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【摘要】概述了普通物理实验传统教学模式对培养学生创新能力及实验室发展的瓶颈作用,分析了开放性大学物理实验课程体系对培养学生创新能力、提高实验设备的利用率、培养应用型高素质人才的重要作用,提出了一种适合工科物理实验课程发展的开放性物理实验课程体系。
【关键词】开放性 创新能力 应用型人才
【中图分类号】O411 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2009)01(a)-0236-02
1 前言
长期以来,许多工科院校对大学物理实验课程缺乏重视,实验经费投入相对专业实验室较少,实验内容、实验手段相对专业学院的实验室比较落后,主要因为大学物理实验课程是一门公共基础实验课程,面向的是大学一、二年级的学生,教学采用封闭式管理模式,极大限制了学生学习的时间和空间,调动不了学生的学习积极性,学生很难在这一阶段的创新实验中作出成果。近几年教育部评在全国评选了十几个国家级物理实验教学示范中心,上海市教委也在上海高校中评选了几个市级物理实验教学示范中心,这些实验教学示范中心对物理实验教学发展起到了积极的推动作用,但由于实验教学示范中心都是和专业物理相联系的,在师资力量、资金投入、实验设备的先进性等方面工科院校的大学物理实验课程是无法比拟的,因而物理实验教学示范中心示范作用逊色了许多,工科院校的大学物理实验课程发展遇到了瓶颈。如何使工科大学物理实验课程满足教育部提出的培养学生创新能力的要求,适应地方院校发展的特点,大学物理实验课程体系进行改革已成为必然。
2 传统实验教学模式存在的问题
传统实验教学模式为封闭式管理模式,学生在规定的时间内,在固定实验室按照指导书提供的实验方法与步骤一步一步地完成实验,在时间、空间(实验项目)、任课老师上都不能自主选择。这样往往抹杀学生学习的热情,学生的特长、兴趣和爱好等得不到充分很好的发展,不利于学生实践和创新能力的提高,同时又造成实验设备大量闲置。长期封闭式管理、落后的实验设备,导致物理实验课程内容陈旧,教师和学生的创新很难有所突破,大部分创新集中在实验方法的探讨及原理理解上。受到实验室面积、人力及设备的利用率等限制无法购买针对某些专业性较强的先进设备,设备的落后制约着科研的发展,对部分学者提出的以科研促教学,只能是一句空话,同时基础物理实验设备也很难为工科各专业学生提供与其匹配的实验训练,更谈不上服务地方经济,这样就极大地降低了物理实验课程的作用,并桎梏了物理实验室的自身发展。因此,改革实验教学模式,在高校建立开放性实验室,实行开放性物理实验教学模式,已成为当前高校实验教学改革的重大课题。
为适应科技发展,满足社会对人才素质的要求,物理实验教学的改革,必须致力于建立一种体现当代科技发展、有利于培养具有扎实基础知识、创新精神和实践能力的高素质人才的教学新体系。实验教学应该向充满生机的开放性实验教学模式转变,使实验教学结合科研和生产实际。从教学内容到教学方法不断的更新,增加反映当代教育思想和高科技成果的教学内容,改变单一的教学方法和手段,实现以人为本,以学生为主体,因材施教、因需施教,把培养学生的科学实验能力和创新能力放在首位,充分利用现有教学资源,提高学生学习的主动性和创造性,培养学生掌握科学实验方法和技能、提高分析和解决问题的能力。
3 开放性物理实验课程体系的改革内容
近年来,上海工程技术大学物理实验中心紧紧围绕学校“培养高素质应用型人才”和“产学研结合”的办学特色,以培养学生的创新精神和实践能力为目标,对大学物理实验课程进行了改革与实践,收到了预期的效果。
