羅艷偉 王俊濤(河南工業(yè)大學(xué)理學(xué)院 河南 鄭州 450001)

作為基礎(chǔ)學(xué)科，物理學(xué)以物質(zhì)運(yùn)動最一般規(guī)律和物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)作為其研究對象，并通過其在各行業(yè)、各學(xué)科的應(yīng)用和社會實(shí)踐不斷推進(jìn)人類文明的進(jìn)步.物理實(shí)驗作為物理基礎(chǔ)理論到廣泛實(shí)際應(yīng)用之間的橋梁是物理學(xué)發(fā)展中的重要環(huán)節(jié)，物理學(xué)的所有理論均來源于物理實(shí)驗又必須得到物理實(shí)驗的驗證.只有真正掌握了物理實(shí)驗的基本技能，才能順利地將物理原理應(yīng)用到其他各學(xué)科和社會實(shí)踐中去，從而形成推動世界發(fā)展的創(chuàng)新成果[1～3].

物理實(shí)驗課程作為理工科學(xué)生步入大學(xué)后接觸到的基礎(chǔ)性實(shí)踐課程，著重培養(yǎng)學(xué)生仔細(xì)觀察、查閱資料、獨(dú)立思考、確定實(shí)驗方案、協(xié)同操作等方面的能力，培育學(xué)生科學(xué)思維與意識，提高學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)精神.雖然物理實(shí)驗教學(xué)對學(xué)生創(chuàng)新能力和科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)使其在高校各理工科院系高素質(zhì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中具有著不可取代的地位，但不可否認(rèn)的是隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、科技的不斷進(jìn)步、知識結(jié)構(gòu)的不斷更新，以及國家對人才需求發(fā)生的巨大變化，物理實(shí)驗課程的改革已經(jīng)變得迫在眉睫.為適應(yīng)高等教育“新工科”建設(shè)的快速發(fā)展，在實(shí)驗課程教學(xué)中進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的中心地位，對傳統(tǒng)物理實(shí)驗課程進(jìn)行立體化升級改造已成為目前物理實(shí)驗課程教學(xué)改革的重點(diǎn)[4,5].

1 當(dāng)前物理實(shí)驗教學(xué)的現(xiàn)狀分析

物理實(shí)驗課程是我校面向理工科開設(shè)的一門通識平臺必修課，課程涉及電氣工程學(xué)院、生物工程學(xué)院、機(jī)電工程學(xué)院、材料科學(xué)與工程學(xué)院、信息科學(xué)與工程學(xué)院、土木工程學(xué)院等9個學(xué)院38個本科專業(yè)，每年有164個班4 800余人的實(shí)驗教學(xué)任務(wù).由于受實(shí)驗室面積、教學(xué)安排等各類因素影響，目前對所有專業(yè)開設(shè)16個物理實(shí)驗項目，并集中在一個學(xué)期內(nèi)完成58個學(xué)時的授課.20多年來，通過不斷的改革建設(shè)，實(shí)驗項目、實(shí)驗設(shè)備雖有陸續(xù)更換升級，但總體實(shí)驗體系結(jié)構(gòu)和授課模式未進(jìn)行較大變動，與當(dāng)下快速開展的高等教育改革差距越來越大.隨著招生規(guī)模的不斷擴(kuò)大和新工科人才培養(yǎng)要求的不斷提升，眾多不如人意的地方逐漸呈現(xiàn)出來，并與新工科專業(yè)改革產(chǎn)生了較多的沖突和矛盾.例如學(xué)生對物理實(shí)驗不感興趣，預(yù)習(xí)效果較差；課堂參與率不高，實(shí)驗過程效果不好；課后實(shí)驗處理應(yīng)付，教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成度較低；實(shí)驗項目專業(yè)區(qū)分度為零，專業(yè)指向性不明.為了理清思路、明確目標(biāo)、提高效率，教學(xué)團(tuán)隊在2019級、2020級4 000余名學(xué)生中開展了問卷調(diào)查，并結(jié)合課程學(xué)生評價分析發(fā)現(xiàn)，我校物理實(shí)驗課程目前存在的主要問題為以下幾個方面.

1.1 課程內(nèi)容體系設(shè)計

實(shí)驗課程項目設(shè)置缺乏差異性區(qū)別，無法體現(xiàn)以“學(xué)生為中心”的目標(biāo)設(shè)置.

