基于OBE教育理念的大学物理开放实验教学模式探索

高永浩 王艳召 唐翰昭 王继国 谷卓

摘要大学物理实验是理工科学生重要的基础实验课程，对学生能力培养起着不可替代的作用。在国家大力提倡建设新工科的时代背景下，我们基于成果导向的教育理念，对如何更好地完成大学物理实验教学进行了改革与探索，提出了大学物理开放实验教学模式，研究并明确了其中各教学环节间的衔接与联系，为相关教学及教研人员提供了参考。

关键词 OBE 大学物理实验 开放实验 教学改革

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.19.037

Exploration of Open Experiment Teaching Mode of College Physics Based on OBE Education Concept

GAO Yonghao， WANG Yanzhao， TANG Hanzhao， WANG Jiguo， GU Zhuo

（Department of Mathematics， Shijiazhuang Tiedao University， Shijiazhuang， Hebei 050043）

AbstractCollege physics experiment is an important basic experiment course for science and engineering students， which plays an irreplaceable role in the cultivation of students’ ability. Under the background that our country strongly advocates the construction of new engineering， we have carried out the reform and exploration on how to better complete the university physics experiment teaching based on the educational concept of achievement oriented， put forward the university physics open experiment teaching mode， studied and defined the connection and connection between the teaching links， and provided reference for the relevant teaching and research personnel.

KeywordsOBE； college physics experiment； open experiment； teaching reform

繼“复旦共识”“天大行动”及“北京指南”[1]拉开新工科建设的序幕后，我国新工科建设逐渐进入了实质性实施阶段，教育部也发布了《新工科研究与实践项目指南》并组织了一系列研讨活动。[2]而自2013年6月我国成为《华盛顿协议》签约成员后，工程教育专业认证作为新工科建设的重要抓手，越来越受到各高校的重视。[3]

工程教育专业认证遵循三个基本理念：成果导向、以学生为中心、持续改进。[4]其中，成果导向教育理念（Outcome Based Education，简称OBE）亦称能力导向教育、目标导向教育或需求导向教育，于1981年由美国教育学家Spady等人提出后，很快就受到教育界普遍认可。[5]OBE教育理念强调四个问题：[6]我们想让学生学到什么？为什么要让学生取得这样的成果？如何有效地帮助学生取得这样的学习成果？如何知道学生是否已经取得了这些成果？我国当代著名教育家叶圣陶先生也曾经多次在其论述中表达过“教是为了不教”这个理念，[7]“教师之为教，不在全盘授予，而在相机诱导，必令学生运其才智，勤其练习，领悟之源广开，纯熟之功弥深，巧为善教者也”。叶圣陶先生这段话就是OBE教育理念的生动写照。

1 OBE理念在大学物理实验教学中的实践

大学物理实验作为理工科学生的重要基础实验课程，是工程教育体系的重要组成部分，对学生动手能力、创新意识的培养都起着关键作用。将先进的OBE教育理念有机地融入大学物理实验教学中，对于提高教学效果、有效地支撑专业培养目标及毕业要求都是很有帮助的，这也是教学改革的发展趋势。各高校都根据自己的实际情况进行了积极地探索。

在教学模式上的探索方面，东北大学秦皇岛分校由需求确定培养目标，实行模块化实验教学。[8]东南大学开展了“内容开放”因材施教的基础物理实验、“自由开放”的预备性物理实验选修以及激励创新“自由开放”的“课余”实验等。[9]中国科学技术大学将大学物理开放性实验作为选修课开出，以学生独立操作为主，鼓励学生独立思索、勇于创新。[10]南昌大学构建了以应用为导向的实用型大学物理实验教学体系，提高了学生的学习热情及创新能力。[11]

在考核方式上的探索方面，国防科技大学、[12]广西大学、[13]北京工业大学[14]等高校主要采用平时实验报告、期末理论考试和小论文相结合的方式进行考核。华东师范大学采用实验操作考试方式，以学生做过的实验为基础进行拓展，借此考查独立实验的能力。[15]为了提高操作考试的评价的效率及准确性，华南师范大学提出了将工作单方式和观察评价相结合的大学物理实验操作考试模式。[16]

