大學(xué)物理實驗教學(xué)改革探索
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【摘要】新工科教學(xué)改革的目標(biāo)是培養(yǎng)更具有創(chuàng)新思維和工程實踐的高素質(zhì)人才，以適應(yīng)引領(lǐng)經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展。大學(xué)物理實驗作為理工科學(xué)生專業(yè)實踐能力培養(yǎng)的公共基礎(chǔ)課程，對提升學(xué)生綜合能力有著重要意義。本文以韶關(guān)學(xué)院為例，進(jìn)行現(xiàn)狀問題分析和傳統(tǒng)教學(xué)比較，并結(jié)合自身實驗室條件，提出地方本科高校大學(xué)物理實驗的教學(xué)改革方案，以適應(yīng)新工科建設(shè)和發(fā)展。
【關(guān)鍵詞】新工科；地方本科高校；大學(xué)物理實驗
1項目的背景和意義
新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速進(jìn)行，以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)、新模式為特點的新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，迫切需要培養(yǎng)造就一大批多樣化、創(chuàng)新型卓越工程的工科人才，推進(jìn)新工科建設(shè)是國家實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略、推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級的必然要求。為培養(yǎng)新一輪變革所需的人才，教育部多次組織高校進(jìn)行新工科建設(shè)的研討會。在新工科概念提出不到一年時間內(nèi)，新工科建設(shè)的“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”，構(gòu)成了新工科建設(shè)的“三部曲”，奏響了人才培養(yǎng)的主旋律，開拓了工程教育改革新路徑。相對于直屬高?；虿繉俑咝?，地方本科院校辦學(xué)定位要充分利用地方資源，發(fā)揮自身優(yōu)勢，對接地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新要求。地方高校是推進(jìn)“新工科”建設(shè)的主力軍，必須抓機(jī)遇、積極謀劃，潛心提煉新功科人才培養(yǎng)的核心目標(biāo)，全面提升工程教育質(zhì)量以適應(yīng)引領(lǐng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。大學(xué)物理實驗作為理工科生剛?cè)雽W(xué)的一門培養(yǎng)實踐能力的公共課程，對于培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力、探究綜合能力、創(chuàng)新能力都有著重要的作用。為了適應(yīng)“新工科”建設(shè)的快速發(fā)展以及對新工科人才的迫切需求，在結(jié)合學(xué)校自身實際和學(xué)生特點情況下，論文對大學(xué)物理實驗教學(xué)的教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、考核評定方式等，進(jìn)行改革探索。
2研究現(xiàn)狀分析
韶關(guān)學(xué)院是地處廣東粵北地區(qū)的地方性本科院校，在教育部新工科建設(shè)和廣東省政府提出省市共建高水平應(yīng)用型本科院校項目的驅(qū)動下，正在對本科教學(xué)中存在的問題展開深入研究探索。大學(xué)物理實驗教學(xué)示范中心是學(xué)校規(guī)模最大的實驗教學(xué)基地，實驗室面積約1800多平方米，固定資產(chǎn)400多萬元。主要承擔(dān)物理、電子、汽車、自動化、機(jī)電、計算機(jī)、數(shù)學(xué)、化學(xué)、生物等20多個理工專業(yè)的本科學(xué)生的大學(xué)物理實驗。由于受到地方學(xué)校辦學(xué)條件、師資力量等的限制，大學(xué)物理實驗的教學(xué)，也面臨不少問題，尤其是在新工科背景下，大學(xué)物理實驗課程教學(xué)的不足更加突出。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
2.1實驗室設(shè)備條件不足
力熱、電磁學(xué)、光和近代物理實驗室都是各自獨立的物理實驗體系，學(xué)生對各類學(xué)科實驗之間的聯(lián)系認(rèn)知不足，同時在實驗設(shè)備限制下，學(xué)生缺乏對復(fù)雜物理實驗的學(xué)習(xí)，不利于學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實踐。
2.2教學(xué)實驗按單一方向教育，忽略學(xué)科專業(yè)間的綜合性和交融性
教學(xué)過程面向現(xiàn)代工程不夠，對于現(xiàn)代工科生所需的知識和邏輯動手能力培養(yǎng)不足，其所包含的內(nèi)涵尚不清晰，側(cè)重于基礎(chǔ)性和驗證性的實驗和理論知識，綜合性和創(chuàng)造型的物理實驗占據(jù)比例較少，同時缺少與本專業(yè)相關(guān)的交叉性實驗，較少考慮學(xué)生專業(yè)要求，不能很好服務(wù)于“新工科”建設(shè)。
2.3教學(xué)模式落伍
大學(xué)物理實驗?zāi)Ｊ街饕岳蠋熃淌谥R為主，由老師來講解實驗原理、步驟和操作示范，學(xué)生只是跟隨教師的腳步進(jìn)行實驗的驗證記錄數(shù)據(jù)，無需過多預(yù)習(xí)，且?guī)熒幽Ｊ铰湮?，使得學(xué)生缺少對實驗的思考性，不利于新工科背景下復(fù)合型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。
2.4考核標(biāo)準(zhǔn)單一
