基于实验素养和创新能力培养的物理实验教学研究

赵树军,李　滨

(黑龙江工程学院 电气与信息工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050)



基于实验素养和创新能力培养的物理实验教学研究

赵树军,李滨

(黑龙江工程学院 电气与信息工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050)

摘要：大学物理实验教学是学生实验素养和创新能力培养的一个重要环节，是培养符合现代科技发展和工程需求的高素质、高能力创新人才过程的重要组成。为激发学生的主观能动性，提高学习兴趣，促进个性发展，在结合国家“卓越工程师教育培养计划”的基础上，对大学物理实验教学体系进行了研究，并对教学过程中实验室资源的规划与利用进行了初步的改革与实践，进而提出一种适合培养学生的实验素养与创新能力的大学物理实验教学新体系。

关键词：应用技术；实验素养；创新能力；教学体系

1研究目的及意义

大学物理实验是学习和巩固物理知识，强化科学态度，培养综合与创新能力的基础性、实践性的教学课程，其教学理念、教学方法和教学效果不但直接影响学生对物理学基础知识的理解和掌握，还关系到学生学习态度、科学理念和创新能力的塑造与培养。基于黑龙江工程学院“卓越工程师教育培养计划”人才方案要求，通过推进大学物理实验教学的改革与实践，来构建可持续发展的物理实验教学新体系，给学生营造了从被动学习到自主学习，到应用性学习的循序渐进阶梯型的实验环境和学习氛围。新体系不仅大大激发了学生的学习兴趣，而且能实现向专业实验的过渡,对提高学生实验素养，培养学生创新能力具有非常重要的现实意义，对大学物理实验教学改革具有一定的理论研究和应用的价值，能够为学校实现应用技术大学的转型与发展，建立可持续发展的创新型实验教学模式，发挥十分积极的促进作用[1]。

2大学物理实验教学体系的改革与实践

2.1制定适合地方工科院校人才培养要求的实验教学内容的改革与实践

传统的大学物理实验都是按照力学、热学、光学、电磁学、近现代物理实验等内容划分的，由于各学科的独立性，忽略了学科之间的兼容与互补，各学科各自为战，限制了学生跨学科的思维与创新能力的培养。根据学校自身的情况和实验条件，从2001年自己编写大学物理实验指导书开始，不断完善，不断地对实验教材进行修改，根据学校的实验室情况和学生的能力水平以及教学大纲要求，于2008年在黑龙江省教育出版社出版了适合本校学生使用的《大学物理实验》教材。为了适应“卓越工程师教育培养计划”要求，于2011年在北京邮电大学出版社公开出版了《大学物理实验》教材，该教材根据教学大纲和学校多年发展的要求打破了以往力学、热学、光学、电磁学、近现代物理实验顺序，按照基础实验、综合实验、设计实验进行分类，达到符合“中国特色应用技术大学”模式要求的实验能力培养教学体系。这种新体系的建立，不但培养了学生的实验素养和创新能力，而且使学生在实验研究方法、实验设计思想等方面得到了提高和升华[2]。

在学校应用型人才培养方案的指导下，改变以往陈旧的教学方法，建立教学以学生为本，教师为学而教的教学思想，帮助和促进学生独立地完成物理实验能力的提高，激发学生的积极性和主动性，使其形成强烈的学习动机和兴趣。通过调整使得学生能够更加系统地掌握物理理论知识，进一步加强了解近现代科技进步成果，充分利用学校对实验室投入的新的、先进的、符合现代物理实验教学的仪器设备，让学生学会使用新的实验仪器、工具以及新的实验手段测试各种物理量，而且在实验中教师和学生严格执行实验室的管理和实验操作规范，尽量避免实验仪器的损坏，做到规范使用、操作、爱护实验设备，在教与学中不断提高学生自身的动手能力和实验素养。在实验内容教学改革实践中，建立实验内容的连续性、科学性体系，使传统实验的进一步拓展与现代科技发展和工程应用相联系，把以学生为中心，教师为辅导者作为目标，根据现有的实验设备和实验环境，进一步发掘创建一些综合性，设计性，创新性的实验内容，创建不同的实验教学模式情景，使学生带着问题来完成实验。例如：在迈克尔干涉实验中加入光纤传输技术，并要求对钠黄光双线进行测量；在惠斯登电桥试验中加入对发光二极管特性曲线的测量；使学生了解现代科学技术；在不良导体导热系数测量试验中通过测试不同保温建筑材料的导热系数，来验证保温材料的技术指标可靠性，从而启发和培养学生的创新意识和能力。教师在教与学的过程中不断更新自身的知识，增强其前瞻性和创新性，通过加强自身的知识储备保持教学内容和思想的先进性和实验内容的优化性[3]。