3.1 创建全面开放的物理实验课程体系,实现物理实验课程对校内师生、兄弟院校、社会企业的全方位开放。
自2004年以来我校大学物理实验中心创建了创新实验室、近代物理实验室、演示实验室和走廊实验,创新实验室由学生自主管理;走廊实验实行全天候开放;演示实验室、计算机数据处理室、资料室实行工作日开放;其他实验室教学周实行预约开放;同时结合我校特色,自主开发了大学物理实验综合教学管理网络平台。通过该平台,学生可以在网上预习物理实验,进行实验选课,查阅资料;教师可以与学生沟通交流,对学生提出的问题进行及时答疑;实验中心可以发布物理实验课程各种信息,实现了物理实验教学管理的信息化和实验教学资源的开放;同时不断吸收国内外先进的教学理念,引进国内外先进设备(如美国PASCO公司的传感器技术实验仪器、德国PHYWE公司的水的高温蒸汽压测定仪等),使物理实验内容不断更新,实验方法、手段与时俱进,尽量适应现代科学技术的发展;对引进的国外设备,采用英文原版讲义,鼓励学生使用英文撰写实验报告,锻炼了学生的科技英语应用能力。学生设计性实验内容、方案都是由学生自己拟订,逐步实现了实验内容的开放;
物理实验中心先后派多名骨干教师到复旦大学、上海交通大学等国家重点高校物理实验中心参观学习,与上海应用技术学院等多所地方高校同行交流、沟通,形成了相互学习、取长补短良好氛围,近几年先后接待十多所高校的教师和学生的参观。
依托上海工程技术大学先进的“产学研”合作办学模式,中心积极与企业合作,联合开发教学设备,如上海泰勒精密仪器制造有限公司、复旦天欣仪器设备有限公司、上海柯沃泰膜结构有限公司等,联合开发教学设备并参与企业产品的物理特性测试。同时将合作项目分成若干个创新实验课题,鼓励学生选择课题并参与,激发了学生创新的积极性,培养学生知识应用的能力。
3.2 与各专业学院紧密合作,联合创建实验室
2007年大学物理实验中心结合学校的办学特色和培养目标,根据各学科发展对学生能力的相应要求,与各专业学院紧密合作,特别是学校重点发展学科(如材料专业、轨道专业等),联合创建实验室,引进能为专业学科提供支撑的先进设备,开设相关实验项目,例如:主要面对材料学院学生的原子力显微镜、表面磁光克尔效应实验等,主要面对轨道专业学生和电气与自动化专业学生的传感器技术与应用、光纤通信实验等,主要面对化工专业学生的核磁共振、光谱分析等。这样既实现了资源共享,又实现了物理实验中心和各专业学科共同进步,改变了大学物理实验设备测量精度低、方法手段落后的局面,为实验室自身发展开拓了空间,同时可以使各学科学生在低年级时打下良好的专业实验基础。
3.3 改革并完善大学物理实验评分标准,强调学生创新能力的培养,在制度上鼓励学生积极参与创新实验
物理实验教学采用了模块化分层次的教学组织形式,对基础实验模块和综合设计性实验模块根据实验预习、实验操作、实验报告三部分定出学生的成绩,但物理实验课程总成绩必须反映学生通过学习物理实验课程后其解决实际问题能力及创新能力,新制定的大学物理实验评分标准规定学生创新实验成绩占物理实验总成绩的20%,加大了学生创新实验能力分数比重,学生创新实验成绩根据学生实验的创新程度确定,参加创新实验的学生在实验结束时要撰写答辩论文,在学期结束时组织教师对学生进行答辩(创新)考核,并鼓励、支持学生公开发表论文,申请专利。
4 实行开放性物理实验课程体系取得的效果
