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摘要：阐述了大学物理实验的教学目标，教学体系的建设框架及教学模式的改革，总结了石家庄铁道大学物理实验中心近几年实验教学改革的实践建设经验，提出了一些教学改革方案，对培养学生、服务社会都起到了不错的效果。
关键词：创新精神；教学体系；教学模式；素质培养
作者简介：杜明辉（1978-），男，河北石家庄人，石家庄铁道大学教务处主任科员，讲师；杜伟胜（1976-），男，河北大城人，石家庄铁道大学国资处主任科员，实验师。（河北 石家庄 050043）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）08-0142-02
21世纪科技和经济的高速发展需要基础知识和专业知识宽厚、具备创新精神和创造能力的高素质人才。因此，着力培养具有创新精神的宽口径、厚基础的大学生成为强化素质教育和深化教育改革的一项重要内容。[1]如何使我们的基础实验教学跟上时代的步伐，在加强学生实践能力、创新能力培养上办出学科的特色来？构建适应新形势发展的课程教学体系？是摆在大家面前的现实问题。基础实验教学始终是高等工科教育人才培养的重要环节，有着其他教学过程无法替代的显著作用。但由于多年来应试教育观念的影响，对实验教学环节的重视程度始终低于课堂教学。在培养人才的创新意识、实践能力及科学素质方面存在明显不足。课程教学体系缺乏对学生知识、能力、素质全面培养的整体优化意识。因此，重新理顺基础实验课程教学体系的改革发展思路，明确该教学体系的内容与教学方法、教学手段等，是一项迫在眉睫的任务。石家庄铁道大学物理实验中心在这一形势下进行了一系列的实验教学改革。
一、课程体系总体框架
按照“一个中心，两个基本点”：即以拓宽学生素质培养平台，强化创新能力为中心；根据物理实验课程的自学性和实践性特点，着重使学生掌握学习方法，培养学生潜在能力；强化学生分析问题、解决问题能力的培养为两个基本点，搭建以多层次、模块化教学为主平台，辅以多元化教学方式，建立平时成绩、卷面成绩、实际操作成绩及创新能力等全方位能力评价体系的开放式综合物理实验教学体系。
二、教学改革内容与实践
近年来，实验中心在如何拓宽学生素质培养平台，强化创新思维、创新能力的培养等方面进行了一系列有针对性的研究和实践，归纳起来主要有以下四个方面。
1.深刻理解教学改革内涵，明确教学目标
目前，部分教学改革存在一种错误的倾向：谈起面向新形势的教学改革，似乎就该大刀阔斧，以为摒弃传统的旧的实验项目，摒弃得越多，教改力度越大，这是极度危险的。要进行大学物理实验的教学改革，首先应理解教学改革的内涵，明确大学物理实验的教学目标。教学的根本目的是育人，而教学改革的目的是为了更好的育人。高校应当坚持以育人为本，以学生为主体，把教学工作作为学校的中心任务，把主要精力放在人才培养工作上。[2]大学物理实验作为基础实验课程，应当逐步培养学生以下能力。
（1）仪器操作能力，即能使用一般测量仪器，并掌握仪器的操作技巧。
（2）实验验证能力，即能证明一般理论结果的正确性。
（3）理解误差原理，即掌握实验结果中的不确定度等问题。
（4）建立物理概念，即通过实验理解物理学的基本概念。
（5）积累实验经验，即通过实验积累科学的实验经验，能分析成功与失败的原因。
（6）科学研究能力，即可以自行设定方案进行科学实验与研究。
2.建立多层次、模块化教学体系[3]
根据大学物理实验的教学目标，我们确立了由易到难、循序渐进的分层次、模块化教学体系，新体系可以概括为“五个层次”、“十五个模块”，分述如下。
（1）第一层次为预备性实验。主要是一些测量内容单一，与中学实验相近的实验项目。由两个模块组成（力学和电学模块），目的是考虑学生入学时的实验水平参差不齐，通过预备性实验，主要锻炼学生仪器操作能力和验证能力。