一方面缺乏對課程目標(biāo)對象(不同來源學(xué)生)在實(shí)驗基本知識、方法和技能等方面現(xiàn)狀存在差異的分析和區(qū)分.受到學(xué)生來源、高中階段對實(shí)驗課程重視程度等多重因素影響，部分學(xué)生在課程開設(shè)之前缺乏基本的實(shí)驗素質(zhì)培養(yǎng)，缺乏基本的實(shí)驗操作和動手實(shí)踐能力，甚至從未獨(dú)自完成過實(shí)驗.針對不同的學(xué)生，實(shí)驗項目設(shè)計應(yīng)更多體現(xiàn)個體差異.另一方面，缺少對學(xué)生所在院系知識背景的差異性體現(xiàn).來自不同學(xué)院學(xué)科的學(xué)生具有完全不同的專業(yè)知識背景，與此同時，不同專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)也對實(shí)驗技能有不同的需求，實(shí)驗項目設(shè)計應(yīng)有所體現(xiàn)以學(xué)生為中心的差異性.

1.2 課程授課環(huán)節(jié)設(shè)計

課程流程設(shè)置固定死板，教學(xué)過程“教師為中心”的現(xiàn)象比較普遍，未考慮學(xué)生整個過程中的自主參與性.

現(xiàn)有的實(shí)驗課程流程設(shè)置為學(xué)生課前完成預(yù)習(xí)報告、教師進(jìn)行半小時課堂講授和操作演示、學(xué)生完成測量和報告，整個過程中以教師為主導(dǎo)，無法激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和思考的能力.

課前預(yù)習(xí)報告是體現(xiàn)學(xué)生對課程實(shí)驗內(nèi)容自學(xué)和探索的能力的體現(xiàn)，可以保證學(xué)生能在課堂教學(xué)中更好掌握實(shí)驗技能的原理.但是大多數(shù)實(shí)驗課程“必須”的紙質(zhì)課前預(yù)習(xí)報告過于流于形式，學(xué)生機(jī)械摘抄教材有關(guān)內(nèi)容，無法體現(xiàn)學(xué)生對實(shí)驗內(nèi)容預(yù)習(xí)的效果和掌握程度；教師講授過程受時間和學(xué)時限制，對實(shí)驗內(nèi)容背景無法展開講解，講解內(nèi)容過多強(qiáng)調(diào)服務(wù)于學(xué)生如何完成實(shí)驗操作；實(shí)驗過程中，學(xué)生對實(shí)驗內(nèi)容不假思索、對實(shí)驗設(shè)備不聞不問，完全喪失對實(shí)驗過程中科學(xué)知識的探索，一味追求完成數(shù)據(jù)測量與記錄，知其然不知其所以然，無法達(dá)成課程對學(xué)生科學(xué)動手能力培養(yǎng)的目的；有部分同學(xué)在實(shí)驗過程中，幾乎不進(jìn)行任何操作，形成“一個人做，兩個人看”的場面.實(shí)驗結(jié)束后，學(xué)生完成實(shí)驗數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗報告上交，然后開始下一個新的實(shí)驗項目，無從得知實(shí)驗數(shù)據(jù)正確與否，更無法判斷實(shí)驗操作是否準(zhǔn)確，無法達(dá)成課程對學(xué)生科學(xué)知識學(xué)習(xí)的培養(yǎng)目的.縱觀整個授課環(huán)節(jié)，不難發(fā)現(xiàn)教師為主的“填鴨式”實(shí)驗教學(xué)中無法調(diào)動學(xué)生自主參與的學(xué)習(xí)積極性，也就更難達(dá)到啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維的教學(xué)目的.

1.3 學(xué)習(xí)效果評價設(shè)計

評價方式單一，紙質(zhì)實(shí)驗報告的結(jié)果評價方式無法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，更無法反映學(xué)生為中心的自我學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成情況.

學(xué)習(xí)效果評價是對學(xué)生學(xué)習(xí)能力、實(shí)驗過程的協(xié)作能力和自我認(rèn)可的一個重要環(huán)節(jié)，應(yīng)起到肯定和激勵學(xué)生積極進(jìn)行自我完善的作用.現(xiàn)有的紙質(zhì)實(shí)驗報告分?jǐn)?shù)分為預(yù)習(xí)+數(shù)據(jù)測量+實(shí)驗結(jié)果處理，僅僅體現(xiàn)了實(shí)驗預(yù)習(xí)摘抄內(nèi)容、實(shí)驗數(shù)據(jù)測量與處理的能力，無法反映學(xué)生在實(shí)驗過程中的操作能力和科學(xué)思維培養(yǎng)成果[6,7]

1.4 課程延續(xù)建設(shè)設(shè)計

實(shí)驗課程整體有關(guān)科學(xué)問題的拓展、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)方面的深度培養(yǎng)不夠，學(xué)生核心競爭力不足.