实行开放式教学管理后,打破了学生实验的时间限制,学生可以自主选课、自己设计实验、自主管理实验室,增强了学生的主人感与自信心,为学生创新实验提供了保障,大大地激发了学生的学习热情,调动了学习积极性;网络教学管理平台,打破了学生实验学习的时间和空间限制,方便学生预习实验、查阅资料、与老师交流等。新的评分标准对学生的创新给予了高度认可,为学生参与创新实验提供了保障。
作为一门基础课程在对专业提供支撑方面,物理实验目前已经与材料学院联合创建了原子力显微镜、表面磁光克尔效应等实验室,与轨道学院联合创建了传感器技术与应用等实验室,与化工学院联合创建了核磁共振等实验室。几年的实践证明,这些实验室作用明显,不但各专业学院的低年级学生在物理实验课程内通过这些实验打下了良好的专业基础,很多高年级学生和专业教师也在这些实验室中完成了他们的毕业论文和科研课题。同时,联合创建实验室,避免了学校实验设备的重复购置,实现了资源共享,累计为学校节省了100多万元资金。
与企业合作方面,目前中心正积极与上海泰勒精密仪器制造有限公司、上海柯沃泰膜结构有限公司等合作,拟对上海柯沃泰膜结构有限公司的产品“水立方”薄膜(EFET薄膜)热传导系数、透光率等物理性能进行测试。实践证明,这种做法效果明显,几年来,学生通过研究合作项目中的课题、学生创新实验课题撰写论文40余篇,其中公开发表2篇,一篇发表在《上海工程技术大学学报》,一篇发表在《大学物理》,申请发明专利2项,获得软件著作权登记一项。
5 总结
工科物理实验课程改革是一项长期而艰巨的任务,物理实验工作者必须在思想上、理论上有创新,才能突破传统观念的束缚。地方普通院校主要是对为地方经济发展服务培养人才,普通物理实验课程如何培养应用型人才,如何摆脱传统发展模式的约束,走出一条适合自身发展的道路,这还需全体物理实验同行的共同努力,上海工程技术大学物理实验中心在物理实验课程改革做了一些探索,建立了开放性大学物理实验课程体系,在与专业学院实验室合作、学生创新能力培养、主动服务地方经济方面做了大胆尝试,取得了一些效果,但要让工科物理实验课程不仅锻炼学生的基本实验技能,又能培养学生的知识的应用能力、创新能力,可谓任重道远,需要我们继续不断努力。
【关键词】开放性 创新能力 应用型人才
【中图分类号】O411 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2009)01(a)-0236-02
1 前言
长期以来,许多工科院校对大学物理实验课程缺乏重视,实验经费投入相对专业实验室较少,实验内容、实验手段相对专业学院的实验室比较落后,主要因为大学物理实验课程是一门公共基础实验课程,面向的是大学一、二年级的学生,教学采用封闭式管理模式,极大限制了学生学习的时间和空间,调动不了学生的学习积极性,学生很难在这一阶段的创新实验中作出成果。近几年教育部评在全国评选了十几个国家级物理实验教学示范中心,上海市教委也在上海高校中评选了几个市级物理实验教学示范中心,这些实验教学示范中心对物理实验教学发展起到了积极的推动作用,但由于实验教学示范中心都是和专业物理相联系的,在师资力量、资金投入、实验设备的先进性等方面工科院校的大学物理实验课程是无法比拟的,因而物理实验教学示范中心示范作用逊色了许多,工科院校的大学物理实验课程发展遇到了瓶颈。如何使工科大学物理实验课程满足教育部提出的培养学生创新能力的要求,适应地方院校发展的特点,大学物理实验课程体系进行改革已成为必然。
2 传统实验教学模式存在的问题
