基于大学生创新能力培养的物理教育教学体系构建与实施

汪静?胡玉才?迟建卫

摘 要：培养大学生创新能力是提高高等教育质量的核心问题。大连海洋大学物理教学团队将创新能力培养作为系统工程，对创新能力培养各要素之间的关系进行研究，构建了通专融合、专创融合的分层次、模块化物理教育教学体系，实现了理论与实践、必修与选修、课内与课外、专业与素养全方位协同育人。

关键词：创新能力培养;通专融合;专创融合;物理教育教学体系

对于一个国家来说，创新能力是研发原创性和核心知识产权的科技能力，是社会进步、民族发展所赖以不断开拓进取的民族精神力量。高等学校肩负着培养国家未来建设者和接班人的重要使命，如何有效地提升大学生的创新能力，已成为高等学校极为关注的焦点之一。

一、大学生创新能力的内涵与培养途径

创新能力由创新意识、创新思维、创新技能构成[1]。大学生创新能力包括发现问题的能力、分析问题的能力、解决问题的能力，在解决问题过程中不断发现新问题、实现新探索的能力，进而能不断地推动事物的发展和社会的进步。创新能力主要是教育培养和社会实践的结果。

近年来，各类高校结合本校的学科专业特色探索创新教育的有效途径，既有一定成效，又存在不少问题。有的高校开设了诸多创新课程，学分构成中也专门划分了创新学分，专门成立了创新创业学院，但在实际运行过程中形成了用硬性指标去概念化创新能力培养，忽略了创新能力是学生个体由内而外自发的主动思考和产生创意的过程[2]。有些高校从课堂教学与实践教学、课程体系与教育体系三个层面入手，开展提升大学生创新能力培养的研究与实践。例如，李俊卿提出提高课堂教学质量是培养大学生创新能力的关键，并从科学安排课堂教学内容、提高教师的教学科研水平、科学运用教学方法和教学手段等方面探讨了提高课堂教学质量，培养大学生创新能力的途径[3]。

李杨帆等提出将科研训练融入课程教学过程，做到寓教于创新，将教师的科研工作与教学工作充分融合，使大学生在课堂和课程学习过程中得到科研创新能力的训练[4]。于化东等强调实践教学对培养学生的实践能力、创新精神和创新能力有着理论教学不可替代的特殊作用，是培养大学生创新实践能力的主要途径。借助校内外创新实践平台，实现教学与科研、工程实践、社会应用实践，以及与国内外科技发展动态的结合，提升大学生解决实际问题的能力和实践创新能力[5-7]。根据专业培养目标设置的课程之间存在连续性、延展性、关联性等内在联系，曾筱提出建立既要遵循学生的认知规律又要具有科学性和创新性的课程体系是创新能力培养的核心内容[2]。为了实现对大学生创新能力系统持续的培养，严薇等构建了由基本培养体系（包括实验、实习、课程设计、毕业设计的）和个性化培养体系（包括科研训练计划、学科与创新竞赛等）两部分构成的大学生实践创新能力培养体系[8]。

综合上述，大学生创新能力培养涉及课程体系、学生个体、教学内容、教学方法与手段、教学模式、教师队伍、教材建设、实验条件与实践平台建设及其管理机制、科研、学术氛围、课外活动等要素，它们在大学生创新能力培养过程中分别承担着不同的角色与职能，相互作用、联系紧密[9]。如何使这些要素多元协同培养大学生创新能力的研究尚未见报道。

二、构建分层次、模块化的物理专业教育教学体系

物理学是理论与实验融合一体的科学，经历了跌宕起伏的创新发展过程，蕴涵了丰富的创新成果，在培养学生创新能力方面具有得天独厚的优势。我校物理教学团队将创新能力培养作为系统工程，从创新能力培养诸多要素之间的多元协同视角，构建了通专融合、专创融合的分层次、模块化的物理专业教育教学体系。实践结果表明，通过理论与实践、必修与选修、课内与课外、专业与素养等多元协同，使大学生创新能力培养绩效显著提高。

1.通专融合：提高大学生创新能力培养的成效

通专融合中的“通”是指通识类课程，包括面向全校理（不含应用物理学专业）、工、农类专业学生开设的大学物理和大学物理实验公共类学科基础课、自然科学与文化素养类选修课等。“专”是指面向应用物理专业学生开设的学科基础与专业核心课。二者同属物理学科，不仅存在共同的学科性质和重叠的力学、热学、光学、电磁学、原子物理学等知识体系，而且存在共同的创新型人才培养目标，实施通专一体化课程建设，共同实施内容与资源、方法与手段、理论与实验等多方面的教学研究与改革，可以提高课程群建设的成效。

