常规考核模式。其中实验预习成绩占20%,实验操作成绩占40%,实验报告成绩占40%。实验预习和操作成绩由指导教师在课堂教学过程中直接给出,实验报告成绩根据学生对实验数据的整理和处理、对实验结果的分析及对思考题的回答情况进行评定。模块3和模块4的学习则依据方案设计、实验过程和课程论文3方面进行综合考核。对于B类学生,仅对模块1和模块3阶段的学习进行考核,考核方式与A类学生相同。

对学生第三阶段学习的考核内容包括：文献阅读与总结、开题报告撰写与答辩、实验方案设计与实施、 结果分析与讨论、论文撰写与答辩。鼓励学生参加大学生创新、创意及创业挑战赛等科技创新活动。

3 结语

在共建“一带一路”教育行动背景下,培养熟悉国际准则、具备参与国际事务能力,且能够适应国际竞争、全面发展的创新专业人才是新时期高校留学生培养的核心任务。本文结合我校大学物理实验课程建设实践,对留学生教育设立了三阶段、五模块培养体系,对“大学物理实验(英文)”的教学内容、教学模式、考核模式及教学平台等进行了一系列改革,旨在强化留学生科研素养与创新实践能力。