關(guān) 婷，李紅玉

（山西能源學院基礎(chǔ)教學部，山西 晉中 030600）

《教育部國家發(fā)展改革委財政部關(guān)于引導部分地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的指導意見》（教發(fā)〔2015〕7號）指出部分地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變，堅持需求導向，服務(wù)地方，產(chǎn)教融合，培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)技能型人才，增強學生就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力，全面提高學校服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展和創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的能力[1]。對應(yīng)用型本科院校而言，大學物理實驗課程是理工科專業(yè)必修的公共基礎(chǔ)課，是學生進入大學后接觸到的第一門科學實驗課程，對于培養(yǎng)學生嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度、獨立自主實驗、分析與解決問題、處理數(shù)據(jù)、理論聯(lián)系實際和創(chuàng)新能力起著至關(guān)重要的作用[2-3]。本文通過分析大學物理實驗教學過程中存在的問題，提出了從教學體系、教學內(nèi)容、教學方法、教學手段和考核評估等方面的實驗課程改革，融入課程思政，以實現(xiàn)促進應(yīng)用型理工科院校學生發(fā)展的目的。

1.大學物理實驗教學存在問題

1.1 課程體系、內(nèi)容已明顯滯后，難以激發(fā)學生學習積極性和創(chuàng)造性。

傳統(tǒng)的大學物理實驗教學中，老舊的經(jīng)典物理實驗，授課時很難將其與現(xiàn)實生產(chǎn)、生活和現(xiàn)代科學技術(shù)相聯(lián)系，難以激發(fā)學生學習興趣和學習積極性；缺乏對目前科技熱點內(nèi)容和實驗進行實時更新并引入課堂教學，導致學生覺得學的都是“老古董”，沒有引起學生對實驗的好奇心，甚至造成部分學生對目前應(yīng)用物理學熱門領(lǐng)域的相關(guān)常識和知識儲備量幾乎為零，無法將所見和所學聯(lián)系起來。實驗資源有限，給予學生的選擇性少，難以滿足不同專業(yè)和不同興趣的學生，不適應(yīng)新工科背景下應(yīng)用型本科院校的發(fā)展。而且目前很多教學儀器演變成傻瓜式操作，只要簡單的連線或按幾下按鈕就可以顯示實驗結(jié)果，完成操作任務(wù)，使學生無法深入體會其中包含的物理知識和現(xiàn)象。教學儀器較為先進，如何改進教材、教學體系、內(nèi)容、模式和方法，充分利用教學資源，讓學生得到更多？由于課程內(nèi)容涉及面較多，課時有限，許多院校僅開設(shè)基礎(chǔ)性實驗，忽略綜合性實驗和創(chuàng)新能力實驗，使學生缺乏設(shè)計性、研究性和創(chuàng)造性，缺少主動思考能力，不利于學生解決工程復(fù)雜問題能力的培養(yǎng)。

1.2 教學模式、方式單一，導致學習效果不佳。

傳統(tǒng)的大學物理實驗課堂往往采用一次課（2-3個課時）完成一個實驗項目的方式，教學過程包括學生課前預(yù)習，課中老師講解實驗?zāi)康?、原理、操作步驟以及注意事項，學生操作儀器完成實驗內(nèi)容，課后處理數(shù)據(jù)并撰寫實驗報告。大部分學生來自理工科專業(yè)，認為物理實驗是非本專業(yè)課程、以“走過場”的心態(tài)學習，從內(nèi)心里輕視，預(yù)習只是應(yīng)付老師檢查，抄抄實驗原理，學習效率低。在課堂上學生需掌握實驗原理、內(nèi)容并完成實驗操作等，課堂任務(wù)重，使學生對內(nèi)容思考不透徹，甚至對其中包含的物理原理也不清楚，只是按照老師講授的實驗步驟去簡單機械重復(fù)實驗，走馬觀花式地完成了實驗任務(wù)，缺少主動思考和創(chuàng)新性思維。在傳統(tǒng)的大學物理實驗教學中，各個實驗獨立開展和學習，使學生無法建立實驗之間內(nèi)在聯(lián)系，很難將所學的實驗方法和思想用到類似研究中，難以達到系統(tǒng)學習的效果。

