王 婷，馮金山，李屹坤，宋 婷，許幸芬

(蘭州交通大學(xué)，甘肅 蘭州 730070)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是一門科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，其內(nèi)涵豐富，包括聲學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、電磁實(shí)驗(yàn)，是大學(xué)生基礎(chǔ)教育的一門重要課程。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)對(duì)未知的能力。主要體現(xiàn)知識(shí)、能力、素養(yǎng)三者的關(guān)系。物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)是對(duì)科學(xué)方法的一種訓(xùn)練，學(xué)到物理知識(shí)的同時(shí)也會(huì)成為將來生活常識(shí)的一部分，進(jìn)而在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生處理事情的邏輯鏈條。學(xué)生在學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)過程中所形成的小的思維習(xí)慣，如：整潔、安全、環(huán)保；認(rèn)真、誠(chéng)實(shí)、做事有條理；質(zhì)疑、思考、發(fā)現(xiàn)問題、提出問題；與人合作、交流、不干擾別人的習(xí)慣。雖然實(shí)驗(yàn)時(shí)意識(shí)不到，卻能受益終生。

1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程是高校實(shí)踐教學(xué)體系的重要組成部分，主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容缺乏興趣、不夠重視；由于課時(shí)緊張，通常要求規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成測(cè)試，學(xué)生忙于被動(dòng)式的調(diào)節(jié)儀器、測(cè)量數(shù)據(jù)，把精力只放在快速獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上，而很少思考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的深層次原因和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容間的關(guān)聯(lián)性；對(duì)知識(shí)和技能的掌握程度不高，對(duì)儀器、原理等缺少深入的研究，拓展應(yīng)用較少；缺少與當(dāng)堂實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)拓展；學(xué)生長(zhǎng)期處于灌輸式被動(dòng)學(xué)習(xí)，教師講，學(xué)生按照教師的講解逐步去做，學(xué)生自主性受限；實(shí)驗(yàn)評(píng)估以教師為主導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)成績(jī)以預(yù)習(xí)報(bào)告(預(yù)習(xí)內(nèi)容是否相關(guān)、充實(shí))、課堂表現(xiàn)(做得快慢)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(報(bào)告分析答題)為考核選項(xiàng)，缺乏對(duì)課后拓展學(xué)習(xí)過程的評(píng)估；過于關(guān)注實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程不夠重視。這樣很難激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性與創(chuàng)新性。

大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)已被納入國(guó)家創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。探索并實(shí)踐基于OBE教育理念的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以期對(duì)學(xué)生創(chuàng)新精神培養(yǎng)、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力提高起到潛移默化的影響。為此非常有必要進(jìn)行項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式物理開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)，倡導(dǎo)注重過程的探究教育。課堂上教師只需要花較少的時(shí)間講解實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生有更多的時(shí)間來操作實(shí)驗(yàn)，教師針對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，和學(xué)生一起探討交流，引導(dǎo)學(xué)生思考，擴(kuò)展學(xué)生思維，提升學(xué)生能力。

2 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式

OBE教育理念重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生能力培養(yǎng)和能力訓(xùn)練[1-3]?！洞髮W(xué)物理實(shí)驗(yàn)》課程是理工科學(xué)生的重要基礎(chǔ)課程之一。該課程所教授的基本理論和基本方法、實(shí)驗(yàn)的操作環(huán)節(jié)是構(gòu)成學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和綜合能力的重要組成部分，具有其他課程不可替代的作用。通過項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式物理開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)，應(yīng)達(dá)到如下目的，如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)達(dá)成目標(biāo)

2.1 教學(xué)流程

根據(jù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)定位，需要注重物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)生專業(yè)、物理實(shí)驗(yàn)以及生活實(shí)際的聯(lián)系，同時(shí)拓展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容?；贠BE教育理念的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠較好地體現(xiàn)和完成相關(guān)的培養(yǎng)目標(biāo)，其教學(xué)流程如圖2所示[4-8]。

