南京信息工程大学╲〞大学物理实验课程改革与实践╲〞.doc

南京信息工程大学“大学物理实验课程改革与实践”申报教育部第六届高等教育国家级教学成果奖成 果 总 结（南京信息工程大学）陈玉林、李传起、徐飞、郭胜利、赵学余大学物理实验课是高等理工科院校学生进入大学后的第一门实践课程，是理工科学生系统学习基本实验知识、实验方法和实验技能的开端，是专业实验和毕业设计的基础，对提高学生素质具有举足轻重的作用。通过实验课的教学要达到提高学生的科学实验素质，培养具有创新精神和良好科学作风的目的。而目前，国内高校的很多学生重理论轻实践现象问题较为突出，学生对实验的兴趣度不高、创新意识不强，为改变这一现象，切实提高大学物理实验教学质量，近年来我们在物理实验课程与建设中对物理实验的教育教学理念、课程体系、教学内容、教学方式和手段、实验教学管理、实验中心网站、实验教材、实验师资队伍等方面进行了一系列的改革和实践，取得了显著成果。2005年，我校物理实验中心被江苏省遴选为第一批省属本科学校基础课实验教学示范中心建设点，中心于2008年顺利通过江苏省教育厅组织的专家验收；2006年和2008年，大学物理实验课程两次被评为江苏省精品课程；2007年，大学物理实验教材被遴选为江苏省高等学校立项精品教材。1 物理实验课程改革建设指导思想和改革思路大学物理实验课程建设是在近几年教学改革实践的基础上逐步完善的。1999年，我校基础物理实验室以被评为江苏省先进集体为契机开始摸索物理实验课程建设。2001年，基础物理实验室顺利通过江苏省普通高校基础课教学实验室的评估验收，并取得优异成绩。2002年，我们开始对大学物理实验课程体系、教学内容、教学方法和教学模式进行了全面改革，打破了传统的各学科独立的课程体系，建立了学科交叉、逐渐升级的物理实验课程新体系，丰富了反映时代特点和由科研转化的教学内容，创建了多元化的教学模式，并进行了教学考核方法等方面的改革，取得明显的效果。2003年，为进一步改革物理实验课程，学校将原基础物理实验室、近代物理实验室和专业实验室合并组建为物理实验教学中心，并启动新的实验课程体系。目前，中心确立了以“人才培养为中心任务，教学工作为中心地位”的课程指导思想和以“以培养学生为本、以实践教学为主、以科研促进教学”的实验课程改革思路。2 创新实验教学理念，促进综合素质培养2.1 树立“五基”教育教学新理念实验教学改革是课程建设的核心内容。课程建设应以培养学生实践能力、创新能力和提高教学质量为宗旨。先进的教育教学理念对课程中心建设起着指导作用。以往我国高等教育采用基础理论、基础知识和基本技能“三基”教学理念，成功地培养了无数优秀的服务型人才。现在要实现服务型人才向创新型人才培养的转变，需要在“三基”培养的基础上，增强基本思维和基本能力的培养，即建立起“五基”教育理念。基本思维就是在培养顺向思维的同时，注重逆向思维的培养；基本能力就是在培养学生发现问题、提出问题和解决问题的能力的同时，加强获取知识、应用知识和探索研究新知识能力的培养。几年来，以构建和实施创新型人才培养的物理实验教学新体系为切入点，将“五基”教育理念贯穿于整个教学改革之中，拓宽了创新型人才培养的思路。2.2 建立“三级”物理实验教学新体系课题组在教学中注意到现代科学技术的发展已趋于力、热、电、光相互渗透和相互促进的局面；过去属于近代物理实验的内容，现在已是很普通的实验了，因此，课题组在近年来将本科教学中各门物理实验作为一个整体统一安排，打破普通物理实验中力学、热学、电磁学、光学等之间的界限，对原来的大学物理实验和近代物理实验统筹安排，将部分近代物理实验放到普通物理实验中，将公共物理实验与专业物理实验融合，从物理实验的研究内容和规律出发，形成了从易到难、从简单到综合、从注重传授知识到注重创新能力培养、循序渐进、逐级提高的三级物理实验课程新体系。