实验助教制应用型人才培养模式初步探索——以普通物理演示实验为例

钱 铮 施盛威 李成金 邹丽新

(苏州大学文正学院，江苏 苏州 215100)

实践动手能力是应用型本科人才培养工作的核心,应用型本科高校应紧紧围绕这个核心开展课程教学改革工作．《普通物理》是工科专业重要的学科基础课程,其课程质量直接关系到专业能力的培养．本着“提高课程质量,强化理论与应用相结合”教改目标,把课堂演示实验纳入课程教学大纲．通过选拔优秀本科生担任演示实验助教的尝试,不仅较好地推动了课程教学改革,而且有效地培养了学生实践动手能力．

1 明确办学定位与培养目标,强化理论与应用相结合

应用型本科高校的培养目标是具有一定科学素养的应用型人才．在工程教育认证和新工科概念的背景下,面向应用型人才培养的培养计划、课程设置以及培养方法与途径等,均需要进行适当的调整．在调整中不仅要考虑学科体系,也要遵守技术逻辑,更要强调知识的应用性．强化理论教学与应用能力培养相结合的教学理念．调研发现,当前国内外众多本科院校,大致可分为3类: (1) 学术型(研究型)院校; (2) 应用型院校; (3) 职业型院校．前者,即学术型院校,是从传统院校传承下来的．主要培养科学家、思想家等学术精英,属于精英式教育．其课程体系带有明显的学科逻辑体系．强调知识体系的全面性、纵深性．要求学生不仅要知其然,也要知其所以然;不仅具有学科内的问题解决能力,也应具备解决相关问题的能力．后者,即职业型院校,大部分大中专或职业技校,带有明显的职业技能培养风格．其培养目标是具有基本的科学素养,掌握某门技术或技能的一线技术员或操作工．其课程设置既有一点学科体系,更强调职业技术,应主要遵循技术逻辑体系．学生在学习中只需知其然,不必关注所以然．而介于他们之间的应用型院校的培养目标是:具有一定科学素养,掌握相关技术的研发与应用,并具有一定解决实际问题能力的企业高级技术员．其课程设置应保持学科的基本框架或体系,还要把应用技术放在重要的位置．即把学科逻辑体系与技术逻辑体系相融合．在既懂技术又具有一定的学科素养的情况下,才能解决相应的技术问题,并进行一定程度的技术改进与创新．在课程设置与培养模式方面应强化理论与应用相结合．因此,应用技术型院校在制定培养方案和课程体系时,应在保留学科基本框架的基础上,强调相关的应用技术的学习与训练．在培养方案中划出一定学分,开设必要的实践课程．并在时间、空间以及设备方面予以保证．

为确保在课程教学中强化理论与应用的结合,尤其是与实践相结合,需在教学大纲中明确规定相应的教学内容、教学模式、课时数以及实施途径．例如,我院在普通物理课程教学中明确地要求,教师必须在课堂上做演示实验,并适当介绍物理学在应用技术中的应用,同时辅助以必要的管理手段．

2 实施课堂演示实验与实践模拟,以情景创设激发师生的教学积极性

演示实验与情景模拟是课堂教学的重要手段,尤其是物理学科有大量的现象和规律均可以进行演示．有些实验是专门设计开发的,有些实验是日常生活中常见的有趣现象,还有些实验是生产中、科学技术中的应用实例．为了创设一些真实的物理情景,我院的普通物理演示创新实验恢复重建已经4年了．该实验室有数百件仪器设备,基本能够满足全院理工科演示实验教学任务．此外,该实验室还是演示实验设备的维修、演示实验的创新开发实验室．4年来,师生们一起合作不仅保证了设备的教学需求,还开发了创新演示实验设备10多套．这些实验设备,一方面使抽象难懂的问题形象化、直观化,并验证规律,激发学生学习兴趣,从而提高了课堂教学质量．另一方面,在日常生活、科研生产中的一些例子也展示了物理学的理论知识在实践中的作用,激发了学生的学习积极性与信心．由于重要的规律和现象有实验演示的支撑,学生有兴趣,反过来也激发了任课教师的教学积极性．学生的乐学,教师的乐教,师生之间的互动、相互激发,形成了积极课堂氛围的良性循环．广大师生均享受了良好的教学过程．

