深化实验教学改革 打造特色鲜明的实验教学中心

周 玲， 姜东光

(大连理工大学物理与光电工程学院，辽宁大连116024)

0 引言

国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)指出“着力提高学生的学习能力、实践能力、创新能力”。胡锦涛在清华大学百年校庆大会上的重要讲话中强调，高等教育要“强化实践教学环节，形成人才培养新优势”。只有高等教育的产品——人才具有较强的创新能力，实践能力，才能够肩负起建设创新型国家的使命，才能完成由“中国制造”向“中国创造”转变，才能够完成实现中华民族伟大复兴的任务。

基础物理实验教学中心承担全校理工科学生每年3 900人以及500余研究生的实验教学任务。大学物理实验作为大学生进校后的一门重要科学实验课程，不仅应让学生受到严格、系统的实验技能训练，掌握科学实验的基本知识、方法和实验技巧，更重要的是在培养学生理论联系实际，分析问题和解决问题的能力，特别是与科学技术发展相适应的综合能力方面发挥着不可替代的作用［1-3］。中心2008年被批准为国家级实验示范中心建设单位。在学校的大力支持下，实验教学硬件设备、实验室条件也发生了巨大的变化，在现代化、多功能、综合性、创新性等方面取得显著成绩，成为培养高素质科学人才的重要实践基地。基础物理实验教学中心注重:加强基础、开拓思维、培养能力、立足应用、面向未来。为满足不同层次人才培养的需要，构建分层次、模块化、合理开放的物理实验课程体系。在教学中重创新、重过程、重实践，在实验内容前沿化，师资队伍构建，实验中心运行管理方面，取得较大进展，形成了自身的特色。

1 建设实验教学与研究能力强的教师队伍［4-6］

1.1 坚持理论与实验教学相互融通

基础物理实验教学中心教师的专职人员占一半以上，其余教师来自学科实验室。大学物理理论课和实验课专职教师归大学物理中心管理。在与大学物理课程的联系上，做到密切结合，共同成长。① 请大学物理理论课的资深教师来中心担任物理实验教学，把他们的理论背景带到实验教学中来。②把有常年实验教学经历的教师安排到理论教学岗位，大幅度提高他们的物理理论素养。安排理论课教师与实验课教师彼此结成教研小组，以便在教学实践中互教互学、取长补短、共同进步。效果明显，理论课教师可以避免只讲简化的实验模型，不再陷入过于理想化而不能应付学生的刨根问底式的追问;实验课教师的课前辅导与理论课相互呼应，彼此配合，实验课上的巡回指导变得更加深刻有效。实验教学与理论教学的有机结合，成为中心建设的一个突出亮点，在国内学术交流会议上，多次引起兄弟院校的关注。通过这种举措教师队伍的教学能力得以大幅度提高。

1.2 鼓励专职实验人员从事科学研究

基础物理实验教学中心，鼓励、帮助专职教师走入科学研究及学科实验室，目前50岁以下实验教师系列均具有博士学位，他们从事科学研究，近四年发表SCI论文约40篇，获得自然基金资助4项，通过主持参加科研项目，研究能力、实践能力得以提高的实验教师，无疑将其研究方法带入实验课堂，播撒着求真求实的实验精神。

1.3 突出“编制在中心，发展在学科”的理念

充分利用我院“三束材料改性教育部重点实验室”，“辽宁省先进光电子技术重点实验室”，“大连光电技术研发中心”等重点实验室和等离子体物理国家重点学科，引进了具有博士学位的实验教师，这一部分实验教师由于其研究背景与学科实验室密切相关，可以继续其研究，解决了发展问题。其很强的动手能力，掌握前沿现代科技的优势，在基础物理实验教学中心的教学及建设中得以发挥，成为实验教学的重要力量。

1.4 吸引科研实验人员参与实验室建设及实验教学

我院学科实验室聚集了一批实验技术人才，他们实验科研能力强，在搭建实验设备方面具有丰富的经验，对于基础物理实验教学中心的教学以及建设能够发挥很好的作用。目前从博士生导师到青年博士参与中心实验教学人员占实验教师人数的40%，他们结合其研究领域为基础物理实验教学中心搭建实验设备22套，如低压气体直流放电综合实验(8套)，低温等离子体射流表面改性实验(7套)，佩尔捷效应实验(1套)，空间单点光学相干层析技术实验(4套)，真空获得与测量(2套)，这些实验与现代大学物理教学内容具有一定的衔接，为开展研究性实验教学提供了设备保障，这些实验开阔了同学的视野，提高了学生对于实验研究的兴趣，增强了实验能力。