考核期末成績以實驗報告和實驗數(shù)據(jù)正確與否為主，忽略學(xué)生實驗過程的評定和動手實踐能力的考察，導(dǎo)致學(xué)生不能很好地參與到實驗中去，學(xué)生只注重成績數(shù)據(jù)而無心深入探究實驗原理。
3新工科導(dǎo)向的教學(xué)改革實踐
3.1充分利用計算機(jī)模擬仿真教學(xué)，打破實驗條件限制
近年來，以人工智能為代表的技術(shù)快速發(fā)展，各行各業(yè)工程都需要計算機(jī)的輔佐，以及教育教學(xué)現(xiàn)代化的需要，計算機(jī)在物理實驗驗證、實驗數(shù)據(jù)分析部分也成為了不可或缺的部分。當(dāng)今許多物理仿真軟件都較為成熟，充分利用計算機(jī)虛擬仿真，能夠有效地解決實驗設(shè)備和實驗場地受限的困境，在完成了基礎(chǔ)實驗的情況下，可以很好地利用模擬仿真軟件做出更多具有設(shè)計性的物理現(xiàn)象，例如Zemax軟件、Multisim軟件就可以進(jìn)行許多光學(xué)、電學(xué)的設(shè)計實驗，并且在作圖和實驗數(shù)據(jù)分析方面亦可用其它成熟的軟件進(jìn)行繪制和分析，從而提高精確度，免去手工繁瑣度。通過加入計算機(jī)的方式也可以間接增強(qiáng)同學(xué)對物理實驗的理解和計算機(jī)的應(yīng)用，培養(yǎng)了多方面動手能力，增強(qiáng)學(xué)生們的興趣。
3.2加大創(chuàng)新型的實驗項目比例，提升學(xué)科專業(yè)間的交融性
結(jié)合學(xué)校各個理工科的專業(yè)特色和行業(yè)發(fā)展趨勢，以學(xué)科交叉、融合為原則，著力建設(shè)一批體現(xiàn)學(xué)科前沿的綜合性和設(shè)計性實驗項目，課題組將在現(xiàn)有的物理實驗設(shè)備和物理基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，融合專業(yè)特色，改進(jìn)現(xiàn)有的實驗項目，在設(shè)計性實驗中以本專業(yè)契合點與物理實驗結(jié)合設(shè)計，破解學(xué)科壁壘，構(gòu)建跨界體系，例如電子信息專業(yè)學(xué)生，做了電學(xué)和光學(xué)實驗后，能在這方面知識深度拓寬，分析光與電的轉(zhuǎn)換關(guān)系，自主設(shè)計光電轉(zhuǎn)換電路，突出不同專業(yè)有不同側(cè)重點實驗。
3.3改革教學(xué)手段
課前預(yù)習(xí)部分。充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺，教師在網(wǎng)絡(luò)平臺上推送相關(guān)的實驗原理、步驟資源并布置簡單的實驗仿真任務(wù)，同學(xué)自行通過查閱資料完成實驗仿真且進(jìn)行兩三句話的實驗現(xiàn)象總結(jié)，最后將這些課前部分上傳到網(wǎng)絡(luò)平臺。課堂部分。通過線上仿真有一定了解后，在教師講解儀器注意事項后，同學(xué)在課堂實驗室上自行動手完成基礎(chǔ)性實驗，縮短基礎(chǔ)性實驗的時間，然后布置該實驗的延拓任務(wù)，讓同學(xué)自主思考完成，教師負(fù)責(zé)答疑和引導(dǎo)方向。這樣使同學(xué)成為課堂主體，充分發(fā)揮同學(xué)自主動手能力和邏輯思考能力。充分利用信息技術(shù)提供開展支持深度學(xué)習(xí)的教學(xué)活動，讓學(xué)生在課堂上活起來，課堂外忙起來。
3.4制定多元的考核評定方式
當(dāng)前的考核評定方式主要以實驗報告成績和物理實驗數(shù)據(jù)結(jié)果為主，不能很好地激發(fā)同學(xué)對物理實驗的興趣和提高同學(xué)的各方面能力。對同學(xué)實驗過程動手能力和實驗延拓的設(shè)計可行性的考察才能真正的反映同學(xué)的學(xué)習(xí)綜合素質(zhì)，所以在評定時以上面兩個考察為準(zhǔn)，尤其是對設(shè)計類實驗，通過對實驗合理性、操作性及完成情況等方面的綜合打分，使同學(xué)有效參與其中，這樣既考核了學(xué)生的綜合素質(zhì)，又激發(fā)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力及科研能力等。創(chuàng)新技能的考核。鼓勵學(xué)生參與課外的大學(xué)生物理實驗競賽，對于課外實踐項目參與積極的學(xué)生，可以考慮將大學(xué)物理實驗競賽、基于大學(xué)生物理基礎(chǔ)的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目、學(xué)生參與教師課題、課外學(xué)術(shù)“挑戰(zhàn)杯”成績作為課程的額外附加獎勵分，以鼓勵學(xué)生參與實驗創(chuàng)新項目。
4結(jié)語
適應(yīng)新工科的地方本科高校大學(xué)物理實驗教學(xué)改革經(jīng)過3年的實踐，取得了一定的成果。近年我校理工科學(xué)生參加各種專業(yè)技能競賽成績顯著。以物理學(xué)、電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)為例，近三年學(xué)生獲得大學(xué)生物理教學(xué)技能競賽國家級獎項12項，大學(xué)生物理實驗競賽省級獎項10項，大學(xué)生電子設(shè)計競賽省級以上獎項60多項。學(xué)生科研項目方面，獲得國家級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目2項，省級項目12項，校級項目28項，學(xué)生科研經(jīng)費累積超過20萬元。綜合上述，依據(jù)以韶關(guān)學(xué)院為例的現(xiàn)狀分析，本文對地方本科高校大學(xué)物理實驗教學(xué)的教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容、考核評定方式等提出了改革方案。在改革探究中，也需要結(jié)合學(xué)校自身情況，不斷改革教學(xué)方法，探索出符合自身實際的大學(xué)物理實驗教學(xué)方案，為培新工科人才提供了良好的學(xué)習(xí)平臺。
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作者：張德錢 黃澤超 張玉芹 單位：韶關(guān)學(xué)院智能工程學(xué)院
