大学物理开放式实验教学模式的构建与高校创新型人才的培养

刘春宇 徐瑛 张志颖 周成城 孙秀平

大学物理开放式实验教学模式的构建与高校创新型人才的培养

刘春宇 徐瑛 张志颖 周成城 孙秀平

（长春理工大学，吉林长春130022）

大学物理基础实验是大学生进入大学后第一个接触的一门实验课程。结合我校多年大学物理开放式实验室的教学工作经验，以培养学生观察能力、动手能力、创新思维为出发点，探讨开放式教学在大学物理实验中的地位和作用，并对下一步的工作的开展提出几点建议。

大学物理实验；开放实验室；创新

物理学是一门实验的科学，物理学上新的突破常常是通过新的实验技术的发展，从而促进科学技术革命，形成新的生产力[1]。物理学在人才的科学素质培养中具有重要的地位，大学物理实验课是理工科学生进入大学后第一门科学实验课程，该课程在培养学生基本实验技术、观察能力、实践能力、创新能力、独立工作能力等方面，是其他课程所无法取代的[2]。但在传统的大学物理实验教学中，学生往往过分依赖于实验讲义的内容及老师的指导与讲解。在这一过程中，做什么实验？怎么做？应该得到什么样的结果？都有较为严格的规定，学生在实验中虽然锻炼的动手能力，但自主思考和创新意识并没有得到极大的提升。而当社会，科技飞速发展，时代急迫的需要大量具有大量创新意识、创新思维、创新能力的高素质人才。为了满足社会对高素质人才的需求，提高高等院校理工科学生的创新能力，促进大学物理教学改革，提高实验教学的质量及实验室仪器的利用率，提出了在大学物理实验中逐步加强开放式教学模式的新思维，促进高校创新型人才的培养[3]。

1.大学物理实验教学改革的必要性

目前国内多数高校的大学物理实验仍以传统教学模式为主，这种教学存在着许多弊端，如实验内容较为传统，多为验证性实验，即验证大学物理理论课堂上所学的理论知识，实验内容较为单一。这种传统教学模式有其开设的社会经济背景条件：以前学生在初、高中物理学习阶段亲自动手操作实验的机会较少，动手能力较弱。在大学低年级的学习阶段，突然安排难度较高、灵活性强的实验会使学生无所适从。但随着我国社会经济水平的提高，很多初、高中学校已经具有一定开展基础物理实验的能力和水平，使部分学生在进入大学之前就已经具备一定或相当的动手操作能力。此时，再让这些同学去重新做他们已经做过的经典实验，无疑会打击学生对物理学习的积极性；有的实验题目与学生专业相关性不大，学生学习兴趣不浓，参与性不高。这些都会使学生对实验产生厌烦的情绪，缺乏创新意识和创新热情。这些现象均与现代高等学校教育的宗旨完全相悖，不利于创新型人才的培养要求。

为了满足现代化教育的要求，培养学生自主创新能力和个性发展，逐步尝试全方位、多层次的开放式教学模式是大学物理实验教学改革的必然趋势和发展方向，是许多高校都在努力探索和实践的一项重要课题，对传统的教学模式、教学内容和管理模式的巨大挑战。

2.大学物理实验开放式教学模式的构建

为了培养学生自主创新、独立思考、分析问题、解决问题的能力，满足现代化社会对高素质人才的需求，在高等学校大学物理实验教学中实行全方位、多层次、深入的开放式教学改革是必然的趋势与发展方向。同时，也是对传统实验教学观念、教学内容、教学管理模式和评估手段的巨大挑战[4-5]。

2.1 实验内容

合理选择实验教学内容，实行开放型实验教学，充分发挥学生的自主性，保证实验室开放效果，同时注意与理论课内容的同步性，循序渐进的实验教学体系。我校依据自身条件，自2005年起逐步实现大学物理实验室的开放，至今所开设实验题目均可直接面向我校理、工科学生全面开放。开设实验题目共计32个，实验内容涵盖力学、热学、光学、电磁学四个领域；实验组成分为验证性实验、综合性实验、设计性实验、演示实验和研究创新型实验等，形成从基础物理到近代物理，从基础操作到综合能力培养逐步提升的实验课程体系。

实验内容以光学、电磁学为主，力学和热学实验为辅，因为传统的力学和热学实验多为验证性实验，而在综合性、设计性实验中则更多的体现为学生对力学、热学、光学和电磁学的综合技能的培养。

2.2 建设开放性实验预约及管理平台

充分利用校园网的优势，建立完善的实验时间网上预约制度，建立具有自身特色的网络化实验题目预约、教学和实验室管理信息平台，确保开放性大学物理实验的顺利开展。信息平台包括控制中心网站、物理多媒体教学展示平台（包括大学物理实验网络课件及物理演示实验相关视频）、开放式实验室网上预约平台（主要包括实验题目及需要的相关仪器，以便实验老师提前进行实验准备，并需注明是否用到强激光或化学试剂等具有危险性物品）、实验室相关安全规定与基础操作知识的测试平台、网上查询系统、教师网上成绩评估平台、学生网上咨询平台等子系统。信息平台及相关子系统的建设及规范化管理使其教师即完成实验课堂的前期指导工作、也可实现课后辅导及成绩评定。