陳舊的教學(xué)內(nèi)容和填鴨式的教學(xué)模式為主的傳統(tǒng)教學(xué)體系嚴(yán)重束縛了學(xué)生的思維，壓抑了學(xué)生的求知欲望.實(shí)驗教學(xué)蘊(yùn)含的豐富科學(xué)知識和針對性的技能訓(xùn)練，在課堂之后未得到應(yīng)有的延續(xù)，學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識和技能主動探索科學(xué)問題和解決實(shí)際問題的能力遠(yuǎn)未達(dá)到課程培養(yǎng)目標(biāo).對科學(xué)主動探索意識不強(qiáng)，缺乏科學(xué)探索的基本素養(yǎng)，運(yùn)用所學(xué)物理知識建立模型解決實(shí)際工程問題的能力不足；基礎(chǔ)物理實(shí)驗陳舊的教學(xué)內(nèi)容與當(dāng)前大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育相差甚遠(yuǎn)，無法體現(xiàn)科學(xué)思想在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中的重要引導(dǎo)作用[8].

在信息技術(shù)日益發(fā)達(dá)的今天，面對物理實(shí)驗課程教學(xué)的現(xiàn)狀，進(jìn)行基于信息化改造的立體化物理實(shí)驗教學(xué)改革迫在眉睫[9].改革總體目標(biāo)是建設(shè)以學(xué)生為中心且教學(xué)內(nèi)容特色鮮明的現(xiàn)代化開放式物理實(shí)驗課程，并構(gòu)建以人為本、尊重學(xué)生個性差異、教學(xué)手段先進(jìn)的課程體系；有效提高大學(xué)的理、工科學(xué)生物理實(shí)驗?zāi)芰蛣?chuàng)新能力，使之成為大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的基地和創(chuàng)新人才的孵化器，推動理工科物理實(shí)驗課程建設(shè)[10～12].

2 以學(xué)生為中心的立體化物理實(shí)驗課程構(gòu)建

為適應(yīng)“新工科”建設(shè)的快速發(fā)展以及新工科人才培養(yǎng)的迫切需求，更好的培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識人才，實(shí)驗中心將結(jié)合教育信息化致力于以學(xué)生為中心的立體化的課程內(nèi)容體系、課程學(xué)習(xí)過程、開放評價體系的構(gòu)建，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)課程的立體化.

2.1 強(qiáng)調(diào)個性化教學(xué)

構(gòu)建適合不同專業(yè)、不同基礎(chǔ)和發(fā)展目標(biāo)的立體化課程內(nèi)容體系.

根據(jù)學(xué)校的辦學(xué)指導(dǎo)思想和實(shí)驗教學(xué)的定位，重構(gòu)物理實(shí)驗課程體系，重組課程內(nèi)容，既與理論教學(xué)有機(jī)相聯(lián)系，又自成體系，從根本上改變了實(shí)驗教學(xué)依附理論教學(xué)、重復(fù)驗證理論的實(shí)驗設(shè)計理念[13].建設(shè)過程中，通過充實(shí)教學(xué)內(nèi)容，深挖共享資源，優(yōu)化資源配置組合，充分發(fā)揮“互聯(lián)網(wǎng)+”服務(wù)平臺信息化功能，構(gòu)建以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗技術(shù)、科學(xué)思維及創(chuàng)造能力的一門獨(dú)立的實(shí)驗教學(xué)課程體系.為此，我們創(chuàng)建了“一二三四”立體化實(shí)驗教學(xué)體系，即一個核心、兩個結(jié)合、三個平臺、四個層次.一個核心是指課程體系內(nèi)容應(yīng)體現(xiàn)學(xué)?！芭囵B(yǎng)服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)、專業(yè)特色鮮明的高素質(zhì)應(yīng)用人才”的人才培育核心目標(biāo)；兩個結(jié)合是指本科教學(xué)與科學(xué)研究、本科教學(xué)與社會實(shí)踐緊密結(jié)合的實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容體系[14]；三個平臺是指順應(yīng)學(xué)生個體認(rèn)知規(guī)律和課程體系內(nèi)容發(fā)展規(guī)律構(gòu)建基礎(chǔ)素養(yǎng)培養(yǎng)平臺、學(xué)科類競賽平臺和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的綜合素質(zhì)平臺；四個層次是指將實(shí)驗課程內(nèi)容體系根據(jù)各專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)計劃，采用分層次教學(xué)，將教學(xué)內(nèi)容劃分為驗證性實(shí)驗、綜合性實(shí)驗、設(shè)計性實(shí)驗、研究性實(shí)驗四個層次[15].根據(jù)不同專業(yè)的知識背景，打磨和設(shè)計每個層次的實(shí)驗項目以及課后評價的拓展實(shí)驗項目，以更好的實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心開展的綜合立體化評價.

