基于工程素质培养的物理实验教学体系研究与实践

朱爱敏，吴泉英，王 军，徐宗宁，樊 斌，潘 涛，姚庆香

（苏州科技学院，江苏 苏州 215009）

工程素质是指从事工程实践的工程专业技术人员的一种能力，是面向工程实践活动时所具有的潜能和适应性。工程素质实质上是一种以正确的思维为导向的实际操作，具有很强的灵活性和创造性。工程素质的形成并非是知识的简单综合，而是一个复杂的渐进过程，将不同学科的知识和素质要素融合在工程实践活动中，使素质要素在工程实践活动中综合化、整体化和目标化［1－3］。物理实验是工科学生进入大学后的第一门实验课课程，物理实验在学生工程素质培养过程中具有重要作用，我校的办学定位是以“工”为主，培养应用型人才。因此，我们对物理实验教学不断进行改革，逐步形成基于工程素质培养的物理实验教学体系，在实践中取得较好的成效。

1 工程素质培养的物理实验教学体系改革思路

依据学校办学定位与专业设置，以学生工程素质培养为指向，构建物理实验教学体系。坚持“工程导向、服务专业、多方结合、提升素质”的理念，在基础实验、提高实验和创新实验三个层次实验内容设置中加强对学生实践能力的培养，坚持物理实验教学为专业服务，对不同专业开设不同的实验，强化专业训练。采取“多方结合”的物理实验多元化教学途径，使物理实验教学走出课堂，与苏州地方经济和新兴产业等结合，实现学生从理论思维向工程思维训练的转变，力求构建一个有宽度（实验内容丰富）、有厚度（基础实验和提高实验）、有高度（创新实验）的新结构体系，使学生素质全面提升［4－8］。

2 基于工程素质培养的物理实验教学体系及实践

依托江苏省物理实验教学示范中心、江苏省实验教学改革项目、苏州市工程技术研究中心和苏州市重点实验室，以三个层次实验为主体，设计“标准型＋专业特色型”实验教学模块，通过“五结合”多元化实验教学途径，构建基于工程素质培养的物理实验教学体系，见图1。标准型模块是所有工科专业的公共实验模块，专业特色型模块针对不同专业设置不同的实验项目，实践体系具有层次性、递进性和可持续性，有利于学生能力的培养。

2.1 “三个层次”实验

2.1.1 第一层次——基础实验

工程素质的培养是一个循序渐进的过程，基础实验使学生掌握基本知识点，培养实验基本技能，进行工程技能的训练。通过验证性基础实验和零级实验（教学大纲以外的基础实验），初步形成探究科学问题的思考方式，训练学生初步进行工程思维的能力。

图1 物理实验教学体系框图

2.1.2 第二层次——提高实验

以学校土木工程与环境工程优势学科为背景，学生在掌握基础实验的基础上，开展设计及综合实验的训练，在实验方案的设计过程中充分考虑土建环境类和应用物理类学生的专业特点，开设不同内容的综合实验，延伸实验教学的空间，尽早让学生介入工程实践与工程设计，逐步培养学生由理论思维向工程思维过渡。

2.1.3 第三层次——创新实验

创新实验是实现学生的理论思维走向工程思维的重要环节，依托“江苏省物理实验教学示范中心”、“苏州市动态力敏传感器工程技术研究中心”和“苏州市微机电薄膜技术重点实验室”等一批教学实践平台，在江苏省教学改革项目“一般工科院校基础课实验教学示范中心后续建设的研究与实践”和学校“质量工程”教学改革项目的推动下，结合苏州地方新兴产业和省高校优势学科“土木与环境工程学科群”，搭建一批创新性实验，通过这些实验，拓展学生的工程思维与工程设计能力，进一步培养学生的工程素质和创新实践能力。

2.2 “五个结合”的多元化实验途径

2.2.1 结合一 —— 实验教学与实习基地相结合

通过与相关企业建立学生实习基地，拓展课堂教学。在物理实验教学过程中，学生完成一个学期实验后，工科学生的设计实验与实习基地的产品开发相结合，学生以课题组的形式，参与实习基地产品开发。如“串联谐振电路设计实验”，整个设计实验从方案论证至实验实施是以学生课题组的形式在实习基地结合产品开发完成的，由学生参与的“新型变频串联谐振高压试验装置”已批量生产，并获2009年度苏州市科技进步三等奖。

