电类专业大学物理实验教学改革研究

【摘要】：结合不同专业的后续课程需要和专业人才培养的特点，探索不同专业的物理实验教学改革具有积极的意义。调研了电类专业课程结构特点、就业特点和社会需求。结合电类专业后续课程对物理实验内容的需求，改革了物理实验教学项目及其内容，突出了电类专业特点，并增加了包含新技术的实验内容。在电类专业的部分实验组中进行了教学尝试。教学反馈信息表明，教学改革具有良好的教学效果，能更好地奠定学生的基础，更有效地培养学生的各种能力。

关键词：物理实验；教学改革；电类专业；创新能力

物理实验教学改革的主要任务是在有限学时内提高教学效果[1]，使学生的各种能力得到最好的训练和培养。目前，由于国内大部分高校存在实验设备投入相对不足，造成大部分高校对工科所有专业开设同样的实验教学项目和内容[2]。鲜有高校针对某一类工科专业或某一专业开设特定的物理实验教学项目和内容；另外，物理实验室也存在仪器较为陈旧，实验教学内容不能与时俱进，实验教学形式较单一等现象[3-5]；除此之外，高校由专才教育向通识教育的转变，减少学生的基础课时，造成学生的基础不扎实，削弱了学生学习基础课程的兴趣。这些原因使物理实验教学难于达到较好的效果。因此，探索更有效的物理实验教学方法，对促进学生各种能力的培养具有积极的意义。为此，我们以电类专业学生为研究对象，结合电类专业后续课程的需要和对该类人才的需求，探讨了电类专业的物理实验教学改革。

1各专业特点

1.1课程结构特点

电类专业在理工科高校中占有半壁江山，是国内理工高校专业的重要组成部分。电类专业包括通信工程、电子信息工程、电子科学与技术、电气工程、微电子技术等专业。其培养目标是：主要培养从事通信工程及计算机网络系统、系统分析、系统设计、系统运行等方面的研究、制造、开发和应用，且具有扎实基础、宽广知识面的、宽口径就业的高级人才[6-7]。电类专业即与“电”相关的专业，主要课程有：电路理论系列课程，如电路分析、电子线路、电路原理、电子技术基础；通信理论系列课程，如电磁场理论、微波技术与天线、光纤通信、移动通信、计算机网络通信；自动控制系列课程，如自动控制理论、信号分析与处理；以及计算机技术等课程。这些专业课程的基础必修课程为高等数学、大学物理、大学物理实验、电工实验等。国内有不少高校对高等数学、大学物理等基础课程对后续专业课程的影响作了较深入的研究[8-10]。得到了扎实的基础课程理论对后续课程的学习具有很大的帮助。另外，基础课程的开设及内容选择对后续专业课程的学习也具有较大的影响。工科专业的课程任务较重，各学科课时也显得较为紧张，特别是目前大学教育呈现宽口径就业人才培养的情况下，表现尤为突出。因此在压缩基础课程时间的前提下，如何设置基础课程，结合各工科专业需要，选择基础课程的教学内容，提高教学效果是工科各专业教研教改的探索方向。大学物理实验作为高等理工科院校的必修基础课之一，在人才培养方面启到了非常重要的作用。但目前全国理工高校仍采用各专业统一实验教学内容的模式。这种情况严重脱离各专业发展需求和社会发展需要，没有达到与时俱进的目的。因此，结合各专业后续课程研究大学物理实验教学内容的选择对探索人才培养具有积极意义。