2 深化教学内容及体系的改革［7-10］

2.1 注重以人为本，重构实验教学体系

实验教学的重点是有效提升学生的实践能力、综合素质和创新探究的意识。实验教学中应更加尊重个性差异［11］，激发原本对实验兴趣较低的同学对实验的兴趣，提升那些喜爱实验、渴望在实验方面有所创造的同学的实验创造能力。为此，我们在实验教学体系的设置上，注重基本型实验、综合设计型实验和研究创新型实验的适当组合。

在基本型实验中，注重让学生对常用的基本测量仪器有所掌握，学会几种基本的数据处理方法，养成做物理实验的良好习惯。我们安排了示波器的使用、拉伸法测量弹性模量、光的等厚干涉和分光计的调节与使用等实验。在综合设计型实验中，把重点放在让学生学习综合考虑有关实验因素、建立独立设计实验的意识。在RLC电路研究、全息照相等实验中，让学生受到综合性设计性方面的训练。在研究创新型实验中，推动学生关注实验技巧的探究、实验现象的钻研，并综合运用学习过的理论知识和实验技能，自主选择实验样品或材料，设计出具体的研究方案。面向全校可选的研究性实验有低温等离子体射流聚合物表面改性等项目。

中心开设了自主开放性实验教学，在大学物理的第一个学期，侧重于综合设计性实验，第二个学期，侧重于研究创新性实验。自主开放性实验面向全校理工科学生，鼓励学生对物理实验作较为深入的研究，经自愿报名、自主选题、组成3人小组进行实验。对设计性实验，要求学生自行查阅资料、自行写出实验的基本步骤并列出注意事项，经与教师讨论补充后自主进行实验。对研究性实验，要求学生自主寻找实验测试材料，自主设计实验方案和测试范围。对研究性实验，还要求学生自行制作PPT讲稿、经教师考核小组主持的答辩，充分讨论后才能够完成。这些自主开放性实验有:X射线综合性实验等、核磁共振成像、光谱技术实验、白光干涉系列实验、物质对射线的吸收实验、液晶的制备、扫描隧道显微镜使用、佩尔捷效应等实验。对学生进行调查发现，所有学生对这种创新型实验的开设给予了肯定，部分学生对自己的研究项目十分感兴趣。通过研究型实验平台建设，不仅“激发了学生的主观能动性、主动创造思维，培养了学生的创新能力”［4］，而且也提高了教员的业务水平。在研究性实验的教学过程中，不断地积累经验，丰富了实验教学内容，对实验的改进也有很大帮助。

学生可以根据自己的兴趣在上述不同层面的实验中选择具体项目，通过这种层次化的实验体系，充分尊重学生个性差异，满足了学生对于实验课程及研究的不同需要，从而达到普遍提高实验技能的目的。

2.2 教学内容改革突出实践性和时代特色

实验教学内容的改革，以突出实践性和鲜明的时代特征为标志，兼顾传统与现代的结合，以科研和工程技术对实验教学的积极渗透作为推进改革的通道。

(1)保留经典实验内容。在选择实验项目和仪器设备上，坚持保留经典的实验项目，如示波器的使用、分光计的调节、迈克耳孙干涉仪的调节、表面张力系数测定、光栅常数测量等;同时，通过引进数字示波器、以激光为光源的迈氏干涉仪、配置了力敏传感器的表面张力系数测定仪、引入计算机和自控系统来完成光偏振实验，赋予这些传统实验以现代气息，成为物理实验教学中现代结合的一个典型模式。此种模式中，实验内容是经典的，而测量方法可以包含重要的现代元素。

(2)引入近现代实验内容。适当选择以量子物理等近现代内容为主题的实验项目，如密立根油滴和光电效应实验等，既很好地配合了大学物理理论教学，展现了物理实验教学与时俱进的教学风格，又在这些实验中使用了传统的浮力定律、光栅光谱等，这些都是在实验中需要强调、要求学生注意体会的重要方面。

(3)和科研性工程技术结合。通过等离子体物理系列实验、X射线综合实验、帕尔贴效应、探针式显微镜、核磁共振成像等实验，把科研、工程技术和社会应用密切联系起来，把科技创新和本院校的学科优势，有机地融入中心的实验教学改革中来。

