分层次开放性团队化的实验教学模式构建

摘要：实验教学在培养学生的实践能力、创新能力和科学素养等方面，扮演着重要角色。大学物理实验可以根据不同科学思维水平和实验技能分为基础性实验、综合提高性实验、设计性实验和研究性实验四个层次。实验中心除了保证教学时间、实验室和仪器设备的全面开放外，学生还可以根据兴趣和能力，从实验中心给定的多个题目中选择，或者自己提出具有可行性的实验题目，在教师的指导下，查阅文献资料，设计实验方案，制定操作步骤，完成实验报告。依托学生科技创新项目平台，以学生为主体、教师为主导，组建项目团队、教师团队和学生团队。真正实现分层次、开放性、团队化的实验教学，有效地培养学生的创新能力。

关键词：物理实验；分层次；开放性；团队化；教学模式

中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1002-4107（2014）07-0003-02

大学物理是全部理工科学生的必修基础课，实验作为大学物理教学的重要基础、重要内容、重要方法和重要手段，在大学物理教学中具有十分重要的地位和作用[1]。它不只是训练学生的技能，锻炼学生的动手能力，更重要的是启发和培养学生科学的思维方法及创新能力，激发学生对物理的热爱，培养学生的科研兴趣。因此，通过物理实验教学培养学生科学素养、提高学生创新能力是必要的而且是可行的[2]。

从创新能力培养出发，大学物理实验教学应该建立一套按照课程知识体系的内在规律和顺序进行系统教学，使科学素质培养贯穿于实验教学全过程的教学模式[3]。黑龙江大学物理基础实验中心，尊重认识的发展规律，根据自身教学特点，建立了分层次、开放性、团队化的物理实验教学模式，针对不同层次的教学内容采用不同的教学方法，对学生的创新能力进行专项培养，将创新理念引入物理实验教学。学生可以根据自己的兴趣和能力选择实验内容，实现学生自己查阅资料、自己思考、自己研究、自己设计方案、自己制订步骤完成实验，完全打破了传统教学模式，实现分层次、开放性、团队化的新模式教学，更有利于高素质人才的培养和优秀人才的涌现[4]。

一、物理实验分层次教学模式

作为理工科学生的必修课，大学物理实验发挥着积极而重要的作用。根据实验内容的难易和知识水平的差异，可以将实验划分为四个层次，即基础性实验、综合提高性实验、设计性实验、研究性实验。不同层次的实验，采用的教学方法也不相同。

（一）基础性实验

共开设六个基础性实验，如测量物体的密度、惠斯通电桥、分光仪的使用等，都是十分经典的物理实验。基础性实验主要培养学生的基本实验技能、测量方式方法和实验兴趣，主要包含实验仪器的正确使用和基本物理量的测量，对物理学中的力、热、光、电几方面的知识都有涉及。基础性实验作为所有实验的基础，是全体理工科学生的必做部分，需要教师悉心指导，详细讲解。

（二）综合提高性实验

充分整合现有教学资源，共开设二十多个综合性、提高性实验，如转动惯量的测量、太阳能电池特性的测量等，拓宽实验的广度，加深实验的难度。在实验选题时，教师会提出指导性的意见和建议，学生根据兴趣和能力选择一定数目的实验题目。在实验过程中，老师着重负责讲解实验原理、设计思想和创新理念，引导学生独立完成实验，教师并不是面面俱到，遏制学生的创新思维。综合提高性实验是对基础性实验的检验和创新，是开启学生创新思维的阶段性成果，是考验学生综合运用物理知识和动手操作能力的有效途径。

（三）设计性实验

设计性实验的开设主要是检验学生的独立学习能力、综合知识运用、实验技能技巧等多方面素质。通过基础性实验和综合提高性实验的锻炼，教师的工作就从主导教学转换为指导咨询和启发，而学生也从被动学习转换为主动学习。设计性实验是以学生为主导，通过独立进行实验，检验学生是否真正掌握有关知识和技能，来解决实验中遇到的新问题。设计性实验对于学生来说难度较大，故作为一门选修课程。经过师生共同努力，已经开设了如多方案测量可溶物密度、多方案测量检流计电阻等二十多个设计性实验，供感兴趣、有能力的学生选做。

（四）研究性实验

研究性实验主要是培养学生的创新思维和创新能力，优秀本科生和研究生进入教师科研课题的子项目中，参与课题研究，也可以通过与指导教师协商讨论，开设学生独立的研究项目。建设学生学术科技创新项目平台，完善项目申请、开题、中期检查、结题一整套的管理体系，以发表论文、申请专利、开发实物、参加竞赛为结题成果。两年来，本科生署名发表十余篇EI检索的较高水平论文，取得了大量的创新研究成果。