（2）第二层次为基础性实验。主要对学生进行实验基本知识、基本方法、基本技能的規范性、严谨性训练和指导。使学生自接触实验之初就养成严谨、科学、思维开放的实验习惯，锻炼学生理解误差能力和建立物理概念的能力。这一层次是通过七个实验模块完成的（刚体转动实验；气垫导轨上的实验；万用电表的组装与使用；单、双臂电桥测电阻；示波器实验；薄透镜焦距及望远镜和显微镜放大率的测定；分光仪的调节及光学量的测定）。每个模块包含有两到四个传统实验项目，这些项目不是简单的组合，而是以引导学生步步为营、逐渐开放思维方式为主线，有机联系在一起的。
（3）第三层次为综合性实验。主要是在基础性实验训练之后进行。是提高学生综合能力、加强创新意识和感悟科技发展脉搏而进行的实验教学，主要是锻炼学生综合实验技能，积累科学实验经验。这一层次由六个实验模块组成（磁场测量；传感器应用；光的干涉；光学信息处理技术；声学实验；照相冲洗技术）。在六个实验模块中，每个模块不仅涉及力、热、电、光、近代等实验方法和技术，而且，在多个地方开设有“展望窗口”引导学生将目光和兴趣不拘泥于狭窄的一门学科，而是放眼于更广阔的领域，从而提高综合实验能力。
（4）第四层次为设计性与创新性实验。主要锻炼学生基本的科学研究能力，是对前三个层次实验的补充和扩展（如：半导体热敏电阻特性的研究；数字温度计的设计；模拟电冰箱制冷系数的测定等）。这部分实验只给出一些必要的参考资料而不给现成实验教材和实验步骤。实验室提供可供选择和搭配的仪器和元件。学生做这些实验需要进行包括查阅文献资料、根据具体要求设计实验、在实验中发现问题、分析问题、解决问题，并对实验结果进行总结、归纳以及撰写实验论文。通过这些设计性实验使学生体验科学实验的基本过程，为今后从事科学研究打下良好基础。
（5）第五层次为专题性实验。主要是针对学有余力的学生设计的（包括隔声测量、高温超导等），实行导师制管理。这部分实验由一系列综合性、设计性实验组成，完成一个实验专题，对实验结果进行系统分析，并总结写出实验研究报告。
3.建立多元化、立体化的教学模式
（1）导师制。物理实验中心早在2003年就开展了导师制工作的尝试，至今已发展得比较完善。导师制一般在物理实验的第二学期进行，实行学生、教师的双向选择。学生物理实验I的成绩在90分以上即可填写申请表，参加导师选择；指导教师根据学生的申请资料和自己掌握的情况选择学生。由实验中心统一协调安排，完成双向选择后，指导教师和学生签定指导协议书，明确指导主题内容等。
导师制的开展得到了学生的热烈响应和学校的大力支持，打破以往传统的授课方式。导师制是一种开放式的实验教学方法，使学有余力的优秀学生得到了施展才华的机会，为提高学生的综合素质和培养其创新意识提供了良好的空间，为提高教学质量和发挥学生潜能提供了条件，使学生的基本科研能力得到了锻炼，学生的创新能力得到普遍提高。导师制有利于调动教师进行科研与教学的积极性，实现教学相长和师资队伍的自我优化，提高教育教学质量，对实验室的建设起到了推动作用。
（2）互动式教学。为了调动学生的学习积极性，采取由学生讲解、教师指导的互动式教学模式，即每个学生都有一次讲解实验的机会。学生网选项目的同时要选定是否讲解，讲解评分由指导教师给出，并记入平时成绩。每次实验由两名学生先后进行实验原理、实验操作等内容的讲解，其他学生可以提问或讨论，不足之处由指导教师给予补充。
这一教学模式较大程度上克服传统灌输式模式的弊端，形成了活跃的以学生为中心的全新的实验教学模式。学生在讲解前，应充分理解实验原理、实验内容及实验操作步骤，有效地锻炼了学生的自学意识，提高了学生的积极性和主动性。