总之，通过转变教学理念，以教师为主导，以学生为主体，以能力培养为第一要务，以学以致用为目标，注重实验内容和现代科技以及生活实际的联系，在实验中不断践行“以人为本”的教育理念，“以学生为中心”的教育主体观，“以能力为中心”的教育质量观，“以强素质为中心”的人才培养观。只有这样，才能培养出适应地方应用技术型大学战略转移的复合型人才。

2.2与专业相结合的实验选课的改革与实践

根据地方工科院校人才培养方案要求，加强与专业相结合的物理实验的选课制度改革，一方面有力地推动了学校教学试点的整体改革，为基础实验到专业实践教学的改革提供了思路；另一方面大大激发了学生的学习兴趣，为学生的个性发展在时间和空间上提供了宽松的环境[5]。按照全校理工科专业分成三个“大类专业”模块，在每个模块的实验学时不同的情况下对实验内容和实验要求做出相应的调整，来满足各院系不同专业对大学物理实验的要求，建立不同的教学大纲和教学计划，打破以往的全校学生统一的教学模式，从而更能体现专业相关联的重要性。打破以往的物理实验室的封闭性，积极探索基本实验与开放实验的相互结合，形成全新的“半开放式”教学新模式，既满足学生的基本实验的和基本实验仪器的操作使用技能，也能充分利用实验室的现有资源调动学生的主观能动性。加强设计性试验和相关性实验，例如：利用杨氏模量实验测试结构力学模型的弹变模量和应变模量来分析不同设计方法的抵抗外力的能力；用霍尔效应实验测试电机线圈的磁感应强度；在迈克逊干涉仪测激光波长中加入光纤传导，既改善了激光能量的损失，也让学生更多地了解现代科学技术；利用测不良导体的导热系数实验去测试不同化学保温材料的保温性能；用液体表面张力实验去测试不同酒精浓度的白酒张力系数，根据张力系数的规律性变化去验证各种白酒的酒精度数；学会用示波器测声速、测磁介质和铁磁质磁滞回线和磁化曲线等等[6]。

总而言之，根据不同专业的学生，去对应不同的实验内容的设置给学生提出思路，充分调动学生的主动性，增加研究性的机会，从而培养应用技术大学学生分析问题和解决问题的能力，提高学生的专业素质和实验素养。

2.3理论和实践相联系的实验课程考核方法的改革与实践

改变以往的物理实验以基础实验占80%的考核方式，变成实验成绩由基础实验和开放设计性试验各占45%的评分方法，对提出合理性建议的、有创新方法的、有成功样品制作的学生，根据贡献程度给予不同的加分。另外，每学期根据学生的选课内容，期末增添一次实际操作考核(是必选内容，由学生抽签决定自己考试内容)，主要考核学生平时实验的基本操作技能，该考核以提高学生的实验素养为目的，占总成绩的10%。通过操作考试的考核方式，既从实际动手能力和创新能力方面考察了学生，又突出了学生的实践能力和创新意识的培养，激发了学生在实验中学习的积极性和主动性，取得了良好的效果[7]。

总之，充分发挥了学生的积极性和主动性，从以往的“要我做”到现在“我要做”转变到应用技术人才的培养思想模式，从预习到实验整个过程都激发了学生的学习动力，在研究和探索、动手和创新方面在教学效果上取得了较大的提高。

2.4完善实验教学方法的改革与实践

学校实验室从2004年建设了大学物理实验室的开放物理实验室计算机管理系统，方便学生对实验课的选择。对于各专业不同的物理实验学时，建立了不同的选课要求，加强了学生学习的自主性和积极性，通过大学物理实验室“开放物理实验室计算机管理系统”的不断完善，逐步达到了对学生实验成绩的计算机管理，实施了教学工作和仪器设备计算机网络化管理。将理论教学、实验设计、计算机仿真实验、多媒体技术和计算机采集处理实验数据等现代科技手段应用于实验教学，给实验教学注入时代发展的活力，让学生更好地掌握现代科学技术，培养和训练学生运用物理思想，建立物理模型和设计实验的创新意识与能力。利用模拟仿真的实验方法在物理网络教学和实验多媒体教学中设立动画演示实验室，解决了很多无法观察的物理现象和实验室现有条件的制约的物理实验，得到了良好的物理结果和物理实验规律的验证，例如：光的干涉、衍射、偏振等。为了充分发挥学生的动手能力，在教师的带领下选择自己设计实验内容，选择仿真物理器件，自己组装和调试，得到仿真结果，例如极端放电；雅格布天梯实验；横波与纵波；电风；多普勒效应；涡流等[8]。

通过不断的探索和完善教学新方法，来最大程度地挖掘学生的聪明才智，增强学生对物理实验的兴趣和实验能力，通过独立完成的设计性实验，培养学生的独立思考、分析和解决问题的能力，也培养了应用技术大学学生的创新意识和对学好专业技能的渴望。