1.3 考核評價體系不全面，存在考核失衡的可能。

目前大學物理實驗采用平時成績100%的考核方法，主要通過實驗報告的形式來評分，其中報告中包含預(yù)習報告、原始數(shù)據(jù)記錄和報告正文三部分。實驗預(yù)習報告雖然都是手寫，沒有經(jīng)過理解，直接將實驗原理和步驟抄到實驗報告單，對課堂的教學無明顯效果。受實驗條件限制，實驗課程很難做到每人操作一臺儀器，大多是兩人一組、配合實驗。兩人對實驗的貢獻可能不同，數(shù)據(jù)存在相互抄襲，因此存在考核失衡的問題。

2.大學物理實驗教學改革

大學物理實驗課程一般可分為力學、熱學、光學、電磁學和近代物理五大版塊。根據(jù)《理工科類大學物理實驗課程教學基本要求》（2010）[4]，鑒于應(yīng)用型本科院校建設(shè)發(fā)展方案和目標，在物理實驗教學前開設(shè)物理學史的啟迪教育和物理原理在實際生產(chǎn)、現(xiàn)代科學技術(shù)中的應(yīng)用前景介紹，激發(fā)學生的學習興趣，做到實驗前學生對實驗的基本內(nèi)容有大致的認識。并從課程體系、教學內(nèi)容、教學方法、教學手段和考核方式5個方面對物理實驗教學進行改革，設(shè)計思路如圖1所示，突出物理教學中的時代性和先進性。

圖1 物理實驗教學改革設(shè)計思路

2.1 課程體系

為滿足應(yīng)用型本科學生工程技術(shù)要求，實現(xiàn)培養(yǎng)學生綜合由學生自己設(shè)計方案并基本獨立完成全過程的實驗。此類實驗是對學生自主研究能力培養(yǎng)，讓學生學會獨立思考和解決問題，約占課程的10%，如本校開設(shè)的電表的改裝與校準，太陽能電池特性測試等。

在夯實基礎(chǔ)和學生能夠接受的水平和基礎(chǔ)上，立足實驗室的實際情況，開設(shè)開放式科學小實踐，圍繞力、熱、光、電磁和近代物理知識體系，由學生以個人或團體形式，自選題目、自主設(shè)計實驗，解決困難和問題，綜合運用所學知識，制定實驗方案。通過教師指導、自主學習、合作學習和研究性學習，可自行獨立完成實驗和物理學相關(guān)競賽，使學生了解科學實驗的全過程、逐步掌握科學思想和科學方法，培養(yǎng)學生獨立思考、獨立動手能力、實踐能力和創(chuàng)新能力。最大限度地利用實驗裝備和技術(shù)條件，確保實驗儀器設(shè)備在學生培養(yǎng)中發(fā)揮最大效益。

圖2 四級物理實驗課程體系

實驗課程可分為必修和選修兩部分，根據(jù)高校專業(yè)特點和專業(yè)要求，分專業(yè)開展實驗教學。如我院應(yīng)用型工科按照專業(yè)領(lǐng)域分為地礦、能源動力、機械、環(huán)境安全四大類，目前可開展實驗項目共計33個，按照教學大綱設(shè)置10個必修，其余實應(yīng)用實驗儀器、實驗技術(shù)和實驗方法解決實際問題的能力，建立四級物理實驗課程體系（圖2），即基礎(chǔ)實驗、綜合性實驗、設(shè)計性實驗、科學小實踐，尤其注重綜合性和設(shè)計性實驗，實現(xiàn)分層次教學。其中，基礎(chǔ)實驗要求學生掌握基本物理量的測量、基礎(chǔ)實驗儀器的使用和基本數(shù)據(jù)處理（包含誤差與不確定度）等。此類實驗是適應(yīng)各個專業(yè)的普及性實驗，約占實驗課程的60%，如本校開設(shè)的長度和密度的測量、分光計的調(diào)整與使用、模擬示波器與數(shù)字示波器的使用等。綜合性實驗主要是綜合應(yīng)用力、熱、光、電磁、近代物理等多方面知識、多種方法和技術(shù)開展實驗，鞏固和提高學生對各種實驗方法和實驗技術(shù)的綜合運用能力，開闊學生的眼界和思路。此類實驗是對基礎(chǔ)的提升，對物理基礎(chǔ)不同的學生要求不同，需各院校根據(jù)情況而定，約占課程的30%，如本校開設(shè)的金屬絲楊氏模量的測量、液體粘滯系數(shù)的測量、光柵衍射與超聲衍射和RLC電路特性研究。設(shè)計性實驗根據(jù)給定的實驗課題、要求和實驗條件，驗根據(jù)專業(yè)進行選修，使教學體系和內(nèi)容有了彈性，實現(xiàn)因材施教，適應(yīng)不同專業(yè)、不同層次學生的需求。