2.3 强调实验特征培养求真求实精神

物理学本质上是实验科学，实验的本质是具有实践性、现实性、误差性，即便在理论课的教学中也应该充分强调物理学的这一特征，我们国家的理论课教学往往忽视了这一点，麻省理工的Water Levin在《经典力学》第一讲［11］的理论课教学是我们学习的典范。我们在实验教学时，十分重视误差理论与数据处理的理论教学，以课程负责人、中心领导为核心的教学小组坚持为学生开设讲座、要求新任实验课的教师参加实验理论教学，听课并完成有关培训计划。通过每学期都开设的教授讲座来强化学生对实验误差、数据处理等实验知识的理解和重视。在课堂教学中强调实验本身在物理学发展中的重要地位，正是由于实验的求真求实才有效地推动了物理学的发展。因此在实验设备的安排上，仪器设备往往是不同批次的，在实验数据以及结果上就有了差异，这样不但能够很好地利用设备，又能够让学生的求真求实精神［12］得以检验和提高。

2.4 改革实验教学方法

基础物理实验教学中心立足师资队伍的整体建设，力促理论与实验教师的互相结合、促进以科研为主和以教学为主的教师互相结合。中心安排的理论-实验专题教研小组，每个小组均有实验及理论背景的老师组成;每个实验项目都有项目负责人(简称“题长”)，在集体备课、年轻教师培养、研究生助教培训等工作上发挥了积极有效、不可替代的作用。中心领导、实验室负责人和题长等骨干教师还经常听课，检查实验报告的批阅情况，及时进行教学指导。这些举措提高了教学水平，在实验教学质量上得到了明显的效果，切实做好了以优良教师为主导这一重要环节。

中心还积极采取措施，建立以学生为中心的实验教学模式［13-15］。①学生可以自主提前进入实验室旁听课前的实验辅导，这就避免了只是面对参考书进行预习。在实验室里对实验过程可以大致了解，因而可以写出比较好预习报告，使实验的准备更切实际。②在完成实验后整理实验报告时，学生或许会发现当时未曾注意到的某些问题，或者部分同学当时没有完全做完实验，只要时间允许，他们就可以进入实验室，再一次补充有关实验步骤，完成想探索的实验课题。③建立了实验网上预习机制，可以利用课件时行有关实验预习，把预习、实验和网络学习有机结合起来。④在自主开放性实验中，学生结成3人小组，形成以自主式、合作式、研究式为主的学习方式，由于学生大都来自不同院系专业，在小组中形成了学科优势互补。⑤实验教学手段先进，引入现代技术，如传感技术、计算机辅助测量和数据处理技术等，融合多种方式辅助实验教学。⑥建立多元实验考核方法，既注重实验结果的考核，更重视考核实验过程的考核，努力激发学生实验兴趣，同时对全校学生安排笔试，对部分专业进行实验操作考核，有效提高了学生学习物理实验的自觉性和主动性。

3 改革成效

基础物理实验教学已经覆盖了学校所有专业，即使是外语专业、经济专业也在演示物理实验中有所受益。由于采取了现代与传统紧密结合、理论与实验有机融合、教师与学生自觉配合的改革措施，学生实验兴趣浓厚，对实验教学评价总体优良。在国家级实验教学示范中心建设过程中，学生实验基本技能宽厚扎实，实践创新能力不断增强，所获成果较多:学生发表论文10篇，在省部级以上物理竞赛获奖10次。其中，在2010年底于中国科技大学进行的全国大学生物理实验竞赛，我校参赛的4名同学都获得了一、二等奖。

经过持续不断地建设，中心拥有了一支实验素质高，教学能力强的师资队伍。近4年，承担省部级以上教学改革项目3项，获得省级以上教学成果5项，正式发表的高水平实验教学论文30余篇，发表科研论文百余篇。

4 结语

物理学是一门实验科学，物理学的发展及其成果已经被广泛地用于科学技术以及人类生活，物理实验教学不但肩负着教给学生科学实验的基本知识、方法和实验技巧，而且也在培养学生用物理的思维去理解现代科技，用基本的物理实验手段，去研究发展各分支学科以及技术学科。我校基础物理实验教学中心，围绕培养学生实践能力，求真求实精神，提高理工科学生甚至文法管经学生科学素养方面，进行了一系列改革，也取得了令人欣慰的实效。在未来的10年里，国家强调“着力提高学生的学习能力、实践能力、创新能力”的大环境下，基础物理实验教学中心的教学水平必将跨上一个新台阶，必将为学校“精英人才”培养作出更大的贡献，从而为完成由“中国制造”向“中国创造”转变发挥应有的作用。

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