基于创新能力培养的开放式光学实验教学模式的探索与实践

余花娃 王晶 夏蔡娟 刘汉臣 张英堂

摘 要：与传统实验教学模式相比，开放式实验教学模式具有很大的优越性，该教学模式在实验教学改革中不断地发挥着积极的作用。文章以培养学生的创新思维能力为出发点，探讨了光学实验中开设开放式实验教学模式的可行性，同时还讨论了光学实验中增加设计性实验的必要性，并提出了开放式实验教学模式的实施方案。

关键词：光学实验；开放式教学模式；设计性实验

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）05-0024-03

Abstract： Compared with the traditional experimental teaching mode， the open experimental teaching mode has great superiority， and this model plays an active role in the experimental teaching reform continuously. The feasibility of open experiment teaching mode is discussed to develop the students' ability of creative thinking as a starting point in this paper， and the necessity of the design experiments in optical experiment is discussed， then implementing scheme of the this experimental teaching mode is putting forward.

Keywords： optical experiment； the open teaching mode； the design experiments

作為一门专业实验课，光学实验是继力热实验，电磁实验结束后所开设的一门专业实验课程，对于物理专业的学生来说，在力热与电磁实验的学习过程中，已经具备了一定的实验经验与技能，这为我们光学实验课程所开设的开放式设计性实验提供了基本条件。目前，对于该实验课程的教学，大多数院校采用的是传统的教学模式，这种模式使得学生过分依赖实验讲义和老师的讲解。由于该模式中关于实验目的，实验内容，实验操作步骤都已经完整地给出，学生只需按部就班地按照步骤来完成实验内容即可，在实验过程中，尽管学生在基本知识、基本方法、实验技能和动手能力等方面得到一定的锻炼，然而在自主思考和创新能力的培养上并未得到明显的提升。为了满足社会对高素质人才的需求，提高我校理工科学生的创新能力、光学实验的讲课质量、和光学实验相关仪器的使用率，本文给出一种新的教学模式，即在光学实验教学中增加开放实验室的教学模式[1-3]。开放实验室即以完成实验教学内容和相关科研工作为前提，学生根据自己意愿，将课余时间和实验室资源相结合，选择自己感兴趣的设计性实验题目，并且能够独立或在实验老师的指导下顺利完成实验；这种教学模式不仅是在时间上开放，同时还在教学内容和实验室资源等方面对学生开放的一种新型教学模式[4-7]。这种教学模式不仅突出素质教育的要求，而且培养了学生创新实践能力。在开放式教学模式的基础上我们增添一些设计性实验题目，这不仅培养了学生的创新性思维，还提高了学生独立完成实验的能力。

一、光学实验开放式教学模式的可行性分析

1. 经过我们理学院全体成员近几年的工作努力，物理实验中心已经完善了开放性实验的相关制度，从而确保开放实验的有序进行；同时还完善了相应的开放性实验工作量制度，对于参与开放性实验教学的教师，年终工作量要有所体现；另外，以提高开放实验的相关设备投资力度为基础，同时增加实验技术人员数量，从而保证实验仪器设备在使用过程中的及时维修和维护，最终保证开放性实验地顺利进行。

2. 大学物理实验中心已经建立了完善的开放式实验预约系统，如图1所示，通过网上预约来进行开放式实验教学。学生可以采用实验预约平台来进行光学实验项目的预约，这将会很大程度地减轻教师与学生之间信息交流上的困难，除此之外，物理专业学生还可以通过登录预约平台来查阅我们物理实验中心所具备的实验室资源、相关仪器的使用说明书，以及实验室的规章制度等等。

3. 本学院已经购置了大学物理实验仿真软件，构建了虚拟仿真实验平台，如图2所示，这个平台包括教材中所有大学物理实验的讲义，实验仪器的结构图以及实验操作过程的演示等等，学生通过该平台对我们所开设的大学物理实验内容有了一个大概的了解。最终学生可根据自己的兴趣和能力来选择适合自己的实验项目，这样，学生在进行实验之前已经做了充分准备，这也进一步避免学生做实验的形式化和盲目性。尤其是对于比较复杂的实验或者第一次上实验课的学生来讲，他们非常有必要在进行实验操作前，通过该平台来初步认识大学物理实验每个实验项目所使用的仪器和实验内容以及仪器的操作说明等等，以至于对自己所选的开放实验项目做到心中有数。

