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重视实践平台建设 培养学生创新精神——专访北京交通大学物理实验教学中心主任盛新志教授

中国教育装备采购网2013-07-11 14:39围观660次我要分享

  【导读】“重在课内、拓展课外、搭建平台、因材施教”,北京交通大学物理实验教学中心通过分阶段、分层次、阶梯式的教学改革,将以往学生“要我学我就学” “要我做我才做”的被动学习习惯转变为“我要学”的自发行为。中心还始终把培养学生的素质放在第一位,通过各种物理实践平台,不断提高学生的创新意识。中心在重视学生培养的同时,对师资队伍建设也很关注,提出了“外部引进是关键,自我培养是根本”的建设方针。

  盛新志,博士,教授。现任北京交通大学国家级物理实验教学示范中心主任,大学物理实验国家级精品课负责人。中国高校实验物理教学研究会常务理事、全国大学生物理实验竞赛组委会委员、中国光学学会光学教育专业委员会委员、北京市大学生物理实验竞赛组委会委员,国家级教学团队和教育部先进集体的主要成员,2006年获得智瑾奖。

  二十多年来,盛新志同志一直工作在教学科研一线,完成教改项目19项,发表教改文章11篇,获学校和北京市教学成果奖8项。科研兴趣主要集中在光纤通信及传感研究领域,主持完成国家“863计划”项目、国家自然基金面上项目、铁道部重点科研项目、教育部留学回国人员基金项目、北京市自然基金面上项目及北京交通大学校基金项目各1项。拥有国家发明专利授权8项。发表科研文章68篇,其中半数为三大检索论文。

  【记者】:2005年,自教育部启动“高等学校实验教学示范中心建设和评审工作”以来,高校对实验教学越来越重视,我们了解到北京交通大学物理实验教学中心在这方面取得了骄人的成绩,请您简要介绍一下贵中心在实验教学以及学生培养方面所取得的成果。

  盛新志:北京交通大学物理实验教学历史悠久,20世纪90年代开始承担国家级教改课题“面向21世纪工科物理教学内容与课程体系改革与实践”、承担“国家工科物理教学基地”建设任务,2004年获评国家工科物理优秀教学基地点,2005年获国家级教学成果特等奖、二等奖各1项,2006年成为首批“国家级教学示范中心”建设单位,2007年“大学物理实验”成为国家级精品课程。

  实验中心拥有36名专兼职教师,其中,国家级教学名师1人,教授6人。2007年,以实验中心为主体的我校国家工科物理教学基地教学团队被评为首批“国家级教学团队”,团队于2009年获国家级教学成果二等奖1项、北京市教学成果一等奖2项,承担国家级教学改革和建设项目4项。网络化教学和实验室信息管理建设,提供了丰富的实验教学资源,实现了网上辅助教学和网络化、智能化管理,2011年获得教育部“高等教育信息化应用创新奖”。实验中心教师依托“光学工程”北京市重点学科和“发光学与信息技术”教育部重点实验室,以及物理学和光学工程两个一级博士学位授权学科,近七年来承担科研项目142项,其中国家级基金项目30项,经费累计超过4 737万元,获国家发明专利授权37项,发表科研论文327篇。

  1. 课内课外相结合,走创新实践培养之路

  按照“重在课内、拓展课外、搭建平台、因材施教”的工作思路,一手抓课内分阶段分层次阶梯式教学改革,一手抓课外创新实践平台建设,取得了显著成效。充分发挥课堂主渠道作用,实施阶梯式教学,由浅入深、由被动模仿到主动设计和综合运用,逐步加深实验内容的深度和广度,加深研究创新性质,调动学生主动学习的积极性。

  搭建“夯基础、强能力、上水平”的课外实践平台。自主开放实验室每年吸引学生2 000人次以上。“创新实践天地”坚持学生自主选题、自组团队、自主管理的组织模式,每年吸引近百名学生,资助立项40余个。

  借助承办北京市大学生物理实验竞赛的平台,我中心每年举办校级竞赛,吸引100多支队伍参赛,学生在方案设计、作品制作、论文撰写、现场操作、报告成果、回答质询等环节得到全面锻炼,综合素质明显提高。

