大学物理实验开放课程的构建与实践

洪炜宁，钱良存，刘家菊，黎 珉，郭守月

（安徽农业大学 理学院，安徽 合肥 230036）

1 引言

教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见（高教[2012]4号）提出，创新能力是人才素质的核心，要求高等院校培养具有创新能力的卓越人才.物理实验是理、工、农等各专业必修的基础课程，是学生进入大学后，系统接受科学实验方法和技能训练的开端.物理实验课程覆盖了广泛的学科领域，有着丰富的实验思想、方法和手段，是培养学生创新能力的重要课程.因此，发挥物理实验课程对学生的创新思维的引导，意义尤为重大.

开放教学模式在高校创新人才培养过程中发挥的作用已倍受关注，开放实验课程已成为开放课程的一个研究热点，同时也是实验室建设的永恒主题.鉴于麻省理工大学课程开放办法,网络课程可突破时间和空间障碍，课程体系和管理模式等关系到创新人才培养目标，人才的知识、能力和素质结构.安徽农业大学物理实验中心已精心构建了我校大学物理实验开放课程，提高了实验课程的开放质量和开放层次，并付诸实践.

2 大学物理实验开放课程的构建思路

首先，以物理实验开放教学内容与农林专业课程结合，并将教师的科研成果和现代科技成果纳入到实验教学内容中，构建从基础性、综合性、设计性到自主研究性的逐层提高的物理实验课程开放体系.在基础性实验中，确保学生的基本实验方法和技能得到有效训练.在综合性实验中，学科之间有一定的交叉，训练学生较为复杂的实验技能.设计性实验是在教师的引导下，学生自选题目，自己查阅文献，独立设计实验方案，确保综合素质的训练得到加强.自主研究性实验是以创新基金、各类竞赛和科研课题为主，培养学生的创新思维、创新能力和创新人格，培育卓越人才.

其次，发挥网络课程助学、助教和助管的功能，将教务信息、选课系统、虚拟资源等纳入网络课程中，以网页和四级目录方式，构建了物理实验网络课程.

最后，将网络课程和实体实验课程资源结合，构建了农林特色的逐层提高的物理实验开放课程，让学生拥有更多可供选择的学习资源，实现虚拟资源网络共享和实体资源的全校师生共享，学生可根据自身需求选择实验资源，达到自己的实验目的.

3 建立了大学物理实验开放课程

3.1 整合实体资源，形成逐层提高的开放课程体系

物理实验中心将物理实验实体资源分类整合.实验教学内容依据学生实验能力的差异，从创新能力培养的规律出发，打破传统实验教学的封闭模式，即打破物理实验中力、热、声、光、电磁学的界限，在验证性实验的基础上改造了一批新的实验项目，形成结构合理、逐层开放的4个教学模块的教学体系，即基础性、综合性、设计性和自主研究性实验教学体系.一是在力、热、声、光、电学中挑出最有代表性实验作为基础性实验.二是对一些实验项目的方案、内容、仪器加以改造，使之加载多种实验目的，成为设计性实验项目.如，交流电桥法设计测定木材等天然高分子材料介电常数和含水率，设计多种方法测量微丝直径等.三是添加实验仪器和引入科学研究手段，将传统实验提升为综合性实验项目.如，在光电效应物理量测定实验中，采用多元统计方法和DPS数据处理软件对数据分析处理，构成学科间综合；添加了超声光栅声速仪，对现有的光源和分光计改造，测定声速，构成学科内综合.四是将科研成果转化为综合性实验项目，如，山核桃和木材的杨氏模量测定等.五是采用立项方式支持研究性实验，利用学校大学生创新基金、学生竞赛项目和老师科研项目.如，电子门铃制作，杨氏弹性模量仪改造，分光计对食品中无机盐光谱分析等.构建了与生命科学、林学等专业联系的农业特色的综合性、设计性和研究性的物理实验项目，拓展了学生的知识面和跨学科创新思维，提升了学生的应用能力和创新能力.

3.2 通过四级目录建设了网络课程

物理实验教学中心教师整合了大学物理实验课程资源，建成了我校大学物理实验网络课程，将教务系统、课程资源、仿真实验等套嵌于页面中，形成四级目录的网络课程，其网址http://dxwlsy.ahau.edu.cn.物理实验网络课程框架如图1所示，一级目录包括7个栏目：通知公告、实验室分布、课程资源和教务系统等.二级目录包括8个子栏目：预习导航、教学视频库、演示实验库、课程目录、选课系统和成绩管理等.三级目录按实体实验逐层提高模式，安排4个层次课程目录，对应有相应的实验项目.四级目录的每个实验项目包括：预习要求、实验讲义、实验课件、仿真实验和在线测试等模块.

