“双一流”背景下物理创新实验平台的构建与实施

韩晓静 王喜魁 王运滨

(1沈阳科技学院，沈阳 110167；2沈阳化工大学理学院，沈阳 110142)

一、引言

一流拔尖创新人才的培养，离不开高校实验室的支撑，实验室的建设和管理水平影响学校的教学质量、科学研究水平、人才培养质量和社会服务能力，已经成为高校办学实力的重要标志之一。为深入贯彻落实党的十九大精神，加快“双一流”建设，全面提高人才培养质量，培养一流拔尖创新人才，实现“应用型、创新型”人才培养目标，搭建大学物理创新实验教学平台，对大学物理创新实验的教学体系进行全方位的、深层次的教学改革。

二、大学物理创新实验平台的搭建

以“双一流”建设为契机，培养一流拔尖创新人才，紧扣“应用型、创新型”人才培养目标，提出“要素入手，能力本位“的创新创业教育理念，以现代物理创新实验室为依托，以省级实验教学示范中心为保障，搭建大学物理创新实验教学平台，与院创新创业孵化基地中心双向联合，将项目进行基地孵化，开展物理实践教学活动，为一流拔尖创新人才培养提供现代物理实验条件支撑和创新创业启蒙式教育。如图1：

图1

大学物理创新实验平台共由四部分组成：一个是普通物理实验室，为封闭式实验室，只针对于开设大学物理理论课程的学生开放，通过学生动手操作，主要培养学生的观察能力、动手能力、处理数据能力；一个是现代物理创新实验室，为半开放式实验室，每周固定时间开放，全院学生均可参与，通过学生观摩演示现象，主要培养学生的观摩能力、思考能力，激发创新创业灵感；另两个分别是物理创新设计实验室和物理创新项目孵化实验室，为开放式实验室，全天开放，且覆盖全院学生，通过学生自主设计物理模型，进行项目孵化，主要培养学生的设计能力、创新能力、创业能力、理论联系实际能力。平台通过“物理实验观摩演示，物理模型自主设计，学科竞赛实践”，营造一个以学生为主体，学与做有机融合，“课程与竞赛”双线并举的自主实验环境。如图2：

图2

该平台的建设旨在为学生提供一个课上观摩实验，课下研讨交流，开展创新创业、学科竞赛、项目孵化活动的场所。

三、大学物理创新实验平台的实施

(一)实施的宗旨

从“要素”入手，实现创新物理的改革。将物理创新实验教学与学生的创新能力培养紧密结合，以创新实验代替部分理论课程，对大学物理课程进行重构，改革传统物理学时长，启发性差、无法满足专业人才培养需求的不足。打破传统的物理教学只学不做，“重理论、轻实践”的理念，强化知识向应用性转变，通过让学生先课下研究资料，再课上观察实验，然后课下撰写论文，动手制作，最后在竞赛场上实践的教学模式，将理论与实践有机融合，从而不断激发学生的创新灵感，循序渐进地培养学生的创新创业能力、科研能力、动手设计能力，突出人才的培养由理论型向创新型、应用型转化这一特色。

(二)实施思路

以学生为中心、实验和大赛为驱动、能力为目标，构建框架式知识体系，如图3：

图3

(三)具体实施方案及内容

1.创新实验课堂的设计

开学初，教师向学生介绍物理实验室的设备及涉及的专业知识，并按照知识内容，分成几部分模块，要求学生课下对每个模块部分进行自学。然后在现代物理创新实验室，学生观察演示实验现象，教师启发学生大胆猜想，如：旋转力学演示仪中，是采用什么方法测量转速的？为何采用这种方法？有没有更精确的测量方法？再比如：碰撞打靶实验中，如何精确测量小球在各个位置处的高度？如何精确测量小球从无初速释放到落地所用的时间？如何随时测量小球的速度？启发学生动脑思考，在普通物理实验室动手操作，加深对自学知识的理解与消化。学生在教师的启发下，再大胆猜想。课下，成立物理创新小组，小组内学生查询资料、自由讨论，形成创意方案。教师指导学生将创意提升，形成创新设计论文或实验模型。

