应用物理学专业实验课程与培养模式改革与实践

摘 要：应用物理专业创新实验课程教学改革，对提高教学质量、培养创新人才具有十分重要的现实意义。基于应用物理学专业人才培养要求，针对桂林理工大学应用物理学专业实验课程教学现状进行了详细研究，对其实验课程的教学内容和培养模式进行了改革。改革实施后，学生的创新意识和能力得到了明显加强。

关键词：应用物理学专业；实验课程；实验教学；培养模式；创新能力

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）23-0127-04

Abstract： The teaching reform of applied physics experiment course has a great significance for improving teaching quality and cultivating innovative talents. Based on the requirement of the training of applied physics profession， the paper analyzed the teaching status of the applied physics experiment course in Guilin University of Technology， and the teaching content and training mode of the experiment course were reformed. Through the experiment teaching reform， students" awareness and innovation ability have been improved significantly.

Keywords： applied physics profession； experiment course； experiment teaching； training mode； innovation ability

引言

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》明确提出探索拔尖创新人才培养模式，创新教育教学方法，倡导科研与教学互动，鼓励、支持本科学生参与科研实践活动，强调创新意识和能力的培养成为人才培养的目标，积极探索培养高素质创新型人才的方法与途径成为现阶段高等教育改革和发展的主旋律[1]。实验教学在各类教学工作中不可或缺的组成部分，特别在高等教育中，实验教学尤其显得重要，它是抽象思维与具体实际之间的纽带，是感性认识与理性认识的有机结合桥梁。在培养学生创新意识与创新能力方面，其作用是其他教学环节永远不可替代的。可以说，创新源于实践，实验教学对学生创新能力的培养起着至关重要的作用[2]。

应用物理学作为物理学一级学科门下的一个二级学科，具有理工结合的特点，它与物理专业、工程物理专业、电子信息工程、半导体和材料专业密切交叉，其理论知识体系涉及到电子学、物理学、材料学和化学等诸多的理论和方法。它的研究领域涉及包括微电子、半导体材料与器件、新能源开发、信号处理与传输、光电通信技术、遥感探测技术等等。社会要求应用物理学专业人才应具备扎实的物理学基础、深厚的专业知识以及较强的实践能力。因此，应用物理学专业在实践中创新能力水平的高低，决定了他们是否能成为工程技术及应用领域专门人才的关键。但是，目前我国大多数地方本科高校的应用物理学专业的实验课程均秉承理学专业的传统实验教学模式，首先是理论课程偏多，实验课程偏少，专业实验课程方向不科学[3]；实验课程本身存在着实验课程体系不科学、以灌输式教学为主、实验成绩考核方式不规范等问题[4]。这些抑制学生的学习兴趣，束缚了学生的个性发展，严重阻碍了学生创新思维及能力的培养。

一、应用物理学专业及实验课程教学现状分析

桂林理工大学应用物理学专业在2007年开始面上全国招生，每年招收70名學生，学生70%来自广西，30%来自区外，生源质量参差不齐。07至10级学生其教学方法秉承传统教学的教学模式，存在重讲授轻实践、多理论少实验的现象，这样虽然使他们具备了较好的专业理论基础知识，但是对应用物理学知识的应用了解不够，尤其在实践能力缺乏应有的锻炼，在知识的应用技能上也远远不够，更谈不上创新能力的培养。归纳起来，其专业实验课程教学存在如下一些突出的问题：

第一，人才培养体系的实践性教学环节中，学生实践能力不能满足其职业素质的需要。应用物理学专业实践性教学课程设置大多是基于物理学及其交叉学科的人才培养体系的简单累积，这样虽然向学生灌输的知识量增大，但造成其学习任务繁重，且学生真正的实践能力和掌握的应用技能十分缺乏。专业实验课程全部按照开设的专业教材或传统教学实验设置，与学生毕业的职业需求和社会发展实际要求基本脱节。

第二，专业课程体系中实践教学与理论教学脱节。根据教育部教指委的规定，学校对应用物理学专业投入不足，实验室硬件远不能满足专业实验教学要求，造成学生获得直接经验的较少，并有部分专业课程几乎没有实验的机会。产生这种现象的部分原因可归结于人才需求周期变化的缩短，使得专业培养方案调整频率过快，导致教学经费投入难以跟上步伐。

第三，科学研究不能融合于教学，科研弱化本科教学，实验师资队伍边缘化。由于各方面的原因，特别是在职称评定指标方面和奖励效益方面等的一些因素的影响，我校在一定程度上存在着重科研、轻教学的现象，导致教学与科研发展严重失衡，教师的学术水平和科研能力越高，其在本科教学方面投入越少。由于国内整体现状和学校遗留问题原因，应用物理专业师资普遍职称和学历偏低，教学能力和水平无法满足教学要求。

因此，如何培养高素质创新人才是我校应用物理学面临的重大课题。桂林理工大学是一所以工为主，以地质科学为特色的西部高校，以培养适应区域经济发展、社会发展需要的应用型创新人才为目标。近年来，针对大学生就业形势的巨大压力，学校把培养应用型创新人才培养作为工作的重点，应用物理学专业把握这一契机，开展了大规模的实践教学与人才培养模式改革。