2.5选择优秀的实验团队和指导实验教师去其他高校、企业单位、科研机构专业实验室交流

打破传统模式，积极主动和其他院校或相关单位联系，进一步了解当前的知识发展信息，学习更先进的实验教学方法，将更有特色的优秀实验教学模式和教学理念传授给学生，提高学校毕业生未来在社会的影响力，从而达到社会对学校的认可和宣传作用。通过物理实验与专业实验相结合的实践和探索，我们不断把大学物理实验室和专业实验室进行相互结合，使学生认识到物理实验的重要性与专业实验相结合的连续性。这需要物理实验教师的正确引导和加强专业实验室的基本知识，我们物理实验室通过不断地探索，与专业实验室的学习和交流，掌握了很多物理实验和专业实验相联系的切入点。例如：光学实验和测绘工程学院的水准仪、经纬仪、全站仪相联系；电磁学实验和电子系的专业实验室相联系；力学实验和工程力学和材料力学实验室相联系等[9]。

总之，创新教育的培养是应用技术大学发展重要组成部分，需要一个可持续发展的物理实验教学体系，加强和专业实验室相结合以及相关的生产企业的联系，给学生营造循序渐进阶梯型的实验环境和学习氛围，激发学生的学习兴趣，激励学生个性发展。

3结束语

物理实验教学是培养具备现代科技素质的高质量高层次创新人才的重要实践环节，如何建立一种适合当代科技发展的实验教学新体系，能够满足各层次学生学习需要，激发学生学习积极性和主动性，培养创新意识和能力，是目前高等院校教育教学改革面临的问题之一。通过物理实验教学体系改革与实践，培养学生坚实的实验科学基础、勇于探索的创新思维、坚忍不拔的奋斗精神，更好的促进学生做实验的主动性很积极性[10]。如何在国家建设“中国特色应用技术大学”契机的基础上，根据我校“卓越工程师教育培养计划”人才培养方案的具体要求，在教学中不断推进物理实验教学的改革与实践，提高学生实验素养与创新能力培养，建立物理实验教学新体系，本着理论联系实际的前提下，在我们今后工作中将不断完善和进行新的创新。

参考文献

[1]施卫，马德明，苑进社.加强实验教学改革 培养学生创新能力[C].大学物理课程报告论坛论文集，高等教育出版社，2005:227-229.

[2]王守国，董建敏.培养学生创新能力的一个教学例证 [J].物理通报，2000(3):8-9.

[3]翟建才.注重接轨，强化创新，促进大学物理教育发展 [J].物理通报，2002(10)：14-18.

[4]李华钟，崔世治，吴深尚.关于理论物理教学改革的若干思考与实践 [J].物理, 2000, 29(6): 376-377.

[5]樊旭峰,卢雁,沈丽萍.从人才培养目标看大学物理实验改革的趋势[J].沈阳建筑工程学院学报：社会科学版,2004,6(1):85-86.

[6]李朝荣,徐平,李华,等.物理实验课程体系改革的尝试[J].北京教育:高教版,2005(2):35-36.

[7]卢荣德, 程福臻, 陶小平.大学物理教学模式的探究与实践[J].教育与现代化,2010(2):35-39.

[8]施菊华.大学生创新能力培养机制的构建与实施[J].重庆工学院学报:社会科学版,2009,23(5):179-181.

[9]李祖樟.卓越工程师培养目标下的物理创新竞赛研究[J].现代阅读,2011(3):2-3.

[10] 赵树军．“卓越工计划”背景下大学物理教学改革的探索与实践[J].黑龙江工程学院学报，2014(4)：78-80.

[责任编辑：路晓鸽]

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(本刊编辑部)

Teaching of physics experiment based on experimental literacy and innovative capacity

ZHAO Shujun，LI Bin

(College of Electronic and Information Engineering,Heilongjiang Institute of Technology，Harbin 150050，China)

Abstract：University physics experiment teaching is an important part of developing the student experimental literacy and innovative capacity, which is an important component of developing high quality, high capacity talents that can meet the needs of modern science and technology development and engineering. In order to inspire the sudents’ initiative, enhance their interest in learning, and promote the development of personality, based on the conjunction with national “excellent engineer education and training plan”, this paper proposes a physics experiment teaching system, and makes preliminary reform and practice on planning and using laboratory resources in the teaching process, then provides a new system of college physics experiment that adaptes to the students’ experimental literacy and innovative capacity.

Key words：applied technology; experimental literacy; innovative capacity; teaching system

中图分类号：G642.423

文献标识码：A

文章编号：1671-4679(2016)01-0070-04

作者简介：赵树军(1970-)，男，副教授，研究方向：大学物理教学.

基金项目：2014年黑龙江省教育厅规划课题(GBC121405)

收稿日期：2015-09-09