2.创新实验活动的开展

物理创新设计实验室配有工具箱，随时向学生开发，各物理创新小组在实验室内自行研究、设计物理实验模型。教师亦可带领学生进行专利申报或申请科研项目，形成如辽宁省大学生创新创业训练计划项目等科研课题，并与院创新创业孵化基地中心双向联合，在物理创新项目孵化实验室，进行项目孵化。通过参与项目研究，培养学生创新思维、创新能力以及自主性学习和获取知识的能力。 教师还可以开展一些关于大学物理的报告会，丰富学生的文化底蕴，拓展信息含量，也可以开展创业赛事的宣讲会，让优秀物理创新小组的组长为大家介绍经验，从而营造鼓励创新、争先创先、勇于创新的理念和氛围，并形成全校师生共同创业的大好局面。

3.竞赛场的实践

教师将创意新颖、重点明确、符合物理学原理的设计论文加以修改后，推荐其发表，优秀选题可以变为创业计划书，参加“创青春”“挑战杯”等创业大赛。创新小组设计出来的模型，先在校内教学大厅展示，然后教师择优推荐其参加辽宁省大学物理实验竞赛及“互联网+”或全国节能减排等其他科技创新竞赛，将学生的创意，推向各类赛场。

4.课程体系的优化

对大学物理实验课程体系进行优化，从实验学时中抽取一部分作为大学物理创新实验课程及设计模型指导课，用于教师进行物理创新实验教学及指导学生设计实验论文或物理仪器、模型等。压缩的理论知识学生通过课下自主探究，课上观察实验以消化，课下撰写论文、设计模型以检验，赛场上实践的方法进行学习，提高课堂效率，提升学生自学能力、创新创业能力，开发创新思维，激发创新灵感，增强学生的动手及设计能力。最终达到小投入，大产出的目的，从而实现教与学的双赢。

5.多元化课程考核评价体系的构建

大学物理实验的课程考核评价体系更加多元化，分为设计论文和设计模型两大类别，学生可根据自身学习情况组成创新小组而自由选择类别。最终考核的分数都计入到学生的物理成绩。改革后的课程考核评价体系更加注重考察学生的综合素质能力，避免了“一张考卷定输赢”的弊端，也有效地将大学物理创新实验与大学物理理论课堂有机地结合在一起，解决了物理实验成绩与物理理论成绩脱节的问题，同时从不同侧面对学生进行了多方位的全面考核，更能够有效地反映学生的学习情况。

6.实验教学方法的革新

摈弃传统的填鸭式教学，增加设计型、综合型、创新型实验教学方法，采用自主探究法，调动学生学习兴趣；逻辑归纳法，强化学生逻辑思维能力；知识迁移法，锻练学生利用知识解决实际问题的能力。学生先在课下进行自主式、合作式学习，即以小组为单位，提出问题、分析问题，共同解决问题。然后教师利用演示法，在物理创新实验室向学生展示实验现象，加深学生对理论知识的理解，同时广泛开展启发式教学、讨论式教学、类比式教学。通过向学生提问出现此现象的原因是什么？生活中哪些现象与本实验类似？都有哪些方法可以实现？本实验有无缺陷？如何改进？可否进行重新设计等，启发学生对实验仪器进行改良，开拓学生的探索欲望，激励学生动手设计。

(四)实施后的成效

几年来，加入大学物理创新实验课堂并受益的学生人数达4000余人次，学生撰写论文300余篇，设计实验仪器200余件，形成了60余个较优秀的物理创新小组，完成辽宁省大学生创新创业训练计划项目100余项，学生参加学科竞赛的热情高涨，在物理创新实验的带动下，各专业学科竞赛开展得如火如荼，至2019年为止，累计获得省级及以上奖励293项，其中国际级奖励1项，国家级奖励12项，省级奖励280项，市级奖励207项，物理创新小组凭借在大学物理创新实验课程中培养的空间想象力、设计能力、创新能力，积极参赛，成果显著，获得国家奖励2项，省级奖励52项，其中省级金奖5项，银奖12项，获市级以上奖励60余项。

四、结语

一流拔尖创新人才的培养，离不开高校实验室的支撑，通过搭建大学物理创新实验平台，全面提高学生的科学素养，提升学生的创新创业能力，激发学生的创业热情，唤醒高校师生的创新意识，形成高校师生共同创业的大好局面，从而有效提高一流拔尖创新人才质量的培养。