我校大学物理实验室已建立QQ讨论群及微信讨论群，使老师能够及时解答学生关于实验预约、实验数据处理、分析、实验报告的发放、实验中出现问题的反馈其它实验相关的问题。该方法的实施极为有效的提高了学生实验的积极性，使师生之间能够得到更有效率的沟通。

2.3 开放式实验的教学方法及教学手段

根据实验教学的特点，采取多种教学方法相结合的手段，提高教学效果。如讨论式教学、互动式教学和任务式教学等教学方法。教学中综合运用多种教学手段，如教师讲解、仪器演示、现象模拟和多媒体演示等，激发学生学习兴趣，强化教学效果。充分利用校园网络对实验教学内容进行课前预习及课后复习，使学生能够充分学习和掌握实验教学的内容。同时，在网络上可适当增加实验背景及其相关知识的介绍，如大学物理演示实验，实验内容较多，涉及的知识面比较广泛，而课堂时间有限，因此将相关的背景知识、理论知识在网络上共享，满足不同层次学生的学习需求，也提高学生的自主学习能力。

我校是一所以光学为特色的高等学校。因此，在大学物理演示实验题目开设则考虑以光学、电学及近代物理演示实验为主，以突出光学的专业特色。大学物理演示实验每年可开出近60题目，分上、下两个学期，每个学期3学时，主要由老师操作并讲解实验现象，学生观察思考为主。通过近10年的教学观察，演示实验对提高学生学习兴趣、观察、分析、理论联系实验能力是非常有效的，同时也激发了学生的创新意识。

2.4 开放式实验的考核方法

我校总结数年实验室开放的经验，制定了一系列实验考核方法。针对学生实验预习、实验态度、操作水平、报告书写、实验设计能力等多方面综合进行评定，纳入该题目的最终成绩。对不同实验题目，通过提问的方式考核学生实验课前预习的程度；通过实验操作水平来考核学生动手能力；能过实验报告来考核学生综合分析、数据处理、书面表达，以及课后思考的能力。其中实验预习、实验操作、数据处理各占总成绩的30%，40%和30%。通过全面、综合评定学生的实验能力，充分尊重学生的个性和创造性，培养学生严谨的科学态度。

2.5 开放式实验室的管理

有别于传统的实验教学管理方法，开放式实验教学突出开放性、灵活性及创新性，把一个领域的多个知识点或多个领域的知识内容融合于实验中，使学生从多个不同的角度、不同的方向去寻找问题的解决方法。开放式实验室的管理在时间上要更为灵活，我们学校大学物理实验室不仅在工作日开放，在休息日也有选择的开放，更方便学生对实验时间的选择。为了使实验室开放工作更有成效、持久和深入，我们不断加强和完善教学管理和各项规章制度，加强实验教学队伍建设。

3.结束语

开放性实验是高等院校培养高素质创新人才的要求，是深化高等学校教学体制改革、培养学生综合实践能力的重要手段之一。实现开放型实验教学模式，我们目前还有许多问题需要解决。因此，在接下来的工作中，一方面要丰富实验内容，保证设备高效运行，完善开放实验的具体细节工作；另一方面，要加强实验教师队伍建设、教材建设、实验室管理规章制度建设、网络信息平台建设等。相信在开放性实验室的建设中，我校物理实验教学质量必将得到全面的提升，为培养出同时具备综合实践能力和创新能力的创新型人才打下坚实基础。

[1]刘扭参，李俊青.开放式物理实验教学的探索和实践[J].河南教育学院学报（自然科学版），2012，21（1）:58-60.

[2]劳媚媚，徐军，陈如麟.开放实验室条件下的大学物理实验教学改革新探[J].实验室研究与探索，2010，29（8）:235-237.

[3]张志芹.加强开放实验教学，提高物理实验教学质量[J].实验技术与管理，2011，28(8):287-290.

[4]艾莉，马骏，汪子栋，刘淑芳.开放物理实验室加强物理实践教学[J].甘肃科技，2005，21（8）:207-208.

[5]杜颜伶.综合性大学物理实验改革的探索与实践[J].高校实验室工作研究，2012，114（4）:24-25.

（责任编辑：方少卿）

G642.423

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1671-752X（2015）04-0060-02

2015-08-27

刘春宇（1978-），女，河北滦县人，长春理工大学理学院讲师，博士，研究方向：大学物理实验教学、光谱学与光谱分析技术。

2014-2015年度长春理工大学高等教育教学研究课题“大学物理开放式实验室的建设与研究”；2012-2014年度吉林省教育科学“十二五”规划2011年度课题“美国创新教育与中国高校素质教育的对比研究”（编号：GH11118）；2012-2014年度国家自然科学基金项目“高压含锂轻元素二元合金超导电性的第一性原理研究”（编号：11104019）。