课堂教学是人才培养的主要场所,无论是理论课教学还是实践能力培养都是如此．现代的学校教育与传统的师徒、私塾以及学堂存在着一定的差别．首先是教育的方式和受教育面．传统的教育方式有口口相传,衣钵传承,以及厅堂念诵．而现代的学校教育则是班、年级制．班级制中,小班人数在30人左右,大班人数可达100～200,甚至更多．显然班、年级制,受教育面方面较传统方式更广．为了培养学生的应用能力,学校建设了若干实训基地,教师通过现场的模拟,创设一些情景进行实践教学．在教师的示范和直接指导下,学生通过实践、模拟,体验了真实情景．显然,在第一课堂中进行的实践实训课程,其特点是:课程内容比较系统、完整,并且教学效率高．师生在这种实践、模拟中,轻松愉快地完成教学任务．提高了教与学的积极性,也有利于实践能力的培养．

3 推广本科生助教制,培养应用型本科人才

实验辅助人员是教师的重要助手,也是实验仪器设备能够正常运行的保证．一方面,任课教师往往对实验设备不熟悉,实验操作也不够娴熟．另一方面,有些实验设备较多、较重,单靠教师搬运有一些困难,而没有经过培训的学生搬运仪器,容易造成损坏,不仅影响演示效果,同时又造成不必要的经济损失．

由于演示实验室没有专职实验员,在学院政策的指导下,实验室实施了学生兼职实验助教制度．任课教师或课程建设负责人,在日常教学过程中从大一、大二学生中,物色品学兼优、具有较强实践动手能力,且喜欢动手实践的学生,在自愿的情况下选拔为实验助教．他们的主要职责是: (1) 维护演示实验设备,使之保持正常工作状态; (2) 帮助教师搬运实验设备,并进行调试．对于有兴趣、有能力的学生,参加如下的日常活动: 在现有基础上,改进实验设备; 适当进行演示实验创新活动并参加各类创新实验比赛; 从事网络教学资源的开发与日常维护．

实验助教不仅是一个勤工俭学的岗位,也具有一定的专业性．在管理方面、选拔方面,不仅要考查学生的学习成绩,更要考察其实践动手能力．实验室需要的不是一个简单实验仪器搬运工,而是有志于通过这项工作,锻炼并提高实践动手能力的人．在教师的指导下,学生通过业余时间在实验室值班,调试仪器设备,改进、创新实验．同时学习、应用网络技术,特别是利用移动网络技术开发网络辅助教学资源．这些实践活动不仅增加了实践动手机会,拓宽了实践实训的时间和空间,还将掌握的实践技能、信息技术应用到了实践中．此外,在这项日常工作中,学生不仅要跟仪器设备打交道,也要跟相关师生打交道,从而在动手实践能力得到提高的同时,也提高了为人处世能力．且在顶岗工作中又增加了岗位责任感．因此,实验助教制践行了学校的立德树人工作．

目前的在校本科生大部分是独生子女,是家庭的中心．入学前他们几乎很少进行家务劳动,参加的社会实践工作也较少．此外,由于中学应试教育的影响,实验动手能力的培养容易被忽视,他们当中具有动手能力的学生不多．尽管被选为实验助教的学生有一定的实践能力和兴趣,但是难以胜任加工、调试工作．为此,有动手能力的教师们主动承担起培养学生的工作．像师徒一样,手把手传授技能,发扬衣钵传承的传统．

普通物理演示创新实验室拥有一些必要的加工设备．如,低频信号发生器,各类电源,电钻,角磨机等机电设备．对于学生来说,这些设备都比较陌生．使用起来具有一定的危险,因此,学生一定要在教师的指导、监护下,尝试、熟悉这些动力机械．经过了近3年的培养、实践,目前已经有多名助教掌握了基本仪器与机电设备的使用,有几名学生已成为技术能手．他们正在通过学弟、学妹将自己的技能向下传承．