二、应用物理学专业实验课程体系规划与教学改革

根据桂林理工大学十三五规划发展总体目标及应用物理学专业人才培养方案，应用物理专业实验室围绕“以人为本、传授知识、提升能力、凸显创新”的创新应用型人才培养要求，确立在应用物理学专业实验教学重点侧重于物理电子类和材料科学类相结合领域，如物理电子学、光电信息、新能源物理等方向人才培养的核心地位。通过将物理学基础知识、专业特点、学科前沿和交叉学科知识有机融合，逐步培养学生的认知、掌握、应用、创新等综合能力，为社会输送创新应用型高素质人才。

应用物理学专业实验室结合学校及学科的发展规划、招生规模和生源情况等，结合现有实验教学设备资源及整合大学物理基础实验相关教学设备，以一体化、标准化建设为目标，在课程体系、资源配置、规范体制、实验室管理、教学队伍等方面全面实施改革。

（一）实验教学课程体系的整合与优化

为适宜市场经济和社会的发展要求，应用物理学专业在“需求导向”下设置的实验课程不可避免地倾向于“大而全”，这就导致了既要考虑市场“需求的广泛性”又要兼顾专业“就业的针对性”，既要考虑“基础课程模块”和“专业课程模块”，更需要兼顾“专业方向课模块”组成的课程体系，这样形成一个散乱的实验课程“体系”在所难免，这对学生系统地学习专业知识、培养创新能力极为不利。为使应用物理学专业学生成为具有创新能力的专门人才，必须解决好基础与专业、理论与实践、主干学科与相关学科乃至其交叉学科的关系。为此，我们依据专业培养计划贯通了基础与专业之间的界限，构建了“四模块三层次”实验教学课程群，四模块分别是：物理学理论基础、特色专业方向、工程能力培养、素质拓展；三层次分别是：了解与理解、综合与设计、研究与探索。“四模块三层次”的最大特点是循序渐进的，“四模块”讲求的是把专业知识、专业技能渗透于基础知识与技能之中，而“三层次”强调的是在熟练、巩固的基础上培养创新意识和能力。

（二）实验教学内容、方法与手段的改革

结合应用物理学专业各课程的具体情况，改革实验内容和实验方法，删除内容落后、实验手段陈旧的实验内容，增加紧扣专业科研前沿的实验技术和方法，优化、整合各课程间衔接实验内容、合理调配验证性、综合性、设计性与研究性实验内容的比例。学生采用流水作业的模式进行分组综合性实验，帮助学生融会贯通所学专业理论知识。增加设计与研究性实验比例，每个专业教师负责指导、监督一个实验，并定期轮换指导，营造良好的科学探讨氛围，培养学生的动手能力和创新意识。在实验教学课程中适当引进穿插多媒体、仿真实验技术，完善充实实验教学过程。

多媒体教学手段已经广泛应用于各学科的理论课程教学中，但在实验教学中应用相对较少。首先，多媒体技术把图像、声音、文本等完美地结合在一起，为学生提供生动、逼真的实验情境，能较在很大程度上刺激学生的各个感官，提高学生的学习注意力和学习兴趣。其次，多媒体技术能够大幅度成本投入、操作方便，它不但能比較容易突破实验难点，同时能提供更逼真的实验现象，有利于激发学生的想象力，对创新思维和能力的培养大有裨益。

（三）开放实验室与开放式实验教学模式

开放实验室的实验内容的不确定性，可为学生提供功能强的实验仪器和良好的实验环境，给学生提供一个方便、灵活的实验条件，学生可以根据自身的实际情况作阶段性调整或修改实验方案。开放式教学模式关键作用是教与学主体地位的转变，也就是教师和学生在教学过程中角色的转变，即教师由知识的传输者成为指导者，使学生从被动接受知识演变成知识的主动建构者。开放实验室和开放式教学模式都有利于学生成为独立自主或探索、创造性地完成每个实验研究主体，使学生在实验过程中学会学习、思考、探索、研究，使之从中受益。

（四）实验室规范管理与教学队伍改革

为了促进实验教学体系改革、培养应用创新型人才目标达成，在实验室规范管理方面，除开放实验室管理外，还实现了实验室的建设集约化、实验教学人员专业化、标准化。应用物理学专业实验管理人员必须具有全日制本科以上学历，教学人员必须具有高级职称或博士以上学历。每年拨专项经费，选派实验管理人员和教师调研或进修，提升实验室管理能力和教学水平。同时，结合学院绩效分配制度改革，加大实验教学奖惩力度，从根本上改变了来实验人员级别低、待遇低的状况。

三、应用物理学专业人才培养模式改革探索

（一）教学科研协同，准导师制培养

建立教学团队，制定科研服务于教学的探讨式教学方法，探索形成“科研嵌入”理论教学内容、“科研反哺”实践教学环境的创新人才培养的教研统一机制。“科研嵌入”理论教学是将教师的科研项目能够分模块进课堂、进实验、进毕业设计部分，这样实现科研成果进课堂，也有利于讨论式教学，提高学生的创新意识和创新能力。“科研反哺”实践教学环境是及时总结项目研究经验和成果，凝练科研案例，撰写为讲义或教材，将其融入教学课堂，这可极大地丰富教学内容，拓宽学生视野。