大学物理实验网络课程一级目录中内容，利用通知公告、交流平台和教务系统等栏目，及时发布教学信息、教学心得等，发挥网络课程助教和助管的功能.教务系统并拓展到二级目录选课系统和成绩管理中，可实现选修和必修实验课程选课和管理.二级目录课程资源，发挥网络课程助学的优势，按照学生学习规律，设置预习导航，有目的引导学生，把握实验的重难点；推荐资源网提供国内优秀的物理实验网络课程和优秀实验中心网站；教学视频库和演示实验库等结合实际实验项目，帮助学生掌握仪器操作技能.三级目录中，遵从学生能力培养的渐进性原则，将课程资源规划成基础性、综合性、设计性和自主研究性实验的逐层提高的教学体系.四级目录中，发挥网络课程助学和助教的优势，设置了预习要求、实验课件、在线仿真实验、在线测试等资源，帮助学生解决了在线学习、实验、复习和测试等难题.在实验课件和仿真实验中，提供了交互式界面，学生可通过网络，网上操作，掌握实验操作技巧；在实验课件中还详述实验设计思想和实验背景资料，启迪学生的创新思维；预习要求中提供资料检索工具，要求学生做实验之前，在校图书馆文献数据库中检索相应的国内外研究文献，通过文献的查找，了解国内外的研究前沿，拓展学生创新思维.

图1 实验网络课程框架图

4 网络课程和实体实验结合的物理实验开放课程的实践

4.1 物理实验开放课程中多种方法综合应用

逐层开放教学中，采用指导教师逐层跟踪分类指导，强调教师的启发和引导作用，将网络课程和实体实验相结合，突破实验教学的时空限制，全面系统地引导学生创新思维活动和培育创新能力.在基础性实验中教师指导学生规范的实验报告书写，夯实学生的基本实验技能.在综合性实验中教师引导学生分析问题和解决问题，倡导启发式教学.在设计性实验中，以学生为教学中心，全部由学生独立完成实验.设计性实验教学模式比较开放，出现许多难以控制的因素，教师只提出指导性意见，并对学生实验方案、内容、过程和创新能力进行综合评价，引导学生多向思维创新.如表面张力系数测定实验，一个实验目的，多种实验方案.让学生有更大的选择空间，可运用对比学习法，拓展学生的创新思维，从不同角度分析实验参数，利于开发学生的创新能力.自主研究性实验中，发挥教师的主导地位，引导学生知识的建构和课题自主挖掘，以大学生开放基金和老师的科研课题为导向，确定自主研究性实验项目范围，学生分成小课题组，采用讨论式教学.通过开放教学实现对学生实验思路、实验技术、实验设计、数据处理、观察能力、分析能力、表达能力和团队精神的全面训练.在逐层开放体系中落实了两个转变：一是落实教育方式的转变，即从传授知识转向培养学生会学习、会创造的能力；二是落实教育中心的转变，教学中心从教师转为学生，在教学中要充分发挥教师主导和学生主体的作用，提高学生的自主权，使学生主动投入实验教学，支持学生投入到科研活动和科研课题，培养他们创新心理素质和独立的创新人格，相互协作的团队意识.

4.2 实践了“必修+选修+自主研究”的开放教学模式

开放课程在时间、内容、仪器设备上开放，做好开放课程的管理至关重要.争取学生辅导员的支持，由辅导员和教师共同引导学生学习动机.采用“必修+选修+自主研究”的教学模式，运行方式逐层推进.运用教务选课系统选课，必修项目主要由基础性实验组成，由实验中心订单式服务；选修实验项目主要由综合性和设计性实验组成，由中心给出实验项目菜单，在教师指导下，学生根据自身专业需要，学生自由选择实验项目等；自主研究实验项目来自课题.“必修+选修”采用小循环方式实施教学计划，由老师对学生网络课程测试和实体实验综合评定，给出学生实验成绩.自主研究性实验模块建立导师负责制，导师指导学生实训和结题.

5 结束语

通过几年来实践，学生学习物理实验课程的积极性有了很大的提高，学生直接参与的发明专利授权多项，学生参与发表的物理实验论文多篇，学生获得安徽省首届“大学生物理技能竞赛”和安徽省大学生“炜煌杯”电子大赛多个奖项.本中心建设的“大学物理实验网络课程”获得省级教学成果三等奖，物理实验多媒体课件获得省级三等奖.这些成果的获得均与大学物理实验开放课程教学模式密不可分，实践证明，这种开放课程教学模式是培养卓越人才的有效途径.

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