有利于学生创新精神和能力培养的物理实验教学改革与实践

张 杨，孙晶华，李庆波，朱 正，王 朔

(哈尔滨工程大学，黑龙江哈尔滨 150001)

“大学物理实验”是我国高等理工科院校必开的一门基础课程，是培养学生科学素质和创新能力的基石。

哈尔滨工程大学物理实验教学中心中心每年承担全校40个理工科专业，111个班级，3 300名学生的物理实验教学，是全校覆盖专业最广，学生受益面最大的实验教学中心。

中心依据我国现阶段经济社会发展对人才培养的需要及我校坚持“培养具有坚定信念与创新精神，视野宽、基础厚、能力强、素质优的可靠顶用之才”的目标，确立了中心的建设指导思想:以培养适应新世纪科技发展要求的高素质人才为宗旨，以转变教育观念和教育思想为先导，以培养学生具备综合的科学素质和创新精神为目标，以课程体系、课程内容和教学模式的改革和建设为核心，创建国内一流的、体现研究型大学的物理实验课程体系和实践教学支撑平台［1］。

经过多年的教学实践，结合自身情况，物理实验教学中心在实验教学中形成了“强化基础、注重能力、突出创新”的实验教学理念，明确了培养“知识、能力、素质”全面发展的创新型人才的目标。并依此搭建了三个实验教学平台:好奇心唤醒平台、科学素质养成平台、创新与探索实践平台。

1 基于创新人才培养的教学改革

1．1 建设课程系列化、结构层次化、项目模块化的实验教学体系

从人才培养体系整体出发，以能力培养为主线，建设课程系列化、结构层次化、项目模块化的科学系统的实验教学体系［3］。加强综合性、设计性、创新性实验，构建与理论教学既有机结合又相对独立，与科研、工程、实际应用密切联系的教学内容。

结合上述实验教学体系，编写《物理演示实验》和《大学物理实验》系列物理实验教材。从教学目的出发，每本教材都将其教学目标进行凝练，这样做的目的就是时时提醒教师和学生，不仅“教”要明确“教”的目标，而且“学”要明确“学”的目的。教材内容上打破了传统实验教材的编写方式，将实验教学与高级科普读物有机的结合起来，不仅进一步丰富了实验内容，而且还解读实验内容、原理背后的历史故事、缘由发展和在日常生活或国防科技领域的实际应用等内容，由一个个生动的范例和详细的讲解将学生的好奇心唤醒，真正对该实验内容产生兴趣，积极主动地关注实验现象背后的物理学原理［4-5］。在每个实验中，以各种物理现象、历史、科学家小传为背景，增加了对应的实验在生产实践、生活和科研方面的应用。使学生初步窥视那些物理学原理所导致的影响人类发展进程的巨大应用。为了使教材具有更好的可读性，教材采用了彩版印刷。在编排方面，注重版面设计，图文并茂，给人以赏心悦目的感觉。在内容的叙述上，力求做到生动形象、通俗易懂，更多地强调物理图像和物理学思想，使学生在欣赏和快乐的过程中体验并学习物理实验［2-6］，见图1。

图1 课程结构图

1．2 建立分大类教学体系为学生提供自由、自主的学习环境

依托学校“实验室综合管理系统”，对不同的大类专业分套餐排课，针对不同专业的学生给出不同的套餐和实验项目的选择建议，由学生自主选择上课时间和实验项目。在每一套餐中，为学生提供充足的、优质的实验项目菜单供学生选择。考虑不同专业的共性需要，在不同套餐中的实验项目允许交叉［4］。同时为满足个性化需求，允许跨模块选择。

同时建立以学生为中心，采取“时间、内容和空间”上全方位开放的教学模式。在时间上，学生可以自主选择上课时间。在实验内容上，开设足够多的实验项目，供学生选择与本专业密切联系的应用性综合性实验项目。实验允许反复、失败重做，鼓励做得深入，鼓励实验研究，并有加分。在空间上，通过科技创新、科技竞赛等多种教学组织形式，以合作式、研究式为主的学习方式，拓展学生进行物理实验的空间。学生可以通过课堂内外、实验室内外、网络平台、图书馆、虚拟实验室等多种方式进行自主学习，突破了传统物理实验室空间的约束。高水平的研究是实验教学充满活力的源泉。教学中鼓励学生把学习与研究结合起来，在学习中研究、研究中学习，寓教于研，鼓励师生思维相互碰撞，擦出火花，提出问题。其中一些可深入探讨的课题已获得学校的实验立项和大学生科技创新立项的资助［5］。通过启发与引导，把研究型教学和自主式学习的思想贯穿物理实验教学的始终。

1．3 基于MOOC理念建立教师、学生双向无线测评系统

学生对教师教学效果和教学能力的评价是促进教学相长的重要举措，与理论课期末网络评分不同，实验教学的评价需要课堂上进行评价，但是传统的填表等评价方法使得学生在教师的教学效果和教学能力存在质疑的时候也往往不敢表达自己真实的意愿，因此要想获得学生实验教师教学教学效果和教学能力的客观评价，必须借助新的评价方法和评价系统［6］。借助无线通信技术，发展一种基于无线网络的手持式教学效果评价系统，使得学生能够敢于客观的评价教学效果，同时教师对学生学习过程进行时时评测，实现教师、学生双向评价，教师测评不合格的学生要重做，学生测评不合格的教师要进行整改。