圖2 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程

2.2 實(shí)施方案

在基本教學(xué)內(nèi)容(或?qū)W生自主命題)基礎(chǔ)上初定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱，對(duì)學(xué)生公布，由學(xué)生根據(jù)興趣選題，按制定計(jì)劃進(jìn)行實(shí)施。在實(shí)施過程中，基于OBE教育理念，將開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中要求學(xué)生達(dá)成的關(guān)鍵目標(biāo)發(fā)布給學(xué)生、以學(xué)生為主體、學(xué)生可以通過反復(fù)學(xué)習(xí)、查閱資料，充分掌握實(shí)驗(yàn)的原理和方法，儀器的使用及注意事項(xiàng)。通過課中與教師的分析討論，自主地完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，充分地掌握實(shí)驗(yàn)的方法和步驟。通過數(shù)據(jù)記錄、查閱其他資料、鞏固測(cè)量數(shù)據(jù)誤差處理方法，自主地完成實(shí)驗(yàn)分析和數(shù)據(jù)處理、達(dá)到真正掌握的目的。實(shí)施方案如圖3所示[2,3]。

圖3 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)具體實(shí)施方案

在此種教學(xué)模式下，較少的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和充足的實(shí)驗(yàn)時(shí)間使實(shí)驗(yàn)課程含金量提高，一方面學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)室充分熟悉儀器設(shè)備，結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理，自行搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，思考實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提高動(dòng)手能力；另一方面，教師可以設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，適當(dāng)提高實(shí)驗(yàn)難度，側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

3 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)內(nèi)容探究

3.1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目確定

在開放實(shí)驗(yàn)確定時(shí)，本著“引導(dǎo)學(xué)生在課余時(shí)間完成基于實(shí)驗(yàn)而高于實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新教學(xué)，獨(dú)立自主對(duì)實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)、改進(jìn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果進(jìn)行歸納分析總結(jié)，從而培養(yǎng)學(xué)生的綜合思維和創(chuàng)造能力”的目的進(jìn)行設(shè)計(jì)和確定。已設(shè)計(jì)的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式物理開放實(shí)驗(yàn)包括：(1)電磁學(xué)類：不同樣品介電常數(shù)的測(cè)量；自制電容器電容量及介電常數(shù)的測(cè)量；自制電感器電感量的測(cè)量；非線性電路中混沌現(xiàn)象的研究；四端低值電阻的制作與標(biāo)定；自主設(shè)計(jì)非平衡電橋測(cè)電阻、氣體濃度檢測(cè)儀、溫度計(jì)測(cè)溫、電子秤稱重；光敏電阻特性測(cè)試及應(yīng)用、壓敏電阻特性測(cè)試及應(yīng)用，用發(fā)光二極管的特性測(cè)光電效應(yīng)普朗克常數(shù)；用電位差計(jì)設(shè)計(jì)校準(zhǔn)電流表、電壓表的綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、測(cè)微小電功率的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；霍爾效應(yīng)法研究蹄形磁體、通電直導(dǎo)體周圍磁場(chǎng)的分布。(2)力熱類：諧振法、激光反射光敏電阻取樣法、電橋法等測(cè)金屬絲楊氏模量實(shí)驗(yàn)；視頻圖像法測(cè)液體的粘滯系數(shù)等。