（3）物理实验创新竞赛。实验中心提供参考项目，由学生自愿组建参赛小组，选定参考项目或者自拟题目，每个学生只能参加一个项目。参赛小组在2周内完成项目计划书，审核通过后，进入项目实施阶段。每一项目配备一名指导教师，中心提供比赛所需相关实验设备和部分实验材料，各项目应在规定时间内完成。由评审小组进行评比，评选出获奖项目。选择有发展前途的项目继续给予支持，争取形成专利、产品、论文，择优推荐参加全国大学生创新竞赛。
物理创新实验竞赛强化了学生的创新思维能力。在实验设计阶段，学生必须查阅许多文献、专著或专利资料等，培养了学生的自主学习能力、搜集信息的能力等；在实验过程中，学生必须自主选择方案、选择设备、选择耗材，甚至还需要进行一定难度的加工、安装、调试等，极大培养了学生的动手能力、理论联系实际的能力；在实验过程中还需要借助多方面的支持，需要向多个专业的教师求教，需要走向市场组织材料加工，需要同学间的讨论合作等，培养学生的沟通能力、组织管理能力。
（4）加大信息量，培养学生创新性、开放性的思维。21世纪是各类学科相互渗透，相互交叉发展的年代，任何人都不可能靠一门专业打天下，“专业对口”已无实际意义。工科院校加强理科建设，创建文理渗透，理工结合的综合型大学已成为主流办学方向，而物理学作为自然科学和工程技术发展的生长点，它向其他学科的渗透、交叉更趋活跃。因此，培养学生将物理学、物理测试技术主动地与工程学科相联系的能力是教师义不容辞的责任。中心教师通过以下开拓性的教学方式，加大教学信息含量，培养学生创新性、开放性思维。
1）实验理论课使用多媒体教学。实验中心建立了丰富的多媒体课件资源库，利用多媒体技术给学生讲解。丰富了课堂教学的信息含量，使学生获得更多的实验与理论知识。
2）挑选有针对性的实验项目。目前中心能开出78个实验项目，而教学计划仅有52个学时，只允许开设18～20个项目，若要拓宽学生知识面，这就要求教师在实验内容上主动提供其他领域的教学案例，如做电桥实验，将电桥平衡原理与工业自动化控制相结合，使物理实验注入其他学科的新鲜血液。
3）期末考试采取“开卷有益”的方式，给学生提供8～10个题目，由学生随机抽取作为考试题目。这些实验项目没有現成的讲义、仅在课堂教学中做过铺垫。要求学生自行设计、构想并独立实施实验，达到培养学生独立分析问题、解决问题的能力。
4）加强虚拟仿真实验资源建设。科技发展迅速，新器件、新设备层出不穷，实验室不可能紧跟科技的发展而建设，更不可能包罗万象。仿真软件可以弥补这个问题。仿真软件的不断更新，不断加入新的元器件，虚拟部分较先进、功能强的测量仪器，既扩充了实验内容，又开阔了学生的视野，同时节省了经费。[4]
三、结语
实验中心秉承石家庄铁道大学“宽口径、厚基础、强能力”的人才培养特色，坚持培养复合型人才的原则，通过进一步优化实践教学体系，深化实验教学改革，促进了学生实践能力及创新能力的提高。大学物理实验教学改革仍在不断的探索和实践，并逐步完善各个实验教学环节，进一步提高实验教学的质量和效益，让学生在有限的学时内获得更多的知识，力争使大学物理实验的教学真正发挥出其应有的作用。实践证明，大学物理实验教学的改革符合时代和科学发展的要求，教学改革的实践对实验室自身的建设与发展起到积极的推动作用，使实验室的教学、科研和社会服务功能得到更好地发挥。[5]
参考文献：
[1]何新华,陈志武.面向创新型人才培养的专业实验教学体系研究与实践[J].实验技术与管理,2009,(10):24-26.
[2]常维亚,等.充实教学改革内涵,强化创新人才培养[J].煤炭高等教育,2010,(6):21-24.
[3]安连锁,等.将工程训练中心建成大学生创新实践的乐园[J].实验技术与管理,2010,(3):1-4.
[4]冯长江,陈月魁.论仿真实验在实验教学中的地位和作用[J].北华航天工业学院学报,2010,(7):14-16.