二、物理实验开放性教学模式

物理实验可以分为必做实验和选做实验两个部分，其中必做实验主要是基础性实验，是每名学生必须完成的内容，但是实验时间不是固定的，学生可以自由预约上课时间；选做实验包含综合提高性实验、设计性实验和研究性实验。这三类实验是学生可以根据自己的兴趣进行自主选择的，选做完成规定数目的实验就可以得到学分。另外，学校还设立了开放实验室项目、创新实验室项目和学术科技创新项目，鼓励学生进实验室进行课题研究。开放性教学模式更具针对性，能够实现因材施教，有利于学生合理分配学习时间，更有助于培养学生的学习兴趣。但是，这种实验模式还未普及，主要是各大高校的实际情况无法实现真正意义上的开放。教师庞大的工作量、仪器设备的高度损耗、经费紧张、学生兴趣培养难度大等诸多因素的共同作用下，导致开放性实验教学模式的正常运作存在很大难度。作为省级实验教学示范中心，在相关基金项目的支持下，黑龙江大学物理基础实验中心努力加大经费投入，改进仪器设备的管理维护，增加兼职实验教师的人数，保证了实验室的高质量全方位开放。

三、物理实验团队化教学模式

在物理实验教学中，引导学生形成创新思维是一项重要工作。不拘一格降人才是提高学生创新能力的前提；改革教育模式和教学方法是提高学生创新能力的重点；建设高水平的科研平台是提高学生培养质量的基础；加强教师队伍建设是提高学生创新能力的关键；倡导浓郁的学术交流气氛是提高学生创新能力的捷径。经过改革实践，我们组建了教师团队、学生团队和项目团队，打造了全新的团队化实验教学模式。

（一）教师团队：优势互补

学生创新能力的培养，最主要的就是学生科研素质的培养，在培养过程中教师起着主导作用。但是现如今，单个教师却很难胜任这一主要作用。因为科学的进步和学科的发展速度在不断增加，专业内涵不断深化，交叉学科的产生以及学科间的紧密联系，要求教师本身要具备更多学科的知识，并加以综合运用。一般情况下，单个教师很难达到上述要求。但是，许多高校又对团队精神要求不高，论文、专利等一般只看中第一作者，教师之间竞争激烈，很难合作。因此要建立真正意义上的教师团队就需要有明确的措施。根据我校的实际情况，物理基础实验中心规定，每个实验题目由4名以上教师担当授课任务，组成教师团队，教授、副教授、讲师等组成一队，配合实验能力较强的实验员，进行集体备课、互相听课、定期教研活动，共同完成实验教学。开放实验室项目、创新实验室项目和学术科技创新项目实施过程中，每个实验项目的多名指导教师组成一个教师团队，教师团队具有明确的目标和规划，从立项到任务分解，形成阶段性任务队列，便于不同层次的学生选做。教师团队内部分工更为细化，必要时确定实验节点，综合考量一个团队的进度，教师间的优势互补将更有益于实验题目和实验项目的完成。最后，通过实验的完成程度和效果来衡量团队的实力，促进师资队伍水平的提升。

（二）学生团队：合作创新

在学生中，不仅竞争意识强，合作意识也很强。在设计性实验和研究性实验中，一个实验题目或项目，将几名学生组建成团队，创建良好的合作氛围，更有益于实验题目和项目的完成。组建团队可以按照学生自己的想法自行组建，也可以由教师推荐。不同年级的研究生、本科生，或者是不同专业的学生都可以构成一个团队，通过强强联合、优势互补，可以增强项目的持久性，也可以培养后备力量，为后续实验队伍的组建打好基础。团队内部分工明确，根据每个组员的优势进行任务分配，促进学生的积极性。

（三）项目团队：精益求精

每个学术科技创新项目、开放实验室项目、创新实验室项目、挑战杯或电子设计大赛题目，根据不同的题目和方向，组成独立的师生共同参与的项目研究团队。建议多名不同学科背景的指导教师，共同对一个学生项目进行指导。鼓励不同年级、不同专业的研究生、本科生混合组队，形成多元化、交叉式、梯队化建设。项目团队内部经常举办小型交流会或者学术会议，团队与团队之间也可以开展学术交流，提高学生的求知欲望，拓宽学生的研究思路和研究领域，打开学生的学术视野，传播当前科学动态和发展趋势。在项目团队模式下营造创新学术氛围，不仅能够锻炼学生的沟通交流能力，而且为实验项目的进行奠定了基础。在师生共同努力下，物理基础实验中心项目团队取得丰硕的创新成果，学生署名发表十多篇学术文章，参加物理相关竞赛多次获奖，学生的创新能力获得了稳步快速的发展[5]。

参考文献：

[1]沈元华.在基础物理实验教学中努力培养创新人才[J].大学物理，2000，(1).

[2]安文玉.在物理实验教学中促进学生高阶思维能力的发展[J].黑龙江教育：高教研究与评估，2012，(6).

[3]金恩培.浅谈美国、加拿大几所大学物理实验教学情况[J].物理实验，2002，（1）.

[4]邱菊，刘宇星.对物理实验课教学改革的认识与思考[J].黑龙江高教研究，2007，（1）.

[5]安利民.大学生实践能力与创新素质的培养[J].世纪桥，2011，（7）.

收稿日期：2013-11-25

作者简介：安利民（1979—），男，黑龙江齐齐哈尔人，黑龙江大学物理基础实验中心（省级实验教学示范中心）副主任，博士，副教授，硕士生导师，主要从事物理实验教法和先进功能材料的光学性质研究。

基金项目：黑龙江省高等教育教学改革工程项目（JG2012010500）；黑龙江省教育科学”十二五”规划课题（GBD1211048）；黑龙江大学学位与研究生教育教学改革研究项目（2012-25）；黑龙江大学第二届“三育人”科研项目（2012-16）