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)物理實驗是一門科學(xué)實驗課程，其內(nèi)涵豐富，包括聲學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、電磁實驗，是大學(xué)生基礎(chǔ)教育的一門重要課程。大學(xué)物理實驗的教學(xué)目標是培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)對未知的能力。主要體現(xiàn)知識、能力、素養(yǎng)三者的關(guān)系。物理實驗的學(xué)習(xí)是對科學(xué)方法的一種訓(xùn)練，學(xué)到物理知識的同時也會成為將來生活常識的一部分，進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)物理實驗過程中所形成的小的思維習(xí)慣，如：整潔、安全、環(huán)保；認真、誠實、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。雖然實驗時意識不到，卻能受益終生。

1 傳統(tǒng)實驗教學(xué)方式

大學(xué)物理實驗課程是高校實踐教學(xué)體系的重要組成部分，主要目標是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)、實踐能力和創(chuàng)新能力。在實驗教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對實驗課內(nèi)容缺乏興趣、不夠重視；由于課時緊張，通常要求規(guī)定時間內(nèi)完成測試，學(xué)生忙于被動式的調(diào)節(jié)儀器、測量數(shù)據(jù)，把精力只放在快速獲得實驗數(shù)據(jù)上，而很少思考實驗設(shè)計的深層次原因和實驗內(nèi)容間的關(guān)聯(lián)性；對知識和技能的掌握程度不高，對儀器、原理等缺少深入的研究，拓展應(yīng)用較少；缺少與當(dāng)堂實驗緊密結(jié)合的實驗應(yīng)用與實驗拓展；學(xué)生長期處于灌輸式被動學(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；實驗評估以教師為主導(dǎo)，實驗成績以預(yù)習(xí)報告(預(yù)習(xí)內(nèi)容是否相關(guān)、充實)、課堂表現(xiàn)(做得快慢)、實驗報告(報告分析答題)為考核選項，缺乏對課后拓展學(xué)習(xí)過程的評估；過于關(guān)注實驗結(jié)果，對實驗過程不夠重視。這樣很難激發(fā)學(xué)生實驗的主動性與創(chuàng)新性。

大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)已被納入國家創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。探索并實踐基于OBE教育理念的項目驅(qū)動式開放實驗教學(xué)，以期對學(xué)生創(chuàng)新精神培養(yǎng)、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力提高起到潛移默化的影響。為此非常有必要進行項目驅(qū)動式物理開放實驗教學(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間講解實驗，讓學(xué)生有更多的時間來操作實驗，教師針對實驗中出現(xiàn)的問題，和學(xué)生一起探討交流，引導(dǎo)學(xué)生思考，擴展學(xué)生思維，提升學(xué)生能力。

2 項目驅(qū)動式教學(xué)模式

OBE教育理念重點強調(diào)學(xué)生能力培養(yǎng)和能力訓(xùn)練[1-3]。《大學(xué)物理實驗》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、實驗的操作環(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。通過項目驅(qū)動式物理開放實驗教學(xué)，應(yīng)達到如下目的，如圖1所示。

圖1 項目驅(qū)動式開放實驗教學(xué)達成目標

2.1 教學(xué)流程

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

圖2 項目驅(qū)動式開放實驗教學(xué)流程

2.2 實施方案

在基本教學(xué)內(nèi)容(或?qū)W生自主命題)基礎(chǔ)上初定實驗項目名稱，對學(xué)生公布，由學(xué)生根據(jù)興趣選題，按制定計劃進行實施。在實施過程中，基于OBE教育理念，將開放實驗項目中要求學(xué)生達成的關(guān)鍵目標發(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，充分掌握實驗的原理和方法，儀器的使用及注意事項。通過課中與教師的分析討論，自主地完成實驗內(nèi)容，充分地掌握實驗的方法和步驟。通過數(shù)據(jù)記錄、查閱其他資料、鞏固測量數(shù)據(jù)誤差處理方法，自主地完成實驗分析和數(shù)據(jù)處理、達到真正掌握的目的。實施方案如圖3所示[2,3]。

圖3 項目驅(qū)動式開放實驗教學(xué)具體實施方案

在此種教學(xué)模式下，較少的實驗項目和充足的實驗時間使實驗課程含金量提高，一方面學(xué)生可以在實驗室充分熟悉儀器設(shè)備，結(jié)合實驗原理，自行搭建實驗平臺，思考實驗現(xiàn)象，提高動手能力；另一方面，教師可以設(shè)計創(chuàng)新實驗，適當(dāng)提高實驗難度，側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生運用知識解決實際問題的能力。

