基于创新实践人才培养的物理实验教学改革
张磊磊，吴 铭，王 莉，宋昭远
（1. 辽宁石油化工大学 理学院，辽宁 抚顺 113001）
请确认下基金项目
[摘 要]大学物理实验是理工科各专业学生实验训练的基础及开端，是培养学生创新实践能力的重要实训课程。针对当前大学物理实验教学中存在的问题，改革教学内容、教学方法和教学手段，树立先进的设计性、综合性创新实验教育理念，建立完善、先进的实验教学体系；同时，建设与改革相结合、理论与实验相结合、传统与现代相结合、基础与应用相结合、课内教学与开放相结合、教学与工程实践相结合，积极开展实验教学培训，以实验内容和实验方法改革作为突破口，研究如何激发学生主动思考和动手的积极性，进而提高学生的实践创新能力。
[关键词]物理实验；教学改革；创新实践；实践教学
[基金项目]2018年辽宁省教育厅普通高等教育本科教学改革研究项目：“构建以创新实践型人才培养为导向、学生为中心的开放式物理实验教学模式——翻转课堂”(辽教办[2018]165 号)。
[作者简介]张磊磊（1983-），男，山东潍坊，博士，副教授，辽宁石油化工大学物理实验教学中心主任，从事教学与实验室管理工作。
[中图分类号]G642.0 [文献标识码]A
0 引言
大学物理实验是理工类院校的必修课，它对提高学生的探索、创新、求知精神具有不可代替的作用[1-4]。随着教育改革的不断发展，传统的物理实验教学模式的弊端逐步显现。目前高校毕业生普遍存在自主获取知识的能力差、创新能力不强的现象。如何创建创新型人才培养模式以适应新时期对创新型人才的需求，摆在了广大教育工作者面前[5-8]。为此，教育部出台《教育部关于提高高等教育质量的若干问题》文件，明确指出“强化实践育人环节，加强实验室、实习实训基地、实践教学共享平台建设，重点建设一批国家级实验教学示范中心、国家大学生校外实践教育基地、高职实训基地。加强实践教学管理，提高实验、实习实训、实践和毕业设计（论文）质量”, 文件表明了实践教学在人才培养中的重要作用，物理实验室是本科教学实践育人环节的重要场所，实验教学的水平与人才培养质量密切相关[9-10]。
物理实验室的建设与改革对于理工科院校来讲尤为重要，它紧密围绕各专业的培养方案开设不同类型的实验，为学生提供实践场所，锻炼学生发现问题、解决问题的能力。因此，国家和各高校对本科实验室的建设与教学模式的改革越来越重视，投入了大量经费建设本科教学实验室，近年来国内名校的物理实验室的硬件水平有了大幅度提高，实验教学也向着“以学为本”模式改革。学生自主学习实验、查找资料的同时，必然会接触各种综合知识、前沿知识，有利于培养学生独立解决实际问题的能力和创新精神，全面提高学生的综合素质，适应科技信息时代对人才的要求，具有广阔的应用前景[11-12]。
1 大学物理实验教学现状
1.1 实验教学过程中“重教轻学”现象严重
重教轻学，即重视教师的教，而轻视了学生主动的学。我校的实验教学模式主要包括三个环节，即课前预习环节、课堂实验环节和课后评价环节。在课堂环节中，教师担当实验教学的主角，而学生在实验教学中扮演群众。在实际的动手操作时，大都是由老师进行实验演示，而学生仅仅是模仿，即使不理解实验原理，也可以完成实验。这种实验教学的模式明显存在问题，它仅仅是让学生机械的去重复老师的操作，而忽视了学生能动性和创新性，对学生创新思维和动手能力的提高带来极大的阻碍。此外，学生在课前环节，往往是从教科书中摘抄预习报告而不求甚解；而课后环节，老师对学生实验能力的评定只能依据实验报告，而实验报告中不确定因素太多，且存在实验报告相互抄袭问题。
1.2 实验内容、方法陈旧与时代脱轨
由于教学理念问题，我国高校存在重理论轻实验问题，认为实验是理论教学的辅助手段。再加上各高校经费不足，造成了高校对物理实验教学重视不够，导致实验设备陈旧，实验内容单一。我校同样存在这样的问题，学生只是在重复一些老旧的实验，与高速发展的高科技社会明显脱轨，不利于学生实践能力和创新能力的培养，这也就失去了通过物理实验培养学生综合思维能力的初衷。
1.3 共享平台建设不足
实验室开放平台建设不足，实验室资源在非课时段闲置，极大浪费了相应资源。当今社会对对创新实践人才的需求量日益增大，各类竞赛类项目如雨后春笋般纷纷出现，全校学生和教师对大学物理开放实验室的需求也越来越迫切。然而。我校物理实验中心的物理实验室仅对开课学生开放。
综上，我校物理实验中还存在很多的问题需要我们去解决，这些问题已经深深影响到了我们今后的发展。通过大学物理实验来提高学生的创新能力、探索精神和求知意识，我们还有很多的路要走。因此，对物理实验教学模式的改革与探索已经迫在眉睫。
2 培育创新实践思维的大学物理实验教学改革
2.1 改革物理实验课程体系，进一步打造和建设五个平台，构建分级教学模式