教师队伍是提高基础课程群建设成效的决定性要素之一。实施通专一体化课程建设，首先需建设通专融合的教学团队。我们将基础物理教研室、应用物理学专业教研室、物理实验教学中心等三个教学基层组织的教师整合起来，形成了一个“大团队小课组”形式的通专融合教学团队（见图1）。将课程性质、内容相关性较强的课程组构成小课组，分别成立了力学与理论力学课组、热学与热力学统计课组、光学与光电子课组、电磁学与电动力学课组、原子物理与量子力学课组、物理实验与技术课组等六个小课组。除物理实验与技术课组外，课组一般由3～5位教师组成，每个小课组由教授或副教授领衔进行联合课程建设。为了强化创新能力培养，每位教师均参加物理实验与技术课组的课程教学与建设工作外，还承担自然科学素养与创新创业选修课教学、创新实践课外科技活动的指导工作。团队教师既有专业课教学，又有通识课教学;既有理论课，又有实验课;在承担课程教学同时，指导学生课外科技创新实践活动。在通专融合基础上，实现了理论与实验、第一课堂与第二课堂间的有机衔接，有效集约了教学资源，提高了大学生创新能力培养的绩效。

2.专创融合：构建分层次、模块化的物理教育教学体系

专创融合中的“专”是指以学生自行解决专业问题的物理专业知识和技能为教学的基础，引领专业知识和基本价值观融合，培育学生的世界观、价值观、专业责任感和批判精神等。“创”是指学生的创新能力。我们根据教育教学规律和学生循序渐进的认知规律，将专创融合的物理教育教学体系设计成三个层次，如圖2所示。

同时，针对不同学科专业人才培养要求和课程的性质与目标，又将各层次的教育教学分成公共类学科基础课、应用物理专业基础与核心课、自然科学与文化素养类选修课、创新创业类选修课、应用物理专业特色课、课外创新活动、应用物理专业实践创新活动等模块。各模块既有侧重又相互支撑，协同培养学生创新能力。层次性体现了科学的知识体系和循序渐进的认知规律，而模块化体现了培养不同专业类型人才的需求和目标。

第一层次包括公共类学科基础课、应用物理专业基础与核心课模块。以必修理论与实验课为基点，将知识的先进性、实用性与交叉性有机融合，着重夯实学生的专业基础知识与实验技能，多课程协同培养学生的学习能力、理论联系实际解决问题能力、创新兴趣与创新意识。在教学思想上，从知识传授向能力培养转变，在教学过程中既注意加强学生基本知识和实验能力的培养训练，也注重引导学生进行探索性和研究性学习。向学生传授专业知识与技能的同时，对学生进行创新方法与创新思维的启蒙教育。

在传统培养环节中，各门专业核心课的教学过程相对独立，理论和实践教学环节缺乏有效的联系和承接，使学生的知识体系不够完备，理论与实践脱节。为此，我们进一步优化“大团队小课组”，构建了通专融合、专创融合的教学团队。团队教师既有专业课教学，又有通识课教学;既有必修课，又有选修课;既有理论课，又有实验课;既承担课程教学，又指导课外科技创新实践活动。将先修与后修、必修与选修、理论与实验、课内与课外有机衔接，实现了相关方向课程教学内容及实践环节的深层次融合，为将创新能力培养有效贯穿于全过程奠定了坚实基础。

第二层次包括面向全校学生开设的自然科学与文化素养类选修课、应用物理学专业的创新创业类选修课及特色课程等模块。在第一层次基础上，第二层次以选修课为延伸，实施以学科交叉和综合性为背景的个性化培养方案，将创新性人才培养落实到具体的实践环节中，进一步提升学生独立思考的能力、激发学生学习兴趣，着重培养大学生科学素养和创新能力。我们将物理发展的社会文化背景、世界观、方法论等课程文化融入教学体系，开设了“宇宙的奥秘”“纳米科学与技术导论”“物理与当代科技”等自然科学与文化素养类选修课，以及“物理实验研究与创新训练”“大学生创新发明素质培养课”“现代物理知识与创新应用”等创新创业类选修课，并根据科技发展不断动态调整，增设课程。在巩固学科基础课的创新思想、文化和意识的基础上，通过介绍物理学发展过程、最前沿物理动态，强化文化育人，培养学生的创新思想、文化和意识;在创新创业类选修课中，分别开设了“物理学与海洋工程与技术”“生物学”“水产养殖”等具有学科交叉特色的实验项目，使实验教学内容与科研、工程、社会应用实践密切联系，多学科交叉协同培养学生创新能力。我们還通过开发出的研究性、创新性物理实验项目培养学生的创新能力，为学生课外创新实践活动的顺利开展奠定基础。