3 項目驅(qū)動式教學(xué)內(nèi)容探究

3.1 實驗項目確定

在開放實驗確定時，本著“引導(dǎo)學(xué)生在課余時間完成基于實驗而高于實驗的創(chuàng)新教學(xué)，獨立自主對實驗方法、實驗裝置進行設(shè)計、改進，對實驗過程和結(jié)果進行歸納分析總結(jié)，從而培養(yǎng)學(xué)生的綜合思維和創(chuàng)造能力”的目的進行設(shè)計和確定。已設(shè)計的項目驅(qū)動式物理開放實驗包括：(1)電磁學(xué)類：不同樣品介電常數(shù)的測量；自制電容器電容量及介電常數(shù)的測量；自制電感器電感量的測量；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定；自主設(shè)計非平衡電橋測電阻、氣體濃度檢測儀、溫度計測溫、電子秤稱重；光敏電阻特性測試及應(yīng)用、壓敏電阻特性測試及應(yīng)用，用發(fā)光二極管的特性測光電效應(yīng)普朗克常數(shù)；用電位差計設(shè)計校準電流表、電壓表的綜合性實驗項目、測微小電功率的實驗設(shè)計；霍爾效應(yīng)法研究蹄形磁體、通電直導(dǎo)體周圍磁場的分布。(2)力熱類：諧振法、激光反射光敏電阻取樣法、電橋法等測金屬絲楊氏模量實驗；視頻圖像法測液體的粘滯系數(shù)等。

3.2 實驗項目實施

針對擬定項目內(nèi)容設(shè)計問題集。從實驗項目名稱涉及到的物理概念開始提問：實驗要做什么，解決什么問題(實驗?zāi)康?，怎么解決，測量哪些物理量(實驗原理)，如何著手解決(實驗儀器、操作步驟、數(shù)據(jù)處理)等。學(xué)生通過對一系列問題的思考回答，來掌握實驗的相關(guān)知識。通過這樣的啟發(fā)式提問，引導(dǎo)學(xué)生多思考，舉一反三，對學(xué)生進行具體實驗項目的訓(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，實現(xiàn)學(xué)生由主動學(xué)習(xí)向?qū)W會學(xué)習(xí)過渡，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，讓學(xué)生理解物理實驗的基礎(chǔ)性以及在其專業(yè)學(xué)習(xí)中的重要性，將物理實驗涉及到的知識，用于生活實際，使實驗課教學(xué)變得生動有趣。

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)平臺與學(xué)生互動，通知實驗相關(guān)內(nèi)容。讓學(xué)生自主組隊選取自己最感興趣的項目，探究和學(xué)習(xí)實驗知識，自己查閱資料，了解該項目的原理、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，能否能進一步改進。根據(jù)自己小組團隊的調(diào)研、實驗過程，撰寫實驗報告。真正實現(xiàn)教學(xué)中以“教師為中心”向以“學(xué)生為中心”的轉(zhuǎn)變。

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

3.3 實驗項目的檢驗

在進行開放實驗教學(xué)的同時，積極引導(dǎo)學(xué)生參加學(xué)科競賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目，達到課內(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大學(xué)生物理實驗競賽獲得三等獎1項；2021年指導(dǎo)學(xué)生參加第七屆全國大學(xué)生物理實驗競賽獲得二等獎1項；2021年指導(dǎo)學(xué)生參加第七屆中國國際“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1項；2021年指導(dǎo)“大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃”項目國家級、省級立項各1項。通過項目實踐來改變學(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目實踐經(jīng)驗，讓他們在畢業(yè)后能快速適應(yīng)企業(yè)的工作模式。

4 結(jié) 語

常規(guī)實驗是完整的儀器設(shè)備，由學(xué)生按照一定的步驟進行測量和計算，這樣限制了學(xué)生的思維。而開放實驗完成實驗的方法并不統(tǒng)一，極大的調(diào)動了學(xué)生的興趣和思維創(chuàng)造性?；贠BE教育理念的項目驅(qū)動式開放實驗，是實現(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。實踐證明，將傳統(tǒng)的驗證性實驗改為與其他課程交叉融合的項目驅(qū)動式設(shè)計性、綜合性實驗，引導(dǎo)學(xué)生做中學(xué)、學(xué)中做，可提高學(xué)生的實踐動手能力，有利于培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)人才。