一级实验主要开设一些预备性、基础性实验；二级实验主要为一些提高性实验；三级实验主要为综合性、设计性实验。另外，我们还对物理类学生开设近代物理专题实验，通过这些实验的学习，使学生对近代物理的研究内容、研究方法和研究成果有一定的了解，为学生开拓视野，并使学生的实验能力得到进一步的提高。3 改革实验教学内容，培养学生的创新能力传统的实验教学内容偏重于验证性和演示性实验，不利于激起学生的学习兴趣和热情，实验教学形式化、程序化，学生进行科学实验和独立工作的能力在实验课中没有得到有效的锻炼和提高。为解决这些实际问题，课题组以增开综合性、设计性实验为突破口，全面审视物理实验项目，精选基本的实验内容，坚决淘汰已过时的实验内容、方法和手段，补充一批在物理学科中有代表性和应用价值的实验内容、方法和手段，将一批原属于近代物理实验范畴的实验融入到基础实验中去，将部分科研成果转化而来的实验和应用现代物理实验技术融入到基础实验中去。如新增光学法测声速的实验研究、黑体辐射实验、液晶电光效应实验研究、样品制备实验研究和超导性能实验研究等，从而将基础定位在较高水平上，使实验内容与现代科学技术发展结合较为紧密，从而充分发挥培养学生动手、动脑能力，激发学生学习的主动性与创造性，提高学生的综合素质，激励学生的创新精神。4 实行开放式实验教学，提高实验教学效果传统的实验教学偏重于所学知识的验证，学生在规定的时间内，根据实验指导书规定的实验步骤和方法，对理论教学知识进行验证，然后按照规定的格式，写出实验报告。这种实验的常规安排模型，局限于所学知识的复习巩固和实验操作技能的训练，学生没有必要也没有可能自己选择实验内容和自己去安排实验时间，从而束缚了学生的思维，客观上限制了学生的积极性与主动性的发挥，学生学习兴趣不大，积极性不高，实验效果不好，不利于工程实践能力和创新开发能力的培养。课题组认为，高等教育不仅仅是知识的简单传授，而应该把重点放在综合能力的培养上，包括自主学习能力、技术应用能力、工程设计能力、创新开发能力的培养。因为我们处在一个知识爆炸、人才竞争激烈的时代, 大学阶段刚刚学过的知识，也许走出校门就过时了。只有上述几方面能力的形成，才是持续发展不竭的动力，才能跟上时代的发展。在国外一些高等学校中，实验室、实习基地大部分都是开放性的。实验、实习内容多以学生自行设计、制作、测试为主，学生可以做课内规定的项目，也可以做自己感兴趣的内容，为学生提供了一个大胆思维、不受约束、能充分发挥个性的空间和条件。为此，课题组借鉴国内外先进的实验教学模式，结合我校现有的实验教学条件，实行开放式实验教学以适应新的实验教学体系的需要。开放式实验教学为学生提供了更多的学习机会和自主权，使学生在观念上由“要我学”转变成“我要学”，调动了学生的学习积极性，激发了学生的学习兴趣。学生在开放实验中比原计划多做1.6个实验。学生做实验最多的达到30个，全部做完实验室所提供的实验项目，超过计划学时20%，开放实验的教学工作量达到年12万人时数。通过开放式教学, 使学生在自觉学习和锻炼过程中, 不再是消极的知识接受者, 而是主动的求知者、参与者、探索者。学生的应变能力、创新意识在不断地解决问题和积极主动地参与过程中得到培养。我校于近年连续六届在江苏省高等学校创新竞赛中获奖，并取得优异成绩。5 在实验教学中引入现代化教学手段通过实验教学改革的不断深入，将多媒体教学技术引进实验室，由于多媒体教学集图、文、声、像、动画于一体，具有形象、生动、具体等特点，不但可以减轻教师的工作强度和压力，还可以激发学生学习的积极性。通过实践，取得了明显的教学效果。为此，一方面我们建立了仿真物理实验室。