兴趣是最好的老师,热爱是最强的动力．人才的培养不是一蹴而就的,是一个持续的系统工程．物理学是理工科的基础课,实验助教大都来自电子、测控、光电、能源与动力以及新能源材料等工科专业,尽管物理实验仪器与某些专业有点关系,但关系不大．能够承担物理演示实验的助教工作的学生,一定是既喜欢物理,又喜欢动手的学生．自物理演示创新实验室恢复重建以来,先后有10多名学生担当助教．他们非常喜欢物理和实验,对助教工作非常热爱,只要教师或学生有需求,在没课的情况下,他们随叫随到．尽管他们在实验室里花费了大量时间,但反而促进他们提高了学习效率．常常是学生们甜美入睡的时候,他们还在学习和工作．

这些助教把实验室安排得井井有条,几乎所有的仪器都非常熟悉．不仅圆满完成了助教任务,还努力专研实验创新．尤其可贵的是:为了弥补实验设备、加工设备以及材料的不足,他们开动脑筋想办法．没有专门的加工设备,用其它设备代替,甚至土法上马;没有配件和材料去报废的仪器设备中去找、去拆,甚至他们满校园里边找可以利用的废旧物品．由于没有专用的加工设备而用其它工具代替时,经常需要几个学生的一起协助．有时缺乏材料或零配件,他甚至会自己出资去购买．通过这些工作,不仅提高了学生们分析问题、解决问题的能力和方法,更培养了他们坚忍不拔、勤俭节约以及团结协作的优秀品质．从这个环节上贯彻了应用型人才培养的办学目标．

4 将助教工作与专业技能培养相融合,人才培养初见成效

应用型人才培养是一项系统工程,既要考虑通用技能培养,更要重视专业技能的培养．尽管课程助教在物理实验中动手能力可以得到一定的锻炼和提高,也为教师分担了一些工作,但是其专业技能培养更要引起重视,以防误人子弟．因此教师应该为学生选择合适的项目,以项目为牵引,促进学生的专业技能培养与提高．所谓合适的项目是指把物理实验与专业相融合的项目,在从事物理创新实验研究的同时发展专业技能．比如,共振演示仪的数字化研究,是在共振演示仪的基础上,加装光电控制．既实现了共振现象的定量演示,又使光电专业学生的专业技能得到的提高;在傅科摆实验项目中,通过模仿人类荡秋千,利用光电门、嵌入式系统等专业技术,达到阻尼振动系统能量补充的目的;在音乐风铃实验的测量与仿真研究,是在声学演示仪器的基础上,通过加装应变传感器来实现在钢管中形成驻波时的应力分布测量,同时使用MATLAB对驻波进行仿真．这些项目由测控、电子以及光电专业的学生合作完成,使他们的光电控制、测量以及仿真技能得到锻炼．而一套波动光学集成演示仪的开发,不仅锻炼了学生的机械加工与调试能力,同时也培养了他们结构设计能力．上述项目均是在考虑物理实验与专业技能培养相融合情况下确定的．

经过近3年的实践与反思我们取得了如下收获和体会: (1) 通过实验助教制,培养了一批实践动手能力强的核心和骨干,他们中有的学生已经在帮助企业开发项目,解决了他们的技术难题．不仅专业能力得到了提升,也为学校和自己带来了一定的社会效应与经济效益; (2) 由于实验项目的需要,促使学生自学一些课程或技术,如单片机控制、嵌入式系统、MATLAB、自动控制,模电、数电,物理光学,波动学等．由于他们自己先学先修了这些课程,他们也会成为这些课程的助教和学习骨干; (3) 近3年来通过师生共同努力,在省大学生物理及实验科技作品创新大赛中获得8个二等奖,7个三等奖; (4) 助教们不仅保障了常规实验仪器的正常使用,而且还开发了效果非常好的波动光学、振动和波演示仪,受到了广大任课教师的好评．同时他们还获得了四项实用新型国家专利的授权; (5) 俗话说:没有实验的理论是空洞的,没有理论的实验是盲目的．在从事实验研究的同时,也加深了理论研究．3年来,以学生为第一作者,在理科核心期刊发表了3篇论文; (6) 物理实验助教、创新实验协会、电子技术协会等核心成员的工作业绩,在学生中产生了积极的影响,如今一批批学生主动走进了实验室、实训基地,锻炼动手能力,践行着工匠精神．只要适当引导,应用型人才的培养目标一定会达成．