2.2 教學內(nèi)容

通過視頻、圖片等方式將物理學史、實驗發(fā)展歷程、科技前沿和應(yīng)用前景等引入預(yù)習環(huán)節(jié)中，課前充分了解實驗，激發(fā)學生對實驗的興趣，加強學生對物理原理在實際生產(chǎn)和現(xiàn)代科學技術(shù)中的認識。以應(yīng)用型人才的培養(yǎng)為目標優(yōu)化大學物理實驗課程的教學內(nèi)容，注重堅持物理實驗與其他課程結(jié)合，考慮該課程與理工科中其他課程知識的關(guān)聯(lián)性；注重堅持經(jīng)典與實驗生產(chǎn)實際和科學技術(shù)結(jié)合，突出物理教學的時代性和先進性。例如金屬絲楊氏模量的測量可以聯(lián)系到材料力學中應(yīng)力、應(yīng)變和材料的剛性等內(nèi)容，實驗中所采用的光杠桿光學放大目前已被應(yīng)用到原子力顯微鏡中以納米級的分辨率獲得表面結(jié)構(gòu)信息中等；霍爾效應(yīng)測磁場實驗中可擴展到量子霍爾效應(yīng)尤其是中國科學家對量子反?；魻栃?yīng)的貢獻，增強學生的愛國意識，介紹霍爾效應(yīng)在半導體材料、高溫超導材料重要參數(shù)的測量、高斯計、磁流體發(fā)電、電磁無損探傷和汽車霍爾傳感器自動開門等應(yīng)用。在教學內(nèi)容中設(shè)置一些自主設(shè)計實驗和思考題目，讓學生根據(jù)所學內(nèi)容，舉一反三自主完成實驗，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和實踐能力。

2.3 教學方法

充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體教學軟件等在內(nèi)的現(xiàn)代教育技術(shù)豐富教學資源，拓寬教學的時間和空間。在“互聯(lián)網(wǎng)+”的時代背景下，將線上和線下教學活動相結(jié)合，開展混合式教學，以學生為中心，在教師指導下借助現(xiàn)代教育信息技術(shù)打破傳統(tǒng)教學流程[5]。針對大學物理實驗涉及力、熱、光、電和近代物理知識，根據(jù)目前所開設(shè)的實驗項目制作視頻，講解實驗背景、目的與原理、實驗儀器、操作步驟、實驗結(jié)果和應(yīng)用前景。視頻中老師按步驟操作直至出現(xiàn)完整的實驗現(xiàn)象和結(jié)果，并對在實驗中出現(xiàn)的問題及實驗數(shù)據(jù)處理做詳細解釋，確保學生利用電腦或手機隨時預(yù)習。同時老師也會提供一些電子教案、習題庫、作業(yè)庫、工程案例庫、教學素材庫、文獻資料庫、大賽作品庫和知識檢索庫等提供學生參考學習，線上教學模式有助于實驗完成。學生通過線上預(yù)習，很好理解實驗的重點和難點，教師在實驗授課中一些簡單的知識點可以不講或者少講，把時間留給學生，讓學生在實驗課堂中動起來，教師在實驗室隨時準備給學生答疑，指導學生開拓思維，培養(yǎng)創(chuàng)造力。課后老師在線下發(fā)布作業(yè)和開放性思考題，學生將自己的作業(yè)和想法傳到線上平臺，老師批閱后，可以采用線上線下相結(jié)合的方式答疑，對于學生活躍度，建立獎懲機制。應(yīng)用型本科院校大學物理實驗形成線上和線下混合式教學，以學生自主學習為主，教師指導相結(jié)合的教學方式，從而激發(fā)學生學習興趣和創(chuàng)新能力。