（二）学校企业协同，项目驱动式培养

建立校企合作，深度拓展教学实践环节，完善创新人才培养体系。学校与企业签订认知实习、生产实习、毕业实习等教学实习基地，学生在不同阶段到企业中了解与专业相关的产业知识，学会运用知识解决实际问题、提升能力，以更好地满足社会与经济发展对应用型创新人才的能力需求。第一，可以建立校企联合实验室和模拟企业生产线实训室，对于企业生产中遇到的实际问题，进行设计、分解，并由企业技术人员和专业专任教师共同指导老师，按照实际问题在生产过程中组织现场教学（条件许可的情况下），或生产后进行课程讨论。第二，由企业工程师担任兼职教师在校内开设企业相关实践课程教学，把企业项目带进学校，作为学生第二课堂的任务，使学生在学校内进行从理论到实践的能力培养。第三，聘任企业高级工程师担任学生毕业论文（设计）指导老师，在第七学期就可以进入企业进行毕业实习，开展相关的毕业论文（设计）工作，这样不仅使学生在企业学到较多的实际生产经验，也为就业奠定了坚实的基础。

（三）创新研究实践，自主提升式培养

成立大学生物理协会、电子协会等学生团体，定期开展丰富多彩的校园文化活动和课外科技活动，提升学生的创新能力。每年举办一次为期一个月的大学生校园科技文化节、数理节。积极组织学生参加全国大学生数学建模竞赛、“挑战杯”科技作品竞赛、电子设计竞赛等，组织学生积极申报各类课外科技项目，大力支持探索、创新类的毕业生的毕业设计，为学生提供更多的参与创新活动机会和实施创新活动的平台。

（四）研究型课程教学，兴趣式培养与提升

教师将一些与专业结合紧密的科研项目设置成“应用研究型课程”，该课程教学课时一般为16学时，开课内容要求紧扣学科、科研前沿，与应用物理学专业紧密相关；选题必须是省级以上在研课题，同一课题内容不能重复开课；课程讲述要求从专业知识宏观入手，逐渐深入；任课教师必须具有高级职称或博士以上学位。近三年来，应用研究型课程部分开课情况，见表1（大部分老师开课2～3次课，表中每位教师均只列出一次）。通过该课程的学习，学生既对所学的专业知识应用有了充分的认识，也了解了从事科学研究与探索的困惑与艰难，更让其体会享受成功时的喜悦与乐趣。该课程根据实验室条件选课学生数一般限定为5～10人，学生根据自身的兴趣爱好选择课程。自开设以来，该课程十分受学生的欢迎，所有均达到选课人数上限。

四、实践成果

桂林理工大学应用物理学专业创新应用型人才培养模式下的实验教学改革的开展极大地激发了学生的学习兴趣，调动学生学习的主动性，学生的创新意识和创新能力得到明显的提升。实施四年来，创新应用型人才培养模式的实施取得了显著的成效。学生自主完成的研究、探索性实验项目30 余项，积极申报大學生科技项目立项，校级科技立项15项，省级以上项目8项。在校期间，本科生参与申请发明国家专利5项，公开发表的专业学术论文15 篇，其中应用物理学专业学生农春选同学参与教师的科研项目，撰写学术论文“ 型三能级原子玻色-爱因斯坦凝聚体单模光场系统中双模原子激光的压缩性质”在国内权威期刊《物理学报》上发表。应用物理学学生参加自治区、国家和国际大学生数学建模竞赛，获得区一等奖3项，国家二等奖1项，国际二等奖1项，其他级别奖项多项；学生积极参加电子设计大赛，获广西一等奖2项。在目前大学生就业压力较大的背景下，近三年应用物理学专业学生的就业率仍保持在90%以上，始终处于全校十五名左右（全校共56专业招生）。应用物理学专业毕业生的素质、水平和能力得到用人单位的高度评价，并有部分学生已经成为企业的技术骨干、行业能手， 2012级优秀学生常垂明、邓坚的相关事迹分别在中青网和桂林日报等媒体报道。同时，应用物理学专业升学率（考研录取率）在我校处于前列，位于学校前十名以内，每年均有学生考上了中国科学院大学、南京大学、中南大学等“985”或“211”高校的硕士研究生。

参考文献：

[1]呼格吉乐.基于大学生创新能力培养的教学改革探索[J].教育探索，2010，229（7）：39-40.

[2]付坤，周晓勤，凌振宝，等.基于创新人才培养的高校工科类专业新常态实践教学探索[J].实验技术与管理，2015，32（10）：18-21.

[3]宋昭远，张雷，张磊磊.应用物理学专业特色建设及实践能力培养探索[J].教育教学论坛，2017（2）：139-141.

[4]王月花.应用物理专业实验课程体系优化与改革探究[J].中国电力教育，2014（30）：73-74.

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