近年来，随着科学技术的日新月异和国家创新驱动发展战略的快速实施，企业对工程技术人才的要求越来越高，工程技能教育改革的需求越来越迫切。在这样的背景下，“新工科”建设应运而生，成为时下教育改革的关键词，其主要目是培养未来多元化、创新型卓越工程人才，这就决定了“新工科”建设必须重视理论基础课程的教学改革和教学创新[1]。
物理学，探究物质基本结构和运动规律。在创新培养下的大学物理实验教学改革与科学研究，对培养新时期创新型人才，在增强大学生创造能力等方面具有积极的意义。在浙江省大学生物理实验与科技创新竞赛的激励下，通过深入研究并设计大量的科研创新性实验，无疑是培育学生创新能力的最优秀教育途径之一。本文结合我校现状，借助工程性思维和创新驱动意识，探讨“新工科”背景下如何自主开发设计大学生物理科技创新实验。
1. 开发设计物理科技创新实验的必要性
高等学校教育改革以人才培养为己任，课程改革主要是以“进一步提高教育品质、努力提高大学生的学习、创新、实践、交流和社会适应能力”为重要培训目标。近几年来，在大学生的实践教学环节中，杭州电子科技大学（以下简称我校）积极鼓励发展了不同形式的创业创新训练项目，组织并建立了许多具有学科特色的优秀大学生创业创新团队，并积极参与了国家、省校级别的优秀大学生能力比赛项目，均反应了人才培养中的创新训练的重要性。
根据国家大学生创业创新训练需求，我校组织学生积极参与了省市级和全国的大学生物理实践活动和科学创新性大赛，多次组织开展“大学生物理能力测试”，科技创新实验内容深受学生欢迎和好评。
实际授课过程中，笔者深切体会了课程改革的必要性，对传统的实验教学模式、课程内容和方法做出了多方面的改革，尤其是引导学生开展科技创新能力竞赛，以提高创造性实验项目的设计，更是一项需要研究的新项目课题研究。
通过开发设计创新性实验，训练学生查阅文献资料，自主设计实验方法，完成实验设计与制作，培养他们分析研究问题与解决实际问题能力[2]，从而取得了传统实验无法取得的锻炼成效。科技创新性试验可以根据学生的兴趣特点，克服了传统实验教学循规蹈矩的缺点，充分调动了学生的主观能动性，是培养学生创新能力行之有效的方式。
2. 浙江省大学生物理实验与科技创新竞赛的现状
浙江省物理实验与科技创新竞赛，至今已经举办到第十二届，每一年的竞赛主题都与时俱进，结合当下时事热点而制定。2021年第十二届浙江省大学生物理实验与科技创新竞赛（简称省物创竞赛）的主题是物理学与数字经济。该竞赛主题要求参赛队伍能从所熟悉的物理学知识和根本原理出发，要求参赛队所选取的参赛项目必须与物理学的基本知识、基本原理及其应用领域之间有紧密的联系，阐明与有关物理基础知识和数字经济应用与社会经济发展之间的内在联系，能运用所学过的机械工程、光学、计算机和电子学等物理学知识和根本原理，进行探索性、应用性的研究，并构造出若干基础模型装置及样机。
3. 自主开发设计物理创新实验的原则和可行性
高校自主开发实验的多寡以及实验设备的先进性，在一定程度上决定了高校的办学水平和科研水平，教师和学生通过不断学习和自主创新开发配套的教学实验和教学设备，既是高校实验室建设的需要，也是培养学生科技创新能力的体现[3]。自主开发演示与探索实验，必须遵守以下几点基本原则：（1）实验原理的科学性原则；（2）仪器操作的安全性原则；（3）仪器设备的简易性原则；（4）实验形式的趣味性原则；（5）实验效果的创新性原则；（6）仪器开发可持续性原则。
基于以上原则，科技创新实验的开发模式可以有以下几种：（1）依托教学科研自主开发。（2）依托产教融合自主开发。另外，我校的开放实验室，无疑为科技创新实验奠定了基本保障。学生在开放实验室合作，研究实验设计、制作及检测与试做等工作。
4. 科技创新竞赛实验举例
《基于多传感器数据融合的水质检测系统》
（1）参赛作品名称
水质哨兵-基于多传感器数据融合的水质检测系统
（2）实验设计方案
基于多传感器数据融合的水质检测系统，主要由舱体外壳、推进器及多种内部传感器组成（图1）。主要实现了以下三大功能：（1）通过集成多类型传感器，实现多参数水质信息定点监测、记录和分析；（2）利用4G通讯将监测数据同步传输到监测装置，做到实时在线监测具体水域的水质情况（图2）。（3）与传统水环境监测系统不同的是，通过增加推进器来实现设备升级，可实时改变浮标位置从而获取多水域的水质监测信息，供电采用内置电池以及外置太阳能板相结合，保证监测系统能够长时间户外工作（图3），大大提高了系统的监管效率，具有较大的实用价值。
图1 数据监测模块的组成示意图
图2 基于多传感器数据融合的水质检测系统的工作流程
图3 野外现场实验
（3）实验的创新性
本实验设计制作所涉及到的物理基础知识较多，是传感器应用设计时选择参数的重要依据。通过选用并集成多种传感器，并通过无线通信将检测数据传输到监测装置，实现水质监测，本设计作品有以下几个创新点：
² 在设计方面采取可拼装式的结构化组装，可自主设计舱内结构，相较传统一体成型式设计，便于维修更换。
² 传统的水质监测系统相比，本系统设置了外置推进器，降低了回收成本，大大提高了系统的监管效率，具有较大的实用价值，可在市场上推广应用。
² 本作品自主设计的外壳模块，外壳模块很好地保护了内部的传感器结构，也为传感器的线提供了良好载体。
² 本作品拥有的网页模块，能够将收集的数据转化为折线图，直观地展现水质变化，。
² 小组设计了太阳能电池，增加了作品续航能力，减少了不断更替的麻烦，降低成本。
5. 结语
在大学物理实验教学中，坚持开发设计创新性实验，有利于培养学生创新能力和水平。而在创新能力培养模式下，学校依托大学生物理实验和科技创新竞赛，组织学生参与创新实验设计与研究，有效调动学生的独立思维、设计制作与实践的积极性，同时顺应了部分有能力有兴趣学生个性发展需求，提高了教学质量和教学效果。
参考文献
[1] 何军，潘长宁，柳闻鹃. 新工科背景下大学物理教学改革探讨[J]. 教育界：高等教育研究，2018(4): 71–72.
[2] 蒋芸，王亚芳，董爱国，等. 问题引导型物理实验自主学习模式的探究[J]. 实验室研究与探索，2017，36(8): 237-239，283.
[3] 石飞，冯龛，张莉，等. 以学生为主体的分阶段引导式实践教学方法探索[J]. 实验室研究与探索，2018，37(6): 236-238，250.