仿真实验通过计算机网络把实验设备、教学内容、教师指导和学生的操作有机地融合为一体, 形成了一部活的、可操作的物理实验教科书,扩大了物理实验的空间,打破了教与学、理论与实验、课内与课外的界限。它作为一种理想的教学环境的创设工具,学生自主学习的认知工具和情趣激励工具, 增强了学生对物理实验的兴趣，充分调动学生主动学习的积极性；另一方面，我们建立资源丰富的物理实验教学网站，实行网络化教学，以网络为载体，积极开发网络资源，使得网络这一现代化的教育资源在实验室的管理、实验室的开放式教学、学生学习的积极性提高和能力素质的培养等方面发挥了很好的作用。积极实施物理实验精品课程建设，使其能够在网络教学平台上进行教学与管理，建立专门网页，把相关的教学大纲、教案、习题、实验指导、网络课件、授课录像、参考文献目录等上网免费开放，实现优质教学资源共享，带动全校其他课程的建设。6 加强实验师资队伍建设，提高实验教学水平培养合格人才需要高素质的教师队伍，教师在教学过程中起主导作用，一流的教学队伍是提高教学质量的重要保证，也是精品课程建设的重要内容。针对以前我校实验师资队伍学历、职称偏低、数量不足、思想不稳定等问题。我校采取“内部培养进修和引进相结合”、“基础与专业相结合”、“教学与科研相结合”、“固定编制与流动编制相结合的方针”的四结合方针，使物理实验课程拥有一支素质优良，职称、学历、年龄结构相对合理，教学与科研相结合的师资队伍，有效地保证了精品课程建设和实验教学改革的不断深入。7 出版新的实验教材以满足物理实验新教学体系的需要在教育部关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量若干意见，努力培养学生“科学素养”与创新能力思想指导下，大学物理实验课程组十分重视教材建设。近五年来，先后编写及修订物理实验教材2部，其中最后1部已由科学出版社出版，并于2007年获准为江苏省精品教材立项建设项目，它是集中课程组主要力量编写而成的。新教材内容充分反映了我们的教学理念和指导思想，完全能够满足实验教学需要，它采用了国家新的质量评定体系和“不确定度”概念，数据处理采用最小二乘法、列表法、作图法、逐差法等。新教材具有突出的特点：注重实验设计思路、提供多种实验方案、增加了设计性实验课题、增添一些新的结合科研、工程和社会实际应用需要的实验内容，反映了当前主流的实验理论、技术和方法以及实验教学改革成果。实践表明，实验教学效果得到了保证和提高，为搞好大学物理实验课程建设提供了有力的支撑。8 开设实验讲座，激发学生学习兴趣针对学生在学习实验过程中兴趣度不高等现象，课程组在开设物理实验课的同时，对学生开设物理实验技术系列讲座，在实际教学中，激发了学生学习的热情和主动性，出现了生动、活泼的学习氛围。目前开设的实验讲座主要有：实验物理在物理学史中的地位和作用、物理实验思想和方法的形成、测量不确定度实践和实验数据处理方法、物理实验常用测量方法浅谈、计算机在物理实验中的应用等。9 加强自制仪器建设，培养学生创新能力实验仪器的自主研制，不只是实验教师参与，而是要教师带领学生共同参与。第一，教师教学任务繁重，只有教师参与，教师完成大量的设计工作是很困难的。第二，通过学生参与仪器研制，可以使学生学习很多工程实际知识，能充分发挥学生的积极性和创造性,提高学生的综合能力，达到培养优秀学生的目的。第三，学生通过参与仪器的研制，对仪器的内部结构有很深入的理解，学生实验时，就会对实验内容有更深刻的认识和理解。第四，教师可以通过实践检验发现并及时解决理论学习存在的问题。实践表明，学生参与仪器研制热情高，通过参与研制学会了很多工程知识，提高了学生的动手能力和综合能力，教与学同时得到提高，效果良好。目前，课程组采用先进的设计理念和技术，自主研制开发和更新改造了一批有特色的物理实验教学设备，如