[5]张璇.浅析当今大学物理实验教学改革[J].科教纵横,2010,(8):109.
（责任编辑：苏宇嵬）
关键词：创新精神；教学体系；教学模式；素质培养
作者简介：杜明辉（1978-），男，河北石家庄人，石家庄铁道大学教务处主任科员，讲师；杜伟胜（1976-），男，河北大城人，石家庄铁道大学国资处主任科员，实验师。（河北 石家庄 050043）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）08-0142-02
21世纪科技和经济的高速发展需要基础知识和专业知识宽厚、具备创新精神和创造能力的高素质人才。因此，着力培养具有创新精神的宽口径、厚基础的大学生成为强化素质教育和深化教育改革的一项重要内容。[1]如何使我们的基础实验教学跟上时代的步伐，在加强学生实践能力、创新能力培养上办出学科的特色来？构建适应新形势发展的课程教学体系？是摆在大家面前的现实问题。基础实验教学始终是高等工科教育人才培养的重要环节，有着其他教学过程无法替代的显著作用。但由于多年来应试教育观念的影响，对实验教学环节的重视程度始终低于课堂教学。在培养人才的创新意识、实践能力及科学素质方面存在明显不足。课程教学体系缺乏对学生知识、能力、素质全面培养的整体优化意识。因此，重新理顺基础实验课程教学体系的改革发展思路，明确该教学体系的内容与教学方法、教学手段等，是一项迫在眉睫的任务。石家庄铁道大学物理实验中心在这一形势下进行了一系列的实验教学改革。
一、课程体系总体框架
按照“一个中心，两个基本点”：即以拓宽学生素质培养平台，强化创新能力为中心；根据物理实验课程的自学性和实践性特点，着重使学生掌握学习方法，培养学生潜在能力；强化学生分析问题、解决问题能力的培养为两个基本点，搭建以多层次、模块化教学为主平台，辅以多元化教学方式，建立平时成绩、卷面成绩、实际操作成绩及创新能力等全方位能力评价体系的开放式综合物理实验教学体系。
二、教学改革内容与实践
近年来，实验中心在如何拓宽学生素质培养平台，强化创新思维、创新能力的培养等方面进行了一系列有针对性的研究和实践，归纳起来主要有以下四个方面。
1.深刻理解教学改革内涵，明确教学目标
目前，部分教学改革存在一种错误的倾向：谈起面向新形势的教学改革，似乎就该大刀阔斧，以为摒弃传统的旧的实验项目，摒弃得越多，教改力度越大，这是极度危险的。要进行大学物理实验的教学改革，首先应理解教学改革的内涵，明确大学物理实验的教学目标。教学的根本目的是育人，而教学改革的目的是为了更好的育人。高校应当坚持以育人为本，以学生为主体，把教学工作作为学校的中心任务，把主要精力放在人才培养工作上。[2]大学物理实验作为基础实验课程，应当逐步培养学生以下能力。
（1）仪器操作能力，即能使用一般测量仪器，并掌握仪器的操作技巧。
（2）实验验证能力，即能证明一般理论结果的正确性。
（3）理解误差原理，即掌握实验结果中的不确定度等问题。
（4）建立物理概念，即通过实验理解物理学的基本概念。
（5）积累实验经验，即通过实验积累科学的实验经验，能分析成功与失败的原因。
（6）科学研究能力，即可以自行设定方案进行科学实验与研究。
2.建立多层次、模块化教学体系[3]
根据大学物理实验的教学目标，我们确立了由易到难、循序渐进的分层次、模块化教学体系，新体系可以概括为“五个层次”、“十五个模块”，分述如下。
（1）第一层次为预备性实验。主要是一些测量内容单一，与中学实验相近的实验项目。由两个模块组成（力学和电学模块），目的是考虑学生入学时的实验水平参差不齐，通过预备性实验，主要锻炼学生仪器操作能力和验证能力。