二、光学实验开放式教学模式的构建

1. 众所周知，光学实验是基础科学研究之一，然而，随着科技发展，光学实验所涉及的应用也日新月异，所以我们需要不断更新实验教学内容，然而目前的讲义比较陈旧，已经很难满足教学要求。因此，我们将以光学应用领域中最新的科技成果以及科研成果作为教授内容的重要部分，向学生讲述光学基本原理、光学仪器的关键技术以及光学科技发展趋势，一方面让学生能够充分地接触各种知识，同时还拓宽学生的视野，另一方面还使学生了解到最新的科技前沿动态，进一步培养和激发学生的创新意识。教学内容的更新还体现在内容的及时修正与调整上。通过调研近两年的学生就业市场发现，目前市场上需要光电应用专业的人才较多，而我们实验项目关于光电方面的实验项目以及仪器较少，这些将使学生不能有效地将两者联系起来，从而使得学生毕业后很难顺利进入光电信息方面相关的工作中。此时光学实验项目内容可以做适当的调整，适当增加一些光电信息方面的实验，可以让学生结合光电实验给出相关设计性题目，这可以激励学生创新意识。

2. 创建出有特色的网络化实验平台和信息管理平台，即以先进管理手段为基础，在开放实验室条件下，保证了光学实验教学模式的有效管理。从而确保我们光学实验中开放性实验教学工作的顺利进行。作为信息平台，它包含了中心网站以及多媒体展示平台。学生通过该平台可以在网上对实验进行预约等，同时学生在遇到问题的过程中可以实现网上咨询和相关研究等。关于信息平台，例如班级QQ讨论群以及微信群，这些平台不仅能解答学生在实验预约方面、实验数据处理和分析方面、实验报告的发放以及实验操作过程中所出现的问题以及反馈，还可以供师生对教学问题进行讨论等等。该方法不仅弥补了光学实验学时的不足，也可以集聚师生的新思想，新方法使得问题及时解决。

3. 作为教学过程的重要环节之一，即考核环节，它是教学活动中的有机组成部分。以近两年的实验教学实践为证明，发现该环节不仅有效地促进学生复习以及巩固自己所学的内容，而且也检查了他们对所学知识、方法和技能的理解程度、掌握及運用知识的情况，这既可以作为评定学生对学习掌握的有效手段，也可以检验实验教学效果、同时还取得反馈信息、从而进一步改进和提高教学质量。该环节可以作为推进教学改革的主要途径。“光学实验”是理学院的应用物理专业和微电子专业学生的专业必修课之一，这两个专业要求学生应该注重操作和专业性的相互结合，这就使得课程的考核方式呈现出形式多样化。因此，我们根据光学实验室开放的相关情况，拟定了一系列实验相关的考核方法。主要针对我们专业学生在实验过程中的实验预习方面、实验操作水平方面、实验报告的书写、实验设计能力等各方面实行综合评定，最终纳入该实验题目的最终成绩。对不同类型的实验题目，可以通过提问的方式来考核学生对实验内容课前预习程度；也可以通过实验操作水平来考核学生的实验动手能力；通过实验报告处理来考核学生在综合分析方面、数据处理和书面表达方面，以及课后思考方面的能力。其中课前实验预习、实验操作、实验数据处理分别占总成绩的20%，30%和30%。在总评成绩考核中，同时提供创新性论文的考核方式，该部分占总成绩的20%，由学生自由选择。学生可以以自己感兴趣的设计出某种新的实验方案来测试某些光学待测量，以该实验方案为主题写一篇论文以考查学生运用知识、分析问题的能力。除此之外，如果学生准备发表一些实验型论文，他不仅需要查阅大量的文献资料，同时还需对文献进行综合分析，从而提炼出自己的观点，同时还提出解决方案，整个论文准备过程进一步锻炼了学生的科研能力以及创新能力。

总之，我们所采取的开放式实验教学模式，它的主要核心就是体现了学生的主体地位，同时也激发了学生在学习过程中的主动性和积极性，从而提高学生的自主学习能力，这种模式也是让学生主动参与到教学研究中去。从教学方法角度来说，这不仅保证了学生在学习时间和学习空间中的自由，还实现教学内容和教学方法上的创新，通过这种教学模式，使学习的主动权掌握在学生的手里，这使学生对我们光学实验学习过程将产生全新的认识，也就可以使学生更好地参与到实验活动中去。最后，在该教学模式下，只有保证仪器设备上的充足，才能使学生更好地实现独立学习和自主研究，即学生从实际出发，进一步提高学生的实验动手能力。