实验教学中心针对不同层次、不同专业的学生，以能力培养为主线，重新整合实验内容，彻底打破过去按力、热、电、光等学科设置实验项目的界限，依据教学目标、实验难易程度和对学生实验知识、技能的要求等，构建一个由浅入深、从基础到前沿、从接受知识到培养综合能力逐级提高的“分级教学”模式。具体的五个实验教学平台为：基础物理实验（含预备实验）平台、综合与近代实验平台、设计、研究性实验平台、演示实验与创新基地平台和实验教学网络平台的建设。
实验教学中心以上述五个平台为依托，形成以物理实验为主干，以演示实验为辅助的自主、开放分级式物理实验教学体系（第一级基础型实验，第二级提高型实验，第三级综合型实验，第四级设计、研究创新型实验）。该实验教学体系既注重基础性，又突出实践性，体现出综合性、先进性和创新性。
2.2 实践教学综合管理平台的完善与建设
实践教学综合管理平台是2017年由物理实验中心与校网络中心联合开发的智能化实验选课系统，电脑手机(APP)均可使用。该平台具备实验选课、预习、书写数字化实验报告、考核评价等多项功能。为了改变以往“重教轻学”的实验教学模式，着重突出学生在实验教学过程中的主体地位，在现有的网络平台基础上，补充一些引导内容，设置一些问题情景，激发学生的探究兴趣，并通过完善课件、设备介绍、虚拟仿真等方式，调动学生在课前主动学习的积极性，帮助学生形成良好的自主学习能力，为培养学生的终身学习能力打下坚实的基础。
2.3加强实验队伍建设
学校制定的“十三五”规划中，特别重视稳定的实验教师队伍建设。学校制定并已实施一些相关政策，如攻读博士学位、到国内著名大学进修、出国访学等，鼓励实验教师进行教学和科学研究，努力提高实验教师队伍素质、学历与学位层次。此外，为进一步充实中心的实验队伍，特从石化学院、机械学院、化材学院、信息学院等有关院系，聘请专业技术人员和实验人员作基础物理实验中心的兼职教师。
2.4 改善实验室硬件环境、加强创新实验平台建设
更新部分物理实验设备，使基础、综合、设计及创新实验平台的硬件资源得到加强。充分发挥理学院物理学一级学科硕士点和学校石油石化特色的优势，适时将最新的科研成果引入到实验中，完善团队教师协同指导创新性课外科技活动的机制，将学生课外科技活动作为实验课程一个规范化的、重要的组成部分。以辽宁省大学生物理实验竞赛、物理学术竞赛、数学建模、挑战杯等各类竞赛以及学生课外科技活动小组立项为驱动，在现有创新实验室的基础上，结合教师科研方向，充实创新实验平台的实验项目。让学生更早、更多地参与到创新实验中来，培养学生创新能力和创新精神。创新实验平台基地以开发实验项目、研制实验仪器设备、获得高水平的科技成果为目标，提供实验场地、实验手段和师资，鼓励跨院系学生协同创新制作并参加科技竞赛活动，定期做学术报告等。
2.5 改革实验教学体系，创建实验室多元开放模式
2.5.1 教学管理系统的开放
实践教学综合管理平台完善后，学生通过该平台可以根据相关实验室开放时间和自己的学习要求自主地选择实验时间、实验指导教师、实验项目并进行成绩查询。通过该平台学生可以预习实验教学内容、阅读电子教案、观看演示实验、师生进行网络互动、教学效果反馈等功能。
2.5.2 教学内容的开放
建设开放的分级教学模式，开放的实验内容分为四个教学层级，第一级基础型实验，第二级提高型实验，第三级综合型实验，第四级设计、研究创新型实验。学生通过不同层级的实验内容，获取不同层面的技能训练。同时不同层面的实践训练，与不同的开放形式相结合，构成合理的实验教学开放体系。
2.5.3 实验时间、空间和仪器设备的开放
包括学生“预约时间、实验项目开放”，“实验室规定时间有教师值守”，“学生预约时间无教师值守开放”。“预约时间、实验项目开放”，主要针对四个层级的必修教学内容，学生根据相关实验室开放时间，自主选择实验时间和实验项目，实验室提供仪器设备，教师随堂授课指导。“实验室规定时间有教师值守开放”，主要是多媒体演示实验室、趣味物理实验室。实验室规定开放日期和开放时间，有专任教师进行讲解和辅导，这两个实验室同时对中小学生开放。“学生预约时间无教师值守开放”主要是“物理创新开发实验”实验室，这部分为选修实验，选修实验是学生根据自己感兴趣的项目，自己查阅有关中外文献资料，无教材，自己设计实验方案，利用实验室的仪器设备，自主实验、自主管理，动手搭建实验系统，需要时可选择教师参与。
2.6 提高实验能力，推行开放式考核方法
改革考核制度和考核方法，提高学生在实践教学中的主动性和自觉性。考核方法作为教学评价的重要手段，对学生学习和教师教学具有重要的指导作用。中心长期坚持、积极探索实验考核方法的改革，引导学生改进学习方法。建立针对基础型实验、综合型实验、设计型实验、创新型实验的不同类型实验的评价标准，逐步建立了有利于提高学生参与实践教学主动性和自觉性的多元化实验考核模式。
在实验成绩考核方式上采取以对实验的理解、科学作风、分析解决问题能力和探索精神等方面进行综合评定。允许反复、允许失败、允许课后重做，鼓励做得更深入，鼓励学生发现现有实验的缺点与不足，并鼓励学生提出改进方法。