1.2就业方向及要求

近年来，电类行业快速发展，电类专业的毕业生如沐春风[11]，如华为、中兴、UT斯达康等知名企业给电类专业的毕业生提供了很多就业岗位，而且是诱人的高薪职位。因此，电类专业毕业生的前景较好。毕业生的就业方向分为研发职位、非研发职位以及其它职位。研发职位包括硬件工程师、通信工程师、电子工程师、电气工程师等；非研发职位包括电气运行与维护、测试工程师、技术支持等；除此之外有部分电类毕业生也走上公务员、教师、管理等岗位或继续深造。随着社会的发展，社会各岗位对电类专业毕业生的基本素质要求除了要有扎实的基础知识、宽广的知识面外，还必须具有较强的创新能力。除此之外，随着高校培养电类人才总数的增多，各类企业对该类人才需求相对减小，因此高校必须培养更具竞争力的毕业生才能更适应社会的需求。这种竞争力包括学生的创新能力。因为创新能力的培养不仅要有扎实的专业基础，而且必须有扎实的高等数学、大学物理知识和大学物理实验和电工实验技术，所以基础课程的教学必须更有效，基础课程的教学内容也必须与时俱进。各类实验对培养学生动手能力和创新能力起着关键的作用。其中物理实验是基础的基础，对学生的创新能力的培养具有不可代替的作用。因此基于教学内容分类模式研究不同专业的物理实验教学内容，对激发学生学习兴趣，扩大学生的专业基础知识面，培养学生各种能力具有重要意义。

2教学改革

目前，我国高校专业设置多样化，新专业、热门专业层出不穷[12]。受高校硬件条件和师资条件影响，针对每个专业定制特定的物理实验教学项目并不现实。因此，把同类型的专业按大类开设相应的物理实验教学项目是一种较优化的方式。所以我们以电类专业为例，针对该专业探讨物理实验教学项目与内容的改革。

2.1实验项目的改革

改革前，我校理工科专业的物理实验课时共64学时，包含绪论课学4学时，共2学分，在大一下学期和大二上学期开课。全校理工科专业的实验项目相同，也即所有理工科专业必须完成相同的20个实验项目才能取得相应的学分。改革前后的实验项目同样分为基础实验（A类）、综合性实验（B类）、设计性或探索性实验（C类）。但实验项目和内容突出“电“的特点。在保证课时不改变的前提下，拟对减少电类专业的实验项目，但深化每个实验项目的教学内容，开展探索性实验项目教学。减少实验项目的目的有二方面：一是改变以前教学中各实验项目平均用力的现象，导致每个实验内容完成并不理想；另一方面是虽然减少实验项目，但每个实验项目的内容加深，让学生能更深入地研究改革后的实验项目，从而让学生的思维能力和创新能力得到更好的培养。如表1为改革前后的实验项目及学时数。为了更好地结合后续专业课程，深化学生知识的运用能力和培养学生的创新能力，所以增加了霍尔效应的应用及基于霍尔效应的漏电开关设计的探索性实验，而且把探索性实验作为电类专业学生实验项目中的重要内容，学时共为12学时。

2.2实验项目的选择依据

实验项目和内容选择的主要依据为与电类专业后续课程相关，有利于毕业生的思维能力、创新能力、动手能力的培养，突出“电类“的特点。如示波器（包括数字示波器和模拟示波器）是电子技术、医疗检测技术中使用最广泛的测量仪器之一。它能直接测量电信号或能转化为电信号的物理量的波形。电类专业的后续课程电路分析、电子线路等课程均要用示波器检测的基本知识。学生通过该实验项目的训练，掌握示波器的基本原理，以及测量电信号和分析电信号波形的方法。电类专业毕业生走上专业对口的工作岗位仍需用到示波器检测电子设备的信号波形。因此，开设示波器的基础实验项目能起到为专业课程的学习和工作岗位奠定基础；又如巨磁阻效应在硬盘存储技术中应用非常广泛，由于巨磁阻效应的发现，改变了硬盘的读写方式，巨大地促进了硬盘的存储密度，使硬盘的存储容量以MB字节计到GB到TB字节计的飞跃发展，通过该实验，让学生了解巨磁阻效应现象及其基本原理，以及在计算机中的应用；霍尔效应传感器是一种灵敏度极高的传感器，它可直接测量磁场或磁场的变化，而且测量数据非常精确。根据磁场的变化还衍生出位置传感器等等。因此霍尔效应传感器广泛应用于各类的电子产品或其它工业，如手机、汽车等。因此增设霍尔应用的应用及基于霍尔效应的漏电开关设计的探索性实验项目，旨在深化电类专业学生对知识运用能力、思维能力，更好地培养学生的创新能力。总之，实验教学项目改革体现让学生掌握物理基础知识，培养学生各种能力的同时，让物理实验内容更好地成为专业课程的基础和学生走上工作岗位的基础。