三、光学实验增加设计性实验的必要性

光学实验是高等院校物理专业必修的一本专业基础课程，其中光学设计性实验的开展不仅加深学生对光学课程内容的深刻理解，而且还进一步提高学生的实验技能，培养学生的分析和解决问题的能力[8]。近年来，通过给学生的讲授过程中，逐渐发现现在的教学内容存在一些弊端。光学实验室所开设的实验项目过于基础，没有相关的设计性实验作为辅助，从而无法培养学生的创新思维能力。因此，我们如何根据现有的光学实验项目，合理给出其相应的设计性题目才是问题的关键所在。因此，我们查阅了国内知名大学例如清华大学，吉林大学，南开大学的理学院的光学专业的实验课程及其科研成果，结合部分教材重新编写了课程讲义。在每个光学实验项目的基础上都增加了设计性题目，然后把设计性实验的题目交给学生，启发式和引导式地提出一些相关问题，让学生在实验操作之前通过各种途径去查找和收集实验资料，制定实验方案，在下一次实验课堂中对其方案进行讨论，论证其可行性。这不仅激发学生思考问题和解决问题的兴趣，而且做到课内联系课外、师生全面互动。这种尊重自我评价的新型教学方法可以培养学生创新精神、激励自主学习，扭转学生实验时的被动状态，进一步拓宽了学生的知识面[1]，[8]。

目前，我们以发达的网络平台为依据，选取了与光学相关的专业性网站资讯作为我们的教学内容与课后拓展的阅读资料，同时将最新的光学科技前言知识加入到实验教学内容中，这不仅突出素质教育的要求，还有利于培养与时俱进的高质量人才。我们以光学实验教学的特点作为依据，采取开放实验室的教学模式相结合的手段从而进一步提高了实验教学效果。作为光学实验，开放实验室的管理是让学生对实验题目进行自主设计，这样不仅使学生可以从自身的感受上出发，来体验实验设计的全部过程，这将进一步加深学生对物理实验原理及内容的了解。其次，对于这种开放教学模式来说，学生通过教师在实验过程中的正确引导，使自己实现思维上的飞跃，同时也体现了学生的主体作用，从而让学生运用好自己的物理知识进一步提升自身的创造意识。

四、结束语

与传统实验教学模式相比，开放式实验教学模式开设时间较短，因此，在实现开放式教学模式的过程中，仍旧存在着各种问题和困难。但由于该模式具有无法比拟的优势，因此，在接下来的工作中，我们一方面通过增加一些光学相关的设计性题目来丰富实验内容，进一步完善开放实验在实施过程中的具体细节工作；另一方面，我们还通过加强实验教材的建设、实验师资队伍的建设、实验室规章制度的建设、网络信息平台的建立等方式来确保开放式教学模式的稳固发展[2]。相信在我们师生共同的努力下，开放性实验室的优势作用将得到充分地发挥，进而使得我校物理专业的光学实验教学质量得到进一步提升，从而为培养出具备创新能力的创新型人才打下坚实基础。

参考文献：

[1]杨章伟，张婉婉.开放性实验室的网上预约系统探索与实践[J].实验室研究与探索，2010，29（10）：384-386.

[2]刘春宇，徐瑛，张志颖，等.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[J].铜陵职业技术学院学报，2015（4）：60-61.

[3]谢建明.开放性实验实践教学研究与实践[J].大学物理实验， 2010，23（06）：100-103.

[4]韩云海，李海岭，吴焕周，等.开放性实验教学模式的分析与实践[J].实验室研究与探索，2008，27（09）：163-165.

[5]聂奎营，王传坤，张星.开放型实验室对学生创新能力的培养研究[J].大学物理实验，2015（3）：120-121.

[6]李伟，刘昭廷，吕靖薇，等.大学物理实验创新实验室建设的探索与实践[J].2016（3）：129-132.

[7]顾百青.大学物理实验开放性教学的探索与思考[J].大学物理实验，2008，21（04）：114-116.

[8]贾翠红，江晶晶.光学设计性实验之研究[J].物理通报，2012（3）： 78-81.