大学物理创新实验平台的建设与研究

刘烈　张朝民　吴建宝

摘 要：大学物理实验教学主要以教师设计实验，学生依据教师的要求去完成，这样对学生的综合能力和创新能力未得到充分体现和发挥，不利于培养学生独立创新的能力。上海工程技术大学物理实验中心探索建设适合自身实际的创新实验的平台，通过创新实验平台建设，将课堂教学进一步在时间、空间和内容上延伸，保护和延续学生的创新思维和创新意识，培养大学低年级学生对科学研究的兴趣，进一步深化教学改革，创新人才培养模式。

关键词：创新实验平台 大学物理实验 建设 研究

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）007-180-02

1 研究背景

国外一些著名大学的物理实验课程具有教学主体开放性、教学方法和教学手段的多样性、教学内容的时代性等特点；突出物理实验“设计性、研究性、探索性”的教育功能。哥伦比亚大学和麻省理工学院的“upper division”的实验课，斯坦福大学、哈佛大学的“project”实验课程相当于我们的设计性、探究性实验，其特点是注重为学生提供足够的条件，学生自主选题、拟定实验方案、配置实验设备、测量数据、分析结果、完成报告，对实验的时间和最终结果不作硬性规定，学生可以根据自己的时间、能力及兴趣来安排。许多学生每周要在实验室度过30多个小时，这种教学模式极大地提高了学生的兴趣和积极性，培养了学生的科研能力和创新能力。目前我国许多高校加大了对大学物理实验教学的重视和资金投入，从事实验教学的教师在实验的教学模式和教学方法上不断探索改革，大多将物理实验教学分为：基础实验、综合性实验、设计性实验等阶段。但实验中主要还是以教师设计实验，学生依据老师的要求去完成，这样对学生的综合、创新能力未得到充分体现和发挥，不利于培养学生独立创新的能力。目前许多高校也在探索适合自身情况创新实验的平台建设和实践。

2 大学物理创新实验平台建设

2.1 大学物理实验教学现状

上海工程技术大学的大学物理实验课程自1982年独立设课以来，经过不断地教学改革和探索实践，逐步建立并形成了一个以培养学生初步具有独立科学实验工作能力为目的，符合原国家教委制定的《高等工业学校物理课程教学基本要求》的课程知识体系和教学体系。第一阶段进行“误差基本理论与实验基本技术”和“基本实验”教学；第二阶段进行“科学实验的阶段与过程”和“设计性实验”教学，学生自选实验课题，采用讨论式教学，这是应用实验理论，提高实验技能的阶段，使学生在实践与探索中增长科学实验的能力。成绩较为突出的学生进入第三阶段——创新实验（也称“优良答辩”），第三阶段是创造性的运用实验理论阶段，并对实验素养进行综合考核的阶段。学生自愿参加，自选课题，自己设计实验方案，自己进行实验获得实验结果，并进行总结并参加答辩。上海工程技术大学物理实验的第三阶段“创新实验”（优良答辩）实行了多年，在学生中也有较好的反响，他们认为这样的考试形式很新颖，是一个展现自己能力的舞台。但是由于课时的限制，有些学生有很好的实验选题和创意，但由于实验的答辩的时间临近期末考试，所以这些不错的选题却因没有足够的时间展开便草草结束。

2.2 创新实验平台建设的研究目标和内容

为了让“创新实验”中产生的思想火花不因答辩结束而熄灭，让这些学生的创新能力得到充分的发展，中心设想通过构建大学物理创新实验的平台，不仅可以对这样的创新实验继续加以引导，进一步完善实验研究，将研究结果以论文形式公开发表，对他们创新思想也是一种肯定；有较好创意和实用价值的选题，可以鼓励其向大学生创新计划项目发展，使之转化为创新项目，其项目中采用的技术若具有新颖性、创造性和实用性，则鼓励学生申请专利。

创新实验平台建设以本学科教学实验室为基础，以开发学生的创新思维和创造性实践能力为目的，为学生提供一个展现和发挥自身才能的空间和环境。创新平台建设的内容主要是创新实验平台的软、硬件建设：软件建设主要是进行教师团队建设，组成创新实验平台实验指导教师团队，进行创新实践的指导，促进创新实验的进行和可持续发展；硬件建设主要是充分利用物理实验中心实验室的基本设施，在此基础上进行实验平台整合、添置仪器用具，探索构建合理有效的硬件环境，促进创新实验的开展。

2.3 创新实验平台建设的实施步骤

创新实验平台软件建设：教师指导团队建设。根据教师专长及兴趣、教师和学生的双向选择，组建指导教师团队，对学生在创新实验平台上进行创新实验的指导。

创新实验平台硬件建设：对大学物理实验中心所属物理实验室现有硬件设备进行分析和整合，初步在力学、电学、光学、热学、传感器技术等实验室构建可进行创新实验的平台。

创新实验平台的应用：学生利用实验平台进行课题研究。课题的来源可以由学生自拟、教师根据基础实验拓展设计的实验选题（物理学的发展历史、前沿科技及物理学知识在工程技术及生活中的应用等）或者其它可以利用该创新实验平台进行研究的项目。在研究中，尽量利用已有的实验设备，鼓励学生自制简单的实验器具、搭建实验装置。

创新实验平台开放：实行导师负责制，向创新课题小组学生开放。研究小组的活动时间由学生自定，但需用实验室或器材应事先与导师或相关人员预约。

图1 大学物理实验创新平台建设框图

3 大学物理创新实验平台建设的成果

通过2个教学年的实践，共指导学生完成大学生创新计划项目“新型光学可视读数装置”、“光波导传感器测量液体浓度研究”、“磁流体光强调制器”、“车辆识别及控制系统”、“氮分子激光器的性能提高”、“基于光波导的气体检测方法研究”、“纳米管类电子元件的输送性能研究”等7项市、校级项目的申请；完成了“用超声光栅研究声速与溶液浓度及温度之关系”、“D葡萄糖溶液变旋现象的研究”、“N掺杂对zigzag型石墨烯纳米带德能带结构和运输性质的影响”、“水立方薄膜（ETFT膜）导热系数的确定”等10余篇研究论文；有1项发明专利已获批准、1项实用新型专利已在申请。

4 结语

实践教育是上海工程技术大学的优良传统和特色，是学校创新人才培养体系的重要组成部分。学校非常重视实验教学工作，在校长的直接领导下，成立实践教学专家指导委员会，完善和协调实践教学工作、实验室开放和创新实践活动。对学生的调查发现，参与创新实验的学生对创新实验平台给予肯定，学生对自己的研究项目非常感兴趣，尤其是看到自己的论文获得发表；大学生创新计划项目获得批准、项目完成；有些技术还可以申请专利，他们都有一种成功的自豪。通过大学物理创新实验平台建设的研究与探索，教师将课堂教学进一步在时间、空间和内容上延伸，保护和延续学生的创新思维和创新意识，培养大学低年级学生对科学研究的兴趣，在高等教育大众化的同时，能因材施教，重视学生的个性化教育，使学生的创造力得到应有的发挥，从而进一步深化教学改革、创新人才培养模式。

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