2.3考核评价方式

考核评价是对学生学习过程和学习效果的一种总结，也是教学效果的反馈之一。因此，一个合理的考核评价方式是教学改革的成败的体现之一。改革前的考核方式采用实验报告评分制，但每个实验报告权重一致，最后得到平均值，然后再转化为“优秀”、“良好”、“中等”、“及格“、”不及格“的五级制。改革后，为了体现实验项目要求和实验内容的难易，简单将基础实验、综合实验、设计性实验分别标为A、B、C类等级，A、B、C类等级的权重分别为0.2、0.3、0.5，然后将全部实验报告分数采用A、B、C类等级的加权平均算法得到一个平均实验成绩，(1)根据公式（1）的加权平均值，将平均成绩转化为五级制等级。采用不同权重的目的不仅是为了突出实验教学改革后的重点教学内容，更重要的是突出教学内容背后创新能力和思维能力的培养。

3结束语

目前的物理实验教学模式存在二方面的不足：一方面与后续专业课程结合不紧密，另一方面存在实验项目过多，不利学生在有限时间内掌握过多的基础知识和对某一知识点的深入研究。因此，结合后续专业课程的特点和需求，探索不同专业的物理实验教学改革对人才培养具有积极的意义。我们以电类专业的物理实验教学为例，研究了电类专业物理实验教学的改革，并在部分电类专业作了尝试，取得了良好的教学效果。在保证学时不变的情况下，结合实验室已有的实验仪器和专业后续课程，并突出“电”相关实验的特点，减少实验项目，但深化每个实验项目的教学内容和深度。并增加了具有研究性的实验项目：霍尔效应及其应用及基于霍尔效应的漏电开关设计。通过探索性研究实验项目，深化学生的知识基础，激发了学生探索研究物理的积极性，同时强化了电类学生对霍尔传感器在电子技术中的应用能力，培养了学生的创新精神。因此，这种结合专业特点的基础学科教学方式能较好地激发学生对物理实验的兴趣和积极性，也能较好地培养学生的各种能力，以及促进学生掌握专业的基础知识。

参考文献

[1]徐志君,隋成华,徐来定.物理实验模块式教学改革和实践[J].实验室研究与探索，1998，4:20-24

[2]陈志强.基于建构主义理论的中学和大学物理实验教学衔接问题研究[J].科学与信息化,2016(18)：133-135.

[3]王合英,陈宜保,孙文博,等.信息技术在大学物理实验教学中的应用[J].实验技术与管理,2016,33(8):141-144.

[4]姜蓉.大学物理实验网络辅助教学平台的探究与实践[D].湖南大学2014.

[5]崔连敏.MATLAB可视化在大学物理实验教学中的应用[J].信息技术,2016(1):104-107.

[6]李瑞金,周孟然,张小兵.电气类专业校企共建“工作室制”模式研究[J].实验科学与技术,2016,14(2):158-161.

[7]李秋,刘重轩,袁观娜.电气工程专业人才培养模式的研究与实践[J].西部素质教育,2017,3(4):70-71.

[8]闰守峰，杨文光，刘海生.工科后续课程对高等数学需求的问卷调查与分析[J].廊坊师范学院学报(自然科学版),2015,15(1):111-112.

[9]周庆新,杨光崇,杨英.CDIO模式下高等数学与理工专业其它后续课程的教学探讨[J].大学数学,2011,27(1):26-28.

[10]陈爱喜，邱万英.对我校工科物理后续课程的拓展设想[J].华东交通大学学报,2007,24(12):193-195.

[11]谭万禹,孟祥萍,张红.如何提高应用型本科院校电力类专业学生的实践和创新能力[J].长春工程学院学报(社会科学版),2007,8(4):78-80.

[12]乔仁洁,于金翠.当前我国高校专业设置的问题与建议[J].教育教学论坛,2015(1):190-191.

作者：陈明东 王达 黄绍江 单位：华南理工大学 物理与光电学院大学城物理实验中心