（2）第二层次为基础性实验。主要对学生进行实验基本知识、基本方法、基本技能的規范性、严谨性训练和指导。使学生自接触实验之初就养成严谨、科学、思维开放的实验习惯，锻炼学生理解误差能力和建立物理概念的能力。这一层次是通过七个实验模块完成的（刚体转动实验；气垫导轨上的实验；万用电表的组装与使用；单、双臂电桥测电阻；示波器实验；薄透镜焦距及望远镜和显微镜放大率的测定；分光仪的调节及光学量的测定）。每个模块包含有两到四个传统实验项目，这些项目不是简单的组合，而是以引导学生步步为营、逐渐开放思维方式为主线，有机联系在一起的。
（3）第三层次为综合性实验。主要是在基础性实验训练之后进行。是提高学生综合能力、加强创新意识和感悟科技发展脉搏而进行的实验教学，主要是锻炼学生综合实验技能，积累科学实验经验。这一层次由六个实验模块组成（磁场测量；传感器应用；光的干涉；光学信息处理技术；声学实验；照相冲洗技术）。在六个实验模块中，每个模块不仅涉及力、热、电、光、近代等实验方法和技术，而且，在多个地方开设有“展望窗口”引导学生将目光和兴趣不拘泥于狭窄的一门学科，而是放眼于更广阔的领域，从而提高综合实验能力。
（4）第四层次为设计性与创新性实验。主要锻炼学生基本的科学研究能力，是对前三个层次实验的补充和扩展（如：半导体热敏电阻特性的研究；数字温度计的设计；模拟电冰箱制冷系数的测定等）。这部分实验只给出一些必要的参考资料而不给现成实验教材和实验步骤。实验室提供可供选择和搭配的仪器和元件。学生做这些实验需要进行包括查阅文献资料、根据具体要求设计实验、在实验中发现问题、分析问题、解决问题，并对实验结果进行总结、归纳以及撰写实验论文。通过这些设计性实验使学生体验科学实验的基本过程，为今后从事科学研究打下良好基础。
（5）第五层次为专题性实验。主要是针对学有余力的学生设计的（包括隔声测量、高温超导等），实行导师制管理。这部分实验由一系列综合性、设计性实验组成，完成一个实验专题，对实验结果进行系统分析，并总结写出实验研究报告。
3.建立多元化、立体化的教学模式
（1）导师制。物理实验中心早在2003年就开展了导师制工作的尝试，至今已发展得比较完善。导师制一般在物理实验的第二学期进行，实行学生、教师的双向选择。学生物理实验I的成绩在90分以上即可填写申请表，参加导师选择；指导教师根据学生的申请资料和自己掌握的情况选择学生。由实验中心统一协调安排，完成双向选择后，指导教师和学生签定指导协议书，明确指导主题内容等。
导师制的开展得到了学生的热烈响应和学校的大力支持，打破以往传统的授课方式。导师制是一种开放式的实验教学方法，使学有余力的优秀学生得到了施展才华的机会，为提高学生的综合素质和培养其创新意识提供了良好的空间，为提高教学质量和发挥学生潜能提供了条件，使学生的基本科研能力得到了锻炼，学生的创新能力得到普遍提高。导师制有利于调动教师进行科研与教学的积极性，实现教学相长和师资队伍的自我优化，提高教育教学质量，对实验室的建设起到了推动作用。
（2）互动式教学。为了调动学生的学习积极性，采取由学生讲解、教师指导的互动式教学模式，即每个学生都有一次讲解实验的机会。学生网选项目的同时要选定是否讲解，讲解评分由指导教师给出，并记入平时成绩。每次实验由两名学生先后进行实验原理、实验操作等内容的讲解，其他学生可以提问或讨论，不足之处由指导教师给予补充。
这一教学模式较大程度上克服传统灌输式模式的弊端，形成了活跃的以学生为中心的全新的实验教学模式。学生在讲解前，应充分理解实验原理、实验内容及实验操作步骤，有效地锻炼了学生的自学意识，提高了学生的积极性和主动性。
（3）物理实验创新竞赛。实验中心提供参考项目，由学生自愿组建参赛小组，选定参考项目或者自拟题目，每个学生只能参加一个项目。参赛小组在2周内完成项目计划书，审核通过后，进入项目实施阶段。每一项目配备一名指导教师，中心提供比赛所需相关实验设备和部分实验材料，各项目应在规定时间内完成。由评审小组进行评比，评选出获奖项目。选择有发展前途的项目继续给予支持，争取形成专利、产品、论文，择优推荐参加全国大学生创新竞赛。