  2. 演示实验推陈出新,发挥示范引领作用

  中心在原有良好基础上,与时俱进,不断创新。利用学校投资的300万元,改造了演示实验环境,开发了导学系统二期工程,营造了激发学生兴趣、主动探索的氛围,实现了实验室建设的跨越式发展。

  2006年后,演示实验室引进了红外热成像、扫描隧道显微镜等近20项反映现代科学发展、密切联系工程应用的新项目,自主开发了共振碎杯、特斯拉放电等10余项密切结合教学内容、极具震撼力的演示实验仪器,受到了学生的普遍欢迎。近百种自制仪器被60余所兄弟院校采用;为北航等10余所高校设计并建设的演示实验室,得到使用单位的一致好评;还为30余所高校的演示实验室建设提供了咨询意见。

  2008年以来,着重随堂演示实验的建设,先后开发了5个系列50余项密切配合大学物理理论课教学的随堂演示仪器,极大地提高了学生的学习兴趣,取得了很好的教学效果。随堂演示仪器使用3年来,得到同行的充分认同,被清华大学、北京工业大学等20余所高校采用,起到了示范和引领作用。

  近七年,国家、教育部和北京市领导多次莅临演示实验室视察;先后接待150余所兄弟院校来访交流;并应邀到全国地区性教学研讨会及兄弟院校做交流报告30余次。

  3.教学与科研紧密结合,走自主研发之路

  我中心积极鼓励结合科研和教学改革成果自主研发教学仪器。2006年以来,研制和更新改造物理实验共95项。部分仪器填补了国内物理实验教学空白,并在全国教学仪器评比中获奖。研制的教学仪器推广到67所高校,总价值超过千万元,丰富了实验教学内容,增强了实验中心的创新及可持续发展能力。

  4. 阶梯式教学改革取得了成功

  长期应试教育使大部分学生养成了“要我学我就学”“要我做我才做”的被动学习习惯。物理实验教学也没有充分考虑到学生的基础和能力的差异、兴趣和关注点的不同,继续实行整齐划一的教学模式,会使有的学生“吃不饱”,有的学生“吃不了”。

  阶梯式教学充分考虑学生实验基础的差异,把教学内容设计为初、中、高三级阶梯,学生需要逐级完成实验任务。这种进阶式教学模式促进了对实验方法的掌握和动手能力的提高,激发了学生挑战困难的激情。学生在相同时段内完成的实验任务级别越高,所得积分越高,基本实验仪器的操作次数越多,掌握的也会越熟练。阶梯式教学改革所带来的趣味性和挑战性极大地刺激了学生的学习热情,常常有学生夹在上实验课的学生中提前来预习,下课了也会有一些学生恳求教师再让做一会儿。做实验已由“要我做”变成“我要做”, 进阶式教学改革取得了很大的成功。

  【记者】:贵中心正在实行大学物理实验课程全英语教学,您能为我们介绍一下实行这一举措的用意和取得的成效吗?

  盛新志:大学物理实验课程全英语教学,是顺应高等教育国际化趋势的产物;作为国家级物理实验教学示范中心,需要具有这方面的能力。物理实验课程全英语教学,不只要求教师具有较高的英语水平,还对国内大学物理实验课程现有的教材和教学方法提出了挑战,国外的现有教材和教学方法照搬到国内也出现“水土不服”的状况,促使任课教师进行研究和探索,积累素材,编写讲义,进行教材建设。

  基础学科具有较强的国际通用性,实验课为师生一对一交流提供了开放的平台。大学物理实验全英语教学对于提升学生英语应用水平,培养英语思维方式,加深物理概念理解以及培养科技文献阅读和撰写能力具有重要意义。在开展大学物理实验英语浸入式教学2年基础之上,以授课学生为实证调查对象,采用问卷调查方式,对教学目的、学生英语水平、教材讲义编写、英语实验项目选择以及教学效果评价等关键问题进行实证调查研究。研究表明,浸入式全英语大学物理实验课教学,可以切实培养学生的语言应用能力。另外,这项工作的开展,为我们培养出了由6位青年教师组成的全英语实验课教学的精干师资力量。

  【记者】:贵中心在实验教学方面取得了如此优异的成绩,这和硬件设施建设是分不开的,一个好的教学平台可以对教学起到相当重要的作用。您能从中心现有的教学仪器中挑选两件,结合教学实际给我们介绍一下吗?