2.2 突破空間與時間限制

構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng) + ”物理實(shí)驗立體化教學(xué)模式，其核心是以“以學(xué)生的全面發(fā)展和成才”為中心的教學(xué)理念，正確處理在教學(xué)過程中“教”與“學(xué)”的辯證統(tǒng)一關(guān)系，充分發(fā)揮學(xué)生主動性和主體作用，形成教師指導(dǎo)下學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)情境；充分利用互聯(lián)網(wǎng)突破空間和時間限制，創(chuàng)造線上線下充足的學(xué)習(xí)資源，保證學(xué)生在任何時間空間都可以實(shí)現(xiàn)個性化的實(shí)驗課程學(xué)習(xí)，構(gòu)建學(xué)生為中心的全面開放立體化學(xué)習(xí)過程.

構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”物理實(shí)驗立體化課程學(xué)習(xí)過程，要在遵循課程教學(xué)規(guī)律的前提下不斷創(chuàng)新教學(xué)手段，發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)線上線下打通式教學(xué)模式，營造虛實(shí)結(jié)合教學(xué)情境，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供個性多樣的學(xué)習(xí)途徑，快捷及時的交互反饋.通過互聯(lián)網(wǎng)平臺的引入，綜合性實(shí)驗設(shè)備管理與實(shí)驗課程選課系統(tǒng)，使學(xué)生能夠根據(jù)學(xué)習(xí)安排自主選擇實(shí)驗課程學(xué)習(xí)時間與開放實(shí)驗室、實(shí)驗項目內(nèi)容與實(shí)驗設(shè)備使用[16～19].

2.3 凸顯能力與素質(zhì)

構(gòu)架基于課前線上虛擬仿真預(yù)習(xí)評價、課堂線下實(shí)驗完成情況評價和課后創(chuàng)新實(shí)踐提升拓展評價的立體開放過程性評價體系.

為充分體現(xiàn)以學(xué)生為中心的實(shí)驗評價體系的構(gòu)建，在預(yù)習(xí)階段利用“科大奧銳虛擬仿真實(shí)驗云平臺”引入線上自主的知識考核和自主線上仿真操作考核實(shí)現(xiàn)對課前實(shí)驗預(yù)習(xí)情況的評價，擺脫線下紙質(zhì)預(yù)習(xí)報告無法客觀反映預(yù)習(xí)情況的現(xiàn)象.在線下實(shí)驗過程中引入線下測量，掃描設(shè)備二維碼進(jìn)行線上錄入數(shù)據(jù)的過程評價系統(tǒng)，充分避免學(xué)生線下抄襲數(shù)據(jù)、雷同數(shù)據(jù)，無法真實(shí)反映實(shí)驗操作的現(xiàn)象.在拓展階段引入線上和線下的開放式綜合考核模式，設(shè)計不同的課后拓展綜合性設(shè)計性實(shí)驗由學(xué)生選擇進(jìn)行考核，體現(xiàn)學(xué)生科學(xué)思想培養(yǎng)的效果[20～22].

3 結(jié)束語

基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)線上線下立體化、強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主參與的物理授課模式，基于信息化分級、分類型綜合課程實(shí)驗項目的學(xué)生自主開放式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，基于開放學(xué)習(xí)環(huán)境下的立體開放學(xué)生自主評價體系的物理實(shí)驗課程構(gòu)建是物理實(shí)驗課程教學(xué)改革的目標(biāo)，也是實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的立體化實(shí)驗課程改革的必經(jīng)之路.改革不僅需要課程內(nèi)容、評價體系的重建，更需要在突破空間時間限制下的學(xué)生教師的主動參與.只有將課程內(nèi)容組織、教學(xué)活動實(shí)施、課程結(jié)果評價以立體化的方式整合為一體，充分激發(fā)學(xué)生主體積極參與改革的積極性，方能有力推動互聯(lián)網(wǎng)信息化下的課程改革與實(shí)施.