第三层次为面向全校学生开设的课外创新活动及应用物理学专业的毕业论文等实践活动模块，重点培养学生独立解决问题的创新实践能力、竞争意识和社会责任感。为了搭建协同创新平台，我们将学校的辽宁省物理实验教学示范中心、辽宁省海洋生物物理重点实验室和生物医学工程重点学科等优质资源进行整合和共享，并建立了科学合理的平台开放运行模式，使更多的在校学生受益，更好地满足大学生创新能力培养的需求。我校辽宁省物理实验教学示范中心承办了校级物理学术竞赛、组织学生参加辽宁省物理学术竞赛、辽宁省普通高等学校本科大学生物理实验竞赛等大量课外科技活动。辽宁省海洋生物物理重点实验室也加强了对本科生的开放力度，为教师指导本科生设立了实验室开放课题，并将科研成果课题转化成研究性实验项目、毕业论文题目，引领本科生参加教师的科研项目、申请专利、发表学术论文等。生物医学工程重点学科在为大学生营造学术交流氛围的同时，开展了本硕贯通试点项目，打破高年级本科生与研究生教育之间的隔离，实行本科生与研究生的贯通式培养，把大学生专业知识学习与能力培养结合起来，使课程学习和科学研究全程融合，为优秀本科生较早地参加科学研究创造了条件。

三、大学生创新能力培养研究与实践成效

“通专融合”“专创融合”的分层次、模块化物理教育教学体系引导学生打破学科壁垒，摆脱封闭孤立的课程束缚和禁锢，循序渐进地学会运用物理学的原理、观点和方法，采取交叉思维的方式去探究复杂多样的未知世界，为各专业学生创新创业奠定基础。

1.分层次、模块化物理教育教学体系得到多方认可

我校分层次、 模块化物理教育教学体系从研究、构建到实施历时近十年，取得初步成效，其间发表相关教研论文20余篇，并通过了同行专家鉴定。这一新体系符合我校学生的特点和实际情况，并固化在2016版和2019版的人才培养方案中。基于多年的研究与实践，我校完成的“依托物理教学科研实验平台 协同培养大学生创新能力的研究与实践”“构建三位一体教学团队 协同创建一流课程群的研究与实践”分别于2013年和2020年荣获辽宁省普通高等学校本科教学成果一等奖。

2.“通”“专”协同的课程建设和专业建设效果突出

课程是人才培养的核心要素，课程质量直接决定人才培养质量。实施“通”“专”协同的大学生创新能力培养，提升了相关课程的建设水平，我校通识课大学物理、专业基础课力学、光学、物理实验等课程均获评省级一流本科课程，农科类大学物理课程还获评首批国家级一流本科课程。此外，物理学导论和宇宙的奥秘两门课程入选本校首批课程思政试点课;力学和光学两门课程入选本校首批课程思政示范课。与此同时，以一流课程为支撑的应用物理学专业获评省级一流本科专业。

3.“专”“创”协同培养大学生创新能力成效显著

近年来，我校应用物理学专业本科生每年都能有国家级大学生创新创业训练计划项目获批，每年都能获得20个省级以上创新创业大赛奖项，在校本科生申请专利、发表研究论文已成常态，多名学生以创新创业成果获得研究生推免资格或研究生入学免复试资格。应用物理学专业毕业生的就业、升学和创业稳中向好，大部分毕业生都能在就业单位获得较好发展。

参考文献：

[1] 肖放鸣. 大学生创新能力培养约束因素及国家与社会责任[J]. 求索，2010（7）：171-172.

[2] 曾筱. 应用型专业大学生创新能力培养[J]. 中国高等教育，2018（21）：56-57.

[3] 李俊卿. 提高课堂教学质量 培养大学生的创新能力[J]. 中国大学教学，2010（1）：56-58.

[4] 李杨帆，朱晓东.科研训练计划与大学生创新能力培养[J]. 中国大学教学，2011（4）：24-25.

[5] 于化东. 加强实践教学环节 提高大学生创新实践能力[J]. 中国高等教育，2010（21）：23-25.

[6] 王永利. 产学研合作教育与大学生实践创新能力培养[J]. 江苏高教，2011（2）：137-138.

[7] 李辉. 建设创新实践平台 提升大学生创新能力[J]. 中国高等教育，2013（17）：57-59.

[8] 严薇，袁云松. 大学生实践创新能力培养的探索与实践[J]. 中国大学教学，2012（9）：78-80.

[9] 汪静，胡玉才，迟建卫.  协同培养大学生创新实践能力的研究与实践[J]. 实验技术与管理，2013（9）：19-21.

[项目资助： 教育部第二批新工科研究与实践项目“新工科引领新农科大学物理课程混合式教学方法研究与实践”，项目编号：E-SXWLHXLX20202609]

[责任编辑：夏鲁惠]