传统实验教学模式为封闭式管理模式,学生在规定的时间内,在固定实验室按照指导书提供的实验方法与步骤一步一步地完成实验,在时间、空间(实验项目)、任课老师上都不能自主选择。这样往往抹杀学生学习的热情,学生的特长、兴趣和爱好等得不到充分很好的发展,不利于学生实践和创新能力的提高,同时又造成实验设备大量闲置。长期封闭式管理、落后的实验设备,导致物理实验课程内容陈旧,教师和学生的创新很难有所突破,大部分创新集中在实验方法的探讨及原理理解上。受到实验室面积、人力及设备的利用率等限制无法购买针对某些专业性较强的先进设备,设备的落后制约着科研的发展,对部分学者提出的以科研促教学,只能是一句空话,同时基础物理实验设备也很难为工科各专业学生提供与其匹配的实验训练,更谈不上服务地方经济,这样就极大地降低了物理实验课程的作用,并桎梏了物理实验室的自身发展。因此,改革实验教学模式,在高校建立开放性实验室,实行开放性物理实验教学模式,已成为当前高校实验教学改革的重大课题。
为适应科技发展,满足社会对人才素质的要求,物理实验教学的改革,必须致力于建立一种体现当代科技发展、有利于培养具有扎实基础知识、创新精神和实践能力的高素质人才的教学新体系。实验教学应该向充满生机的开放性实验教学模式转变,使实验教学结合科研和生产实际。从教学内容到教学方法不断的更新,增加反映当代教育思想和高科技成果的教学内容,改变单一的教学方法和手段,实现以人为本,以学生为主体,因材施教、因需施教,把培养学生的科学实验能力和创新能力放在首位,充分利用现有教学资源,提高学生学习的主动性和创造性,培养学生掌握科学实验方法和技能、提高分析和解决问题的能力。
3 开放性物理实验课程体系的改革内容
近年来,上海工程技术大学物理实验中心紧紧围绕学校“培养高素质应用型人才”和“产学研结合”的办学特色,以培养学生的创新精神和实践能力为目标,对大学物理实验课程进行了改革与实践,收到了预期的效果。
3.1 创建全面开放的物理实验课程体系,实现物理实验课程对校内师生、兄弟院校、社会企业的全方位开放。
自2004年以来我校大学物理实验中心创建了创新实验室、近代物理实验室、演示实验室和走廊实验,创新实验室由学生自主管理;走廊实验实行全天候开放;演示实验室、计算机数据处理室、资料室实行工作日开放;其他实验室教学周实行预约开放;同时结合我校特色,自主开发了大学物理实验综合教学管理网络平台。通过该平台,学生可以在网上预习物理实验,进行实验选课,查阅资料;教师可以与学生沟通交流,对学生提出的问题进行及时答疑;实验中心可以发布物理实验课程各种信息,实现了物理实验教学管理的信息化和实验教学资源的开放;同时不断吸收国内外先进的教学理念,引进国内外先进设备(如美国PASCO公司的传感器技术实验仪器、德国PHYWE公司的水的高温蒸汽压测定仪等),使物理实验内容不断更新,实验方法、手段与时俱进,尽量适应现代科学技术的发展;对引进的国外设备,采用英文原版讲义,鼓励学生使用英文撰写实验报告,锻炼了学生的科技英语应用能力。学生设计性实验内容、方案都是由学生自己拟订,逐步实现了实验内容的开放;
物理实验中心先后派多名骨干教师到复旦大学、上海交通大学等国家重点高校物理实验中心参观学习,与上海应用技术学院等多所地方高校同行交流、沟通,形成了相互学习、取长补短良好氛围,近几年先后接待十多所高校的教师和学生的参观。
依托上海工程技术大学先进的“产学研”合作办学模式,中心积极与企业合作,联合开发教学设备,如上海泰勒精密仪器制造有限公司、复旦天欣仪器设备有限公司、上海柯沃泰膜结构有限公司等,联合开发教学设备并参与企业产品的物理特性测试。同时将合作项目分成若干个创新实验课题,鼓励学生选择课题并参与,激发了学生创新的积极性,培养学生知识应用的能力。
3.2 与各专业学院紧密合作,联合创建实验室