2.4 教學手段

目前大部分高校的物理實驗采用實驗室實體教學的方式，但存在著離開了實驗室就無法開課的問題。在“新冠”疫情的影響下，為確保學生隨時隨地實驗，迫切需建設(shè)大學物理遠程實驗系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程網(wǎng)絡(luò)教學平臺。可通過在實驗教學平臺上分類導入物理實驗資源庫，建立教師管理系統(tǒng)和學生學習系統(tǒng)，利用圖片、文字、錄像、Flash動畫和3D交互系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程實時交互信息化網(wǎng)絡(luò)教學平臺，打破時間、空間和儀器的限制，實現(xiàn)教學的開放性。例如模擬示波器的使用中，實體教學學生僅僅在課堂學習使用示波器，課時緊張使學生對示波器具體的原理和使用時可能出現(xiàn)的問題卻不清楚。建立模擬示波器的使用模擬仿真系統(tǒng)可包含實驗背景介紹、實驗儀器操作使用和內(nèi)部結(jié)構(gòu)展示三個環(huán)節(jié)，學生可通過電腦鼠標點擊儀器操作按鈕輕松實現(xiàn)自行練習，就像學習使用手機一樣，熟能生巧，深入掌握每個按鍵的作用；通過拆解式教學，直觀的學習模擬示波器的原理，使實驗教學體延伸到課堂之外，教學效果更直觀更具體。在日常教學中，實現(xiàn)實體教學和仿真模擬實驗平臺相結(jié)合，“能實勿虛，虛實結(jié)合”的教學模式，努力營造創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)的多元化教學環(huán)境。

2.5 考核方式

根據(jù)應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的要求，克服傳統(tǒng)考核方式的弊端，強調(diào)學生實驗學習的過程，建立全過程性評價按權(quán)重計算的考核體系。主要體現(xiàn)為學習過程中學生主動觀看的預(yù)習、線上答題、討論、實驗操作、報告展示和期末考試等多方位、多角度的嚴格考核。具體可將大學物理實驗考核分成兩部分，平時表現(xiàn)70%和期末考試30%。平時成績主要包含線上預(yù)習互動（20分），線上答題和討論（10分）、實驗操作（30分）和實驗報告（40分），期末考試分理論考試（30分）和實驗考試（70分）。采取多方位、多角度的考核方式，注重平時環(huán)節(jié)的考察，注重學習過程的考核，使考核評價更趨于合理和公平，也可激勵學生的學習積極性和主動性。

3.課程思政

從生產(chǎn)生活中的現(xiàn)象出發(fā)，引導學生學會觀察、學會思考，激發(fā)學生對實驗的興趣；通過介紹同一實驗不同解決方法，教育學生多角度、多思維處理實際問題，要勤于思考，敢于創(chuàng)新；指導學生分組開展實驗，培養(yǎng)學生團隊合作精神和責任心；要求學生認真觀察、客觀真實地記錄實驗數(shù)據(jù)，認真分析實驗結(jié)果，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和實事求是的工作作風；讓學生自主設(shè)計實驗，鍛煉學生的科學思維和創(chuàng)新意識。將實驗課程與思想政治理論課同向同行，巧妙地進行價值引領(lǐng)與知識傳授的融通，實現(xiàn)立德樹人潤物無聲，“接地氣”開展思想政治教育[6]，實現(xiàn)教學的價值塑造、知識傳授、能力培養(yǎng)全方位提升，為區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型應(yīng)用人才。

4.結(jié)語

通過對應(yīng)用型本科大學物理實驗課程體系重構(gòu)，實現(xiàn)線上線下混合式教學，創(chuàng)新評價考核機制，充分調(diào)動學生的積極性，主動性，培養(yǎng)實踐能力和創(chuàng)新能力，實現(xiàn)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。