  盛新志:随着高新技术的飞速发展,超声波应用领域越来越广泛。了解超声波在界面上的反射和折射特性,以及超声横波、纵波及波型转换的概念,理解超声波速与固体弹性常数的关系,掌握超声波声速测量方法和定位检测实验方法,已成为对工科学生基础物理知识的基本要求。我中心教师结合承担项目取得的科研成果,开发出如图1所示的超声波传播特性实验仪,可完成以下4个方面的实验教学内容:

  1.超声脉冲反射回波测量

  观察脉冲超声波在界面上的反射,利用可变角探头观测纵波入射经过有机玻璃—铝界面折射后产生的纵波、横波和表面波,理解波型转换概念。同时,通过测量各类型波传播的时间,确定对应声速的大小关系。

  2.纵波直探头延迟与声速的测量

  利用平行反射面测量声波在铝中传播的纵波速度。

  3.横波斜探头延迟与声速的测量

  利用圆弧面反射测量声波在铝中传播的横波速度。

  4.斜探头折射角测量及反射体定位

  利用横孔反射测量斜探头的折射角,并对未知反射体进行定位测量。

  该套实验设备已用于我们实验中心的大学物理实验课程专题实验的开设,获得了很好的教学效果。


图1 超声波传播特性实验仪

  1-DUT-2型超声波实验仪;2-直探头;3-可变角探头;4-斜探头;5-示波器;6-CSK-IB试块。

  常用的电子薄膜材料有:超导薄膜、导电薄膜、电阻薄膜、半导体薄膜、介质薄膜、绝缘薄膜、钝化与保护薄膜、压电薄膜、铁电薄膜、热释电薄膜、光电薄膜、磁电薄膜、磁光薄膜等,它是一种支撑高新技术不断发展的重要材料,新型薄膜材料的开发与应用,有力地促进了电子学和各类传感器的发展。本中心教师结合承担项目取得的科研成果,开发出如图2所示的真空变温薄膜电阻测试仪。它采用四探针法测量薄膜材料的电阻率,将对不同材料薄膜的电阻温度特性研究等实验内容引入大学物理实验教学中,可完成以下4个方面的实验教学内容:


图2 真空变温薄膜电阻测试仪

  1.真空获得、真空测量及温度自动控制的方法及相关设备的使用

  2.金属薄膜材料的尺寸效应研究

  3.金属及半导体薄膜材料电阻的温度特性研究

  4.热滞薄膜材料电阻的温度特性研究

  该套实验设备已用于我们实验中心的大学物理实验课程专题实验和研究性实验的开设。通过本实验的学习,学生在薄膜材料的基础知识、真空的基础知识、薄膜电阻率测试方法等方面获得了收益,并掌握了薄膜电阻率四探针测试法、真空获得及温度控制等方面相关的实验设备及其基本实验技能,获得了很好的教学效果。

  【记者】:贵中心正积极筹办“物理教育研究”二级学科博士点,您能谈谈这项工作的进度情况吗?

  盛新志:2010年我们获得“物理学”一级博士点授权学科后,积极筹办在一级学科下设“物理教育研究”二级学科博士点。“物理教育研究”主要研究在掌握和运用物理概念以及解决物理问题过程中的认知规律、思维模式及其与教学的相互作用。1999年美国物理协会将其作为物理学的一个分支领域,是一个历史不过十多年的新兴学科,发展迅速,目前已遍及欧美亚著名大学。“物理教育研究”强调科学实证研究。尽管它与传统教改研究一样,针对的是教育过程中与被教育者之间的相互作用,但要求研究得出的定性或定量结论必须是可以重复的。

  “物理教育研究”学科的设立,一方面将传统上归于教改的研究工作列入了学科建设范畴,研究成果成为通常意义上的科研成果,为从事物理教学研究工作的教师提供了更广阔的上升空间,可大大增强深入开展教学研究的动力,提高实验教学和教改研究工作对高素质教师的吸引力。另一方面,从硕士到博士的完整的学科培养体系的建立,对作为导师的高水平教师提出了更高的要求,要求更多地进行深入细致的教改研究,要求在实验中心的建设上进行更大的投入。另外,“物理教育研究”的一个主要研究方向是国际比较研究,有许多国际同行共同感兴趣的课题需要合作研究,开展国际合作前景广阔。学科的设立,大大地加强了实验中心骨干教师的培养和提高。