实验教学与实习基地的结合创建了社会资源为教学服务和教学资源为社会服务的互动新机制。校企合作共同开展教学基地建设、课程创新、技术创新和工程素质培养模式研究，有效提高了学生的就业能力，缩短了学生就业后的适应期。

2.2.2 结合二——实验教学与教师科研相结合

学生工程素质的培养与教师科研紧密结合，及时把学科最新发展成果引入到实验教学中，将部分科研成果转化为实验项目，使实验教学内容、方法和手段取得创新。开设课题型实验、设计型实验，引导学生进行研究性和探究性学习，着重培养创新能力。如《普通物理设计实验》课程中的实验多数来自于教师科研课题，学生参与教师科研，发表相关的实验论文，并在前期设计实验的基础上，在大四阶段将相关课题的深入研究作为毕业论文工作，仅应用物理学专业近两年获江苏省优秀毕业论文二等奖2项、三等奖1项。如：学生参与教师承担的江苏省自然科学基金项目，学生参与光学望远镜的设计，提高学生的工程素质与能力。相关研究成果已发表于省级以上学术期刊，申请与授权发明和实用新型专利多项。

2.2.3 结合三——实验教学与学科竞赛相结合

物理实验教学与学科竞赛紧密结合，在开设的设计性实验中注重课堂教学的延伸，通过开放实验室把设计性实验内容进一步拓展，学生申报省级或校级学生科研项目，完成的科研作品参加省高校大学生物理及实验科技作品创新竞赛或挑战杯等竞赛。近年来，学生主持江苏省高等学校大学生创新训练项目23项，创新项目的成果自制成多项实验作品，获“江苏省高校大学生物理及实验科技作品创新竞赛”获2项特等奖、4项一等奖和二等奖。参加“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品和创业计划大赛，获国家三等奖、江苏省二等奖和三等奖共8项，学生获全国大学生结构设计竞赛三等奖2项和省级测绘仪器操作技能大赛等奖项16项。

2.2.4 结合四 ——实验教学与学校优势学科相结合

物理实验教学与“土木与环境工程学科群”优势学科中的实践教学相结合。获苏州市科技进步三等奖的物理实验教学成果 “液压试验机智能数显仪表”，经过改进用于土木类专业的力学实验，在应用液压试验机进行水泥预制块破坏性试验中，测量破坏时水泥预制块所承受的最大压力。物理实验教师与环境专业的教师共同编写教材《物理性污染与防治》，该教材2006年由化学工业出版社出版，2009年获得学校教学成果二等奖。

2.2.5 结合五 ——实验教学与新兴产业相结合

物理实验教学与新兴产业相结合。学校与昆山双桥传感器测控技术有限公司联合成立苏州市工程技术研究中心。利用这个合作平台，开展传感器制作及传感器测控技术及实验教学研究，学生在此平台上完成的作品“压力传感器与水位控制”获江苏省高校大学生物理及实验科技创新作品竞赛特等奖。学生在教师指导下，成立课题组，研制开发“太阳能电池综合实验仪”，该实验仪器已批量生产，在教学中得到使用并已申请专利。与苏州木兰电子科技有限公司合作开展的基于“物联网”的2.4GHz射频技术，也已应用于实验教学研究。

实验教学与产业相结合的教育过程中，企业为学生提供了开放的认识、学习、实践的环境，学生接受的教育是全方位的，它改变了以往封闭的刚性教育模式，拓宽了人才培养范围，开放的环境更有利于学生工程素质的培养。

3 结 论

根据社会对专业人才的需求及应用型本科人才的特点，通过建立与实施“三层次”与“五结合”的多层次、多元化的物理实验教学体系，学生综合素质明显提高，专业能力增强。物理实验教学从课堂内系统的、综合性的技能训练，到课外的自助式开放实验、贯穿校内学习全过程的专业素质拓展训练和校外实习相结合的培养，通过产学研合作实现工程教育，加强学生工程意识，突出工程素质培养。

［1］查建中，何永汕.中国工程教育改革三大战略［M］.北京：北京理工大学出版社，2009.

［2］魏克湘，刘迎春，董丽君，等.工程应用型人才培养实践教学体系的研究与实践［J］.中国人民大学教学，2011（1）：74－76.

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