物理创新实验竞赛强化了学生的创新思维能力。在实验设计阶段，学生必须查阅许多文献、专著或专利资料等，培养了学生的自主学习能力、搜集信息的能力等；在实验过程中，学生必须自主选择方案、选择设备、选择耗材，甚至还需要进行一定难度的加工、安装、调试等，极大培养了学生的动手能力、理论联系实际的能力；在实验过程中还需要借助多方面的支持，需要向多个专业的教师求教，需要走向市场组织材料加工，需要同学间的讨论合作等，培养学生的沟通能力、组织管理能力。
（4）加大信息量，培养学生创新性、开放性的思维。21世纪是各类学科相互渗透，相互交叉发展的年代，任何人都不可能靠一门专业打天下，“专业对口”已无实际意义。工科院校加强理科建设，创建文理渗透，理工结合的综合型大学已成为主流办学方向，而物理学作为自然科学和工程技术发展的生长点，它向其他学科的渗透、交叉更趋活跃。因此，培养学生将物理学、物理测试技术主动地与工程学科相联系的能力是教师义不容辞的责任。中心教师通过以下开拓性的教学方式，加大教学信息含量，培养学生创新性、开放性思维。
1）实验理论课使用多媒体教学。实验中心建立了丰富的多媒体课件资源库，利用多媒体技术给学生讲解。丰富了课堂教学的信息含量，使学生获得更多的实验与理论知识。
2）挑选有针对性的实验项目。目前中心能开出78个实验项目，而教学计划仅有52个学时，只允许开设18～20个项目，若要拓宽学生知识面，这就要求教师在实验内容上主动提供其他领域的教学案例，如做电桥实验，将电桥平衡原理与工业自动化控制相结合，使物理实验注入其他学科的新鲜血液。
3）期末考试采取“开卷有益”的方式，给学生提供8～10个题目，由学生随机抽取作为考试题目。这些实验项目没有現成的讲义、仅在课堂教学中做过铺垫。要求学生自行设计、构想并独立实施实验，达到培养学生独立分析问题、解决问题的能力。
4）加强虚拟仿真实验资源建设。科技发展迅速，新器件、新设备层出不穷，实验室不可能紧跟科技的发展而建设，更不可能包罗万象。仿真软件可以弥补这个问题。仿真软件的不断更新，不断加入新的元器件，虚拟部分较先进、功能强的测量仪器，既扩充了实验内容，又开阔了学生的视野，同时节省了经费。[4]
三、结语
实验中心秉承石家庄铁道大学“宽口径、厚基础、强能力”的人才培养特色，坚持培养复合型人才的原则，通过进一步优化实践教学体系，深化实验教学改革，促进了学生实践能力及创新能力的提高。大学物理实验教学改革仍在不断的探索和实践，并逐步完善各个实验教学环节，进一步提高实验教学的质量和效益，让学生在有限的学时内获得更多的知识，力争使大学物理实验的教学真正发挥出其应有的作用。实践证明，大学物理实验教学的改革符合时代和科学发展的要求，教学改革的实践对实验室自身的建设与发展起到积极的推动作用，使实验室的教学、科研和社会服务功能得到更好地发挥。[5]
参考文献：
[1]何新华,陈志武.面向创新型人才培养的专业实验教学体系研究与实践[J].实验技术与管理,2009,(10):24-26.
[2]常维亚,等.充实教学改革内涵,强化创新人才培养[J].煤炭高等教育,2010,(6):21-24.
[3]安连锁,等.将工程训练中心建成大学生创新实践的乐园[J].实验技术与管理,2010,(3):1-4.
[4]冯长江,陈月魁.论仿真实验在实验教学中的地位和作用[J].北华航天工业学院学报,2010,(7):14-16.
[5]张璇.浅析当今大学物理实验教学改革[J].科教纵横,2010,(8):109.
（责任编辑：苏宇嵬）