  借鉴国际上教育研究先进理念和指导思想,在物理实验教改活动中,大力开展实证研究,开展学科建设,不仅可以丰富物理学的研究内容,也将有效地促进实验中心的教改研究和实践走向更加科学严谨的道路,增加教师吸纳和应用先进教育理论的自觉性,在大大提升研究者自身水平的同时,追赶世界物理实验教学的发展潮流。在这方面,近期我们有一个比较成功的案例。蔡天芳老师应用实证研究方法,与美国俄亥俄州立大学教授合作,开展不同文化科学推理能力的比较研究。研究成果发表在2009年美国著名期刊Science上。蔡老师的成功,激励了实验中心的教师积极转变思想。近几年国际先进教育理论的学习,以及实证研究,在实验中心已蔚然成风,教育教学思想正在追赶世界发展潮流。

  【记者】:通过本次采访,我们发现在您的领导下,中心的建设工作开展得有声有色,最后请您谈谈工作感悟。

  盛新志:通过国家质量工程的实施,物理实验教学示范中心建设已经取得重大成果,优化、整合了实验教学资源,改善了物理实验教学条件,极大地推进了高校实验教学现代化、规范化建设的进程。如何进一步拓展物理实验教学示范中心的内涵建设,促使可持续健康地发展,是一个时刻萦绕在每个中心建设负责人心头挥之不去的问题,值得深入探讨。

  1.师资队伍建设是关键

  大学承担着民族文化与人类文明的积淀与传承的任务,是人才培养和知识创新的重要基地,教师则是完成这一使命的中坚力量。物理实验教学示范中心,如果没有优秀的师资队伍,是不可能持续地保持目前教学质量上升势头的,更不要说进一步提高教学质量、取得重大原创性教研成果了。著名教育家梅贻琦提出:“学校犹水也,师生犹鱼也,其行动犹游泳也,大鱼前导,小鱼尾随,是从游也。”大师之所以至关重要,不只是因其学识渊博,智慧超群,更因其可以为学生提供追慕的目标。没有大师,师资队伍的整体水平难以达到较高的层次。

  2.外部引进是捷径

  研究是创新的源头,不从事科研无以成为优秀教师,尤其是物理实验优秀教师,更不用说成为物理领域的大师了。随着经济建设的发展,以及政府对教育的重视,大学的建设资金有了较快的增长,很多大学正在积极面向高层次学校和科研院所进行高水平教师的招聘,也有一些大学提供特殊的条件和待遇,借鉴国外大学的一些做法,面向世界各国进行具有世界影响力的高水平人才招聘。引进,是拥有大师型领军人物和建设优秀师资队伍的一条捷径,但这中间也存在一些问题。一方面,由于对自身学科建设重视不够,羸弱的平台会使引来的凤凰难以发展,离心离德,给物理实验教学示范中心带来负面的影响。另一方面,外部引进对普通教师的积极性也是个打击。教师主体不可能通过这一途径来解决,是一条不可持续的途径。

  3.自我培养是根本

  国家教育质量工程的实施,促使高校更加重视物理实验教学示范中心的建设工作,通过优化、整合,很多学校完成了校内高层次人才的重新配置,加强了物理实验教学示范中心的建设。很多学校的物理实验教学示范中心,是依托在理学院或物理系进行建设,借力于从事物理相关学科领域科研教师的力量,加强物理实验教学示范中心的建设。高层次研究型大学从事物理相关学科领域科研的高水平教师源源不断涌现,所以这一做法在高层次研究型大学中开展得非常好,也是可持续发展的。当然,对于通过内部引进重新配置到物理实验教学示范中心的高层次教师,也需要加强学科发展,重视其继续发展的问题。

  优秀师资队伍只能来源于自身的学科发展。学科建设是高校发展的不竭源泉。结合学科建设,加强科研与教学的有机联系,坚持教学与科研两方面的考核要求,学科建设更会为实验中心的师资队伍建设提供直接支撑。

  (《中国现代教育装备》记者 叶纬明)

来源:中国教育装备采购网责任编辑:荔枝

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