2007年大学物理实验中心结合学校的办学特色和培养目标,根据各学科发展对学生能力的相应要求,与各专业学院紧密合作,特别是学校重点发展学科(如材料专业、轨道专业等),联合创建实验室,引进能为专业学科提供支撑的先进设备,开设相关实验项目,例如:主要面对材料学院学生的原子力显微镜、表面磁光克尔效应实验等,主要面对轨道专业学生和电气与自动化专业学生的传感器技术与应用、光纤通信实验等,主要面对化工专业学生的核磁共振、光谱分析等。这样既实现了资源共享,又实现了物理实验中心和各专业学科共同进步,改变了大学物理实验设备测量精度低、方法手段落后的局面,为实验室自身发展开拓了空间,同时可以使各学科学生在低年级时打下良好的专业实验基础。
3.3 改革并完善大学物理实验评分标准,强调学生创新能力的培养,在制度上鼓励学生积极参与创新实验
物理实验教学采用了模块化分层次的教学组织形式,对基础实验模块和综合设计性实验模块根据实验预习、实验操作、实验报告三部分定出学生的成绩,但物理实验课程总成绩必须反映学生通过学习物理实验课程后其解决实际问题能力及创新能力,新制定的大学物理实验评分标准规定学生创新实验成绩占物理实验总成绩的20%,加大了学生创新实验能力分数比重,学生创新实验成绩根据学生实验的创新程度确定,参加创新实验的学生在实验结束时要撰写答辩论文,在学期结束时组织教师对学生进行答辩(创新)考核,并鼓励、支持学生公开发表论文,申请专利。
4 实行开放性物理实验课程体系取得的效果
实行开放式教学管理后,打破了学生实验的时间限制,学生可以自主选课、自己设计实验、自主管理实验室,增强了学生的主人感与自信心,为学生创新实验提供了保障,大大地激发了学生的学习热情,调动了学习积极性;网络教学管理平台,打破了学生实验学习的时间和空间限制,方便学生预习实验、查阅资料、与老师交流等。新的评分标准对学生的创新给予了高度认可,为学生参与创新实验提供了保障。
作为一门基础课程在对专业提供支撑方面,物理实验目前已经与材料学院联合创建了原子力显微镜、表面磁光克尔效应等实验室,与轨道学院联合创建了传感器技术与应用等实验室,与化工学院联合创建了核磁共振等实验室。几年的实践证明,这些实验室作用明显,不但各专业学院的低年级学生在物理实验课程内通过这些实验打下了良好的专业基础,很多高年级学生和专业教师也在这些实验室中完成了他们的毕业论文和科研课题。同时,联合创建实验室,避免了学校实验设备的重复购置,实现了资源共享,累计为学校节省了100多万元资金。
与企业合作方面,目前中心正积极与上海泰勒精密仪器制造有限公司、上海柯沃泰膜结构有限公司等合作,拟对上海柯沃泰膜结构有限公司的产品“水立方”薄膜(EFET薄膜)热传导系数、透光率等物理性能进行测试。实践证明,这种做法效果明显,几年来,学生通过研究合作项目中的课题、学生创新实验课题撰写论文40余篇,其中公开发表2篇,一篇发表在《上海工程技术大学学报》,一篇发表在《大学物理》,申请发明专利2项,获得软件著作权登记一项。
5 总结
工科物理实验课程改革是一项长期而艰巨的任务,物理实验工作者必须在思想上、理论上有创新,才能突破传统观念的束缚。地方普通院校主要是对为地方经济发展服务培养人才,普通物理实验课程如何培养应用型人才,如何摆脱传统发展模式的约束,走出一条适合自身发展的道路,这还需全体物理实验同行的共同努力,上海工程技术大学物理实验中心在物理实验课程改革做了一些探索,建立了开放性大学物理实验课程体系,在与专业学院实验室合作、学生创新能力培养、主动服务地方经济方面做了大胆尝试,取得了一些效果,但要让工科物理实验课程不仅锻炼学生的基本实验技能,又能培养学生的知识的应用能力、创新能力,可谓任重道远,需要我们继续不断努力。