对于开设的实验课，学生实验成绩着重考核学生动手能力、实验设计能力、综合实践能力，实验数据的测试、分析及处理能力，以及实验报告的撰写能力。
2.7 改革物理实验教学中心的管理模式，建立 “一体化管理”体系
实验教学中心构建 “一体化管理”体系，即人财物统一管理，实现资源共享。由中心统一规划实验课程体系教学内容，统一购置、调配和使用仪器，统一核算教学经费开支，统一调配师资和实验用房。实验中心的专、兼职教师共同承担实验项目和课题的教学和改革，专、兼职教师相互流动，通过试做、试讲等方式竞聘上岗、年终考核。
2.8 提升实验室文化建设
物理实验教学中心将充分发挥实验室文化的教学功能、知识功能和熏陶功能。实验室将通过图片展板给予学生理性文化的熏陶，从而获得更深刻、更科学、更直观的理论知识。展板内容包括：实验项目的基本要求、实验原理、步骤和思考题以及实验流程等，凸显了实验教学内容的特点，极大地提升了实验教学的质量。实验室走廊展板是一些获得若贝尔奖物理科学家及他们所获得的成就。实验室文化建设将对学生思想道德素质、文化素质和身心素质的和谐发展产生积极的影响。
3 结语
针对实验教学过程中“重教轻学”现象以及实验内容及实验方法上存在的问题，我们进行了一系列教学改革。在物理实验课程体系上，构建了分级教学模式及建设五个实验平台；加强了实践教学综合管理平台、实验室硬件环境、创新实验平台以及实验教师队伍等方面的完善与建设；创建实验室多元开放模式及推行开放式考核方法；同时改变了物理实验教学中心的管理模式，建立 “一体化管理”体系，加强了实验室的文化建设。这些改革经过2 年多的实践探索，有效地激励了学生的自主学习实验的能动性，培养了学生创新能力，提高了学生的综合素质以及实验教学的质量，实现了人才培养的目标。
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Teaching Reform of College Physics Experiment for Innovative Practice Talent Cultivation
ZHANG Leilei, WU Ming, WANG Li, SONG Zhaoyuan
（College of Science, Liaoning Shihua University, Fushun Liaoning 113001, China）
Abstract: College physics experiment is the foundation and beginning of experimental training for science and engineering students. It is also an important and practical course for cultivating students' innovative and practical ability. In view of the current problems in the teaching of college physics experiment, reforming teaching contents, methods and means and setting up the experimental education idea with advanced design and comprehensive innovation are proposed to build up perfect and advanced experimental teaching system. Furthermore, the harmonies of construction and reform, theory and experiment, tradition and modernity, foundation and application, in-class teaching and opening teaching and teaching and engineering practice are used for experimental teaching and training. By means of reforming the experimental contents and methods, the way how to stimulate students' active thinking and hands-on enthusiasm are also proposed to improve students' practical innovation ability.
Key words: physical experiment; teaching reform; innovative practice; practical teaching