3.2 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施

針對(duì)擬定項(xiàng)目?jī)?nèi)容設(shè)計(jì)問題集。從實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱涉及到的物理概念開始提問：實(shí)驗(yàn)要做什么，解決什么問題(實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，怎么解決，測(cè)量哪些物理量(實(shí)驗(yàn)原理)，如何著手解決(實(shí)驗(yàn)儀器、操作步驟、數(shù)據(jù)處理)等。學(xué)生通過對(duì)一系列問題的思考回答，來掌握實(shí)驗(yàn)的相關(guān)知識(shí)。通過這樣的啟發(fā)式提問，引導(dǎo)學(xué)生多思考，舉一反三，對(duì)學(xué)生進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的訓(xùn)練后，讓學(xué)生自己給自己提出問題，然后學(xué)生自己逐一解決，實(shí)現(xiàn)學(xué)生由主動(dòng)學(xué)習(xí)向?qū)W會(huì)學(xué)習(xí)過渡，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，讓學(xué)生理解物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)性以及在其專業(yè)學(xué)習(xí)中的重要性，將物理實(shí)驗(yàn)涉及到的知識(shí)，用于生活實(shí)際，使實(shí)驗(yàn)課教學(xué)變得生動(dòng)有趣。

借助互聯(lián)網(wǎng)建立QQ群、微信群或其他現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)與學(xué)生互動(dòng)，通知實(shí)驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容。讓學(xué)生自主組隊(duì)選取自己最感興趣的項(xiàng)目，探究和學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)知識(shí)，自己查閱資料，了解該項(xiàng)目的原理、涉及儀器的構(gòu)造、應(yīng)用，并嘗試自己思考：現(xiàn)有的應(yīng)用是否有不足，能否能進(jìn)一步改進(jìn)。根據(jù)自己小組團(tuán)隊(duì)的調(diào)研、實(shí)驗(yàn)過程，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)中以“教師為中心”向以“學(xué)生為中心”的轉(zhuǎn)變。

實(shí)際教學(xué)時(shí)，給定某種主要儀器設(shè)備，讓學(xué)生根據(jù)已知原理，擬定實(shí)驗(yàn)方案，選擇和搭建實(shí)驗(yàn)所需的其他儀器設(shè)備，完成某一物理量的測(cè)定；也可給定一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，自擬實(shí)驗(yàn)方案，自選實(shí)驗(yàn)儀器，自己搭建線路和組裝設(shè)備，完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所提出的要求。同步引導(dǎo)學(xué)生積極參加學(xué)科競(jìng)賽及創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目，實(shí)踐學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)。

3.3 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的檢驗(yàn)

在進(jìn)行開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)的同時(shí)，積極引導(dǎo)學(xué)生參加學(xué)科競(jìng)賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，達(dá)到課內(nèi)課堂的延伸與拓展。2020年指導(dǎo)學(xué)生首次參加第六屆全國(guó)大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽獲得三等獎(jiǎng)1項(xiàng)；2021年指導(dǎo)學(xué)生參加第七屆全國(guó)大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽獲得二等獎(jiǎng)1項(xiàng)；2021年指導(dǎo)學(xué)生參加第七屆中國(guó)國(guó)際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽甘肅省分賽獲金獎(jiǎng)1項(xiàng)；2021年指導(dǎo)“大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃”項(xiàng)目國(guó)家級(jí)、省級(jí)立項(xiàng)各1項(xiàng)。通過項(xiàng)目實(shí)踐來改變學(xué)生的思考方式，提高學(xué)生的操作能力，使學(xué)生在大學(xué)期間就具有一定的項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，讓他們?cè)诋厴I(yè)后能快速適應(yīng)企業(yè)的工作模式。

4 結(jié) 語

常規(guī)實(shí)驗(yàn)是完整的儀器設(shè)備，由學(xué)生按照一定的步驟進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，這樣限制了學(xué)生的思維。而開放實(shí)驗(yàn)完成實(shí)驗(yàn)的方法并不統(tǒng)一，極大的調(diào)動(dòng)了學(xué)生的興趣和思維創(chuàng)造性?；贠BE教育理念的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式開放實(shí)驗(yàn)，是實(shí)現(xiàn)教學(xué)中以“教師為中心”向以“學(xué)生為中心”教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變。實(shí)踐證明，將傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為與其他課程交叉融合的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生做中學(xué)、學(xué)中做，可提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，有利于培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)人才。