1．4 探索物理实验创新基地建设

科技创新活动是提升大学生创新能力的重要载体。高校拥有丰富的科技创新资源，学术思想活跃，学科门类齐全，成为知识传承、创新实践的主要基地［2］。创新基地的实验教师是从事创新工作的主体，要充分调动每个教师的积极性和创造性，鼓励实验中心的教师撰写学术论文和参加相关学术会议，与时俱进，使教师不断拓展研究领域，不断增长研究能力。同时学生的参与和热情直接决定了创新基地的建设成效。因此，要以关注学生的实际发展为立足点，从学生的切实需求入手，通过相应的激励手段，提升学生参与科学研究的激情，夯实学生创新基地建设的基础。为了让学生真正体验科学研究，中心除了自己开展物理演示仪器设计大赛外，还积极鼓励学生参与全国性，国际性的科创大赛，让学生大胆提出自己的设计理念，支持他们开展有意义的研究与设计［7-8］。当然，创新不能急功近利，基地的建设是一个长期发展和积累的过程。

1．5 推进研究型教学方法和考核方式

高水平的研究是实验教学充满活力的源泉。教学中鼓励学生把学习与研究结合起来，在学习中研究、研究中学习，寓教于研，鼓励师生思维相互碰撞，擦出火花，提出问题［8］。其中一些可深入探讨的课题已获得学校的实验立项和大学生科技创新立项的资助。通过启发与引导，把研究型教学的思想贯穿物理实验教学的始终。

对于研究创新型实验，要求学生自己查阅资料、分析消化，制定实验方案，动手实施直到完成实验研究论文。教师只是启发和引导学生，充分发挥学生的主观能动性，调动学生学习的积极性。在此基础上，鼓励高年级学生自主设计有特色的创新实验系统。

学生实验成绩评定着重考核学生动手能力、实验设计能力、综合实践能力，实验数据的测试、分析及处理能力，以及实验报告的撰写能力。考试内容比平时的实验层次更高，以设计性、综合性为主，开拓学生视野，提升动手能力［9-10］。同时，为配合个性化拔尖人才培养的目标，学生可以申请期末考试免试。申请免试的学生除要取得平时的基本实验、综合训练环节、专题讨论课等教学环节的优异成绩外，还要选做由主讲教师在不同教学阶段布置的若干结合工程实际、着重创新设计能力培养的免试题目，并根据实际情况获得最终成绩。

2 结束语

经过多年的教学实践，结合自身情况，物理实验教学中心在实验教学中形成了“强化基础、注重能力、突出创新”的实验教学理念，明确了培养“知识、能力、素养”全面发展的拔尖型人才的目标。在已有三大平台的基础上，不断地进行改革和探索:(1)建设有利于学生创新精神和实践能力培养的物理实验教学体系和与之相适应的新体系物理实验系列教材。(2)提高学生的实验能力，推行开放式的考核方式。(3)由企业出资建立联合创新实验室，支持大学生科技创新。(4)注重教学与科研相结合，有效地将科研成果转化为教学内容，自主设计研制有特色的、体现物理实验教学改革成果的新仪器，发挥国家级实验教学示范中心的辐射作用。希望以上的改革和探索能给其他兄弟院校的实验教学改革提供一些参考和借鉴。

［1］ 王兴邦．认真总结，提升理念，凝练成果，突出特色，迎接国家级实验教学示范中心验收［J］．实验技术与管理，2010(4):1-5．

［2］ 李勇涛，董慧媛，等．工科高校大学生物理实验创新基地建设初探［J］．大学物理实验，2013(5):122-123．

［3］ 潘信吉．实验教学示范中心可持续发展的研究与实践［J］．实验技术与管理，2010(6):111-113．

［4］ 潘蕾．实验教学示范中心建设的探索与实践［J］．实验室研究与探索，2005(2):89-91．

［5］ 韩忠，李田，彭华．改革大学物理实验教学体系 建设示范性教学实验中心［J］．实验室研究与探索，2009(2):89-91，109．

［6］ 孙敬姝，刘倩，霍俊德．物理基础实验室建设与创新人才培养［J］．实验技术与管理，2003(1):82-84．

［7］ 李幼真，徐富新．物理实验教学中的若干问题及创新平台建设的思考及实践［J］．大学物理实验，2010(5):102-104．

［8］ 王震，丁永文．普通物理实验教学中的“提出问题”．物理实验［J］．2010(4):18-21．

［9］ 朱红，王伟，原所佳．大学物理实验课程考核方式的探索和实践［J］．实验科学与技术，2011(4):108-111．

［10］李林，施芸城，钟宏杰．物理实验课不同考核方式的改革与实践——操作考试的积极效应最为明显［J］．大学物理，2010(2):43-46．