可以看出，在教学模式的探索上，各高校都把“开放”实验作为提高教学效果，鼓励学生自主创新的重要手段。而在考核方式的探索方面，操作考试这一最能检验学生动手能力、最符合OBE教育理念的考核形式，也被部分高校所采纳，因地制宜地提出了具体的考试方案。

2基于OBE理念的大学物理开放实验教学模式

参考各兄弟院校的经验，我校数理系物理实验中心经过长期教学实践，将OBE教育理念落实到大学物理实验的日常教学中，提出了基于OBE教育理念的大学物理开放实验教学模式，将大学物理实验教学分为四个环节，分别是课堂讲授、课程实验、开放实验和操作考试。

该教学模式的“开放”体现在两个方面，一是在“课程实验”环节，学生可以在我们提供的多个备选实验项目中根据自己的学习需要或兴趣来选择相应的实验项目；二是指在“开放实验”环节，我们提供全开放实验室，里面摆放各种常见的大学物理实验仪器设备及耗材，学生可以在其中自由练习实验操作技能，自主设计创新实验项目。

为了配合该“开放”实验教学模式，保障学生自由选实验情况下的教学有序开展，我们物理实验中心自主开发了一套实用的物理实验课程信息管理系统，实现了物理实验课程全过程的信息化管理，推进了我校实验教学的信息化建设进程，为实现基于OBE理念的大学物理开放实验教学模式提供了技术支撑。图1为该系统的体系示意图。

该系统主要实现了三个功能：一是实验预约查询功能，学生可通过该系统方便快捷地预约实验项目、查询预约情况、退订所选实验、查询实验成绩等；二是答疑解惑功能，学生可在实验过程中通过该系统及时查询该实验项目的各种常见问题解答，包括文字、图片以及视频等资料；三是教学评价功能，学生可以通过该系统及时地对实验课程进行评价或反馈意见建议，方便教师收集教学改革所需要的数据。

3各教学环节的衔接与联系

在上述教学模式中，各教学环节不是割裂的，而是相互联系的；不是彼此分立的，而是形成了一个有机的整体。接下来要讨论的是，在我们基于OBE理念的大学物理开放实验教学模式中，各教学环节的衔接与联系，其示意图见图2。

课堂讲授环节。主要由教师对实验的基本原理、仪器设备、操作方法、注意事项等进行讲解。在讲解中结合多媒体及仪器实物，务必逻辑清晰、重点突出，这就为接下来学生的课程实验环节提供了知识储备。同时通过讲解中的知识拓展部分，为后续学生进入开放实验环节激发兴趣、明确目标。比如在分光仪实验课上，可以讲解彩虹的形成原理，鼓励学生去开放实验室进行研究。同时，教师也通过课堂讲授环节提前布置操作考试的内容及要求，传导压力，促使学生认真对待、勤加练习。

课程实验环节。在教师讲授结束后，学生即进入课程实验环节，主要由学生自己动手进行实验操作。如果实验遇到问题，我们鼓励学生首先根据课堂讲授内容及自己的知识储备，尝试去分析问题并解决问题。如果仍无法解决，再向教师提问，提问时要说明自己经过了哪些思考和尝试。这样的提问是OBE教育理念所鼓励的高质量的提问。我们还通过上文所述实验信息管理系統提供了教学评价功能，学生每上完一次课，就可以提交对当次实验课的评价。评价内容上，我们要求学生撰写本次实验的收获，对课程改进的建议及对老师的评价等。这些教学反馈的收集与分析对推动教学改革是非常重要的。另外，课程实验环节也为接下来的开放实验环节提供了技能储备。如学生在实验课上学习并练习过示波器的使用后，就可以去开放实验室自行搭建各式电路并使用示波器测量电路特性。

开放实验环节。我们物理实验中心设有一间全开放实验室，全年开放。里面有各式实验仪器三十余台套。仪器涵盖了我们所开设的实验课程内的全部设备（如游标卡尺、分光仪、示波器等），以及一些课内未涉及的常见实验仪器（如冲击电流计、传感器组合实验仪等）。我们要求同学们在充分预习的前提下，自由前来开放实验室进行练习。实验中心有教师值守，协助解决同学们在实验中遇到的问题。在开放实验室，我们同样鼓励有效答疑，即希望同学们经过了自己的思考和尝试之后，再考虑向教师求助，进行高质量的提问。在这样的环境下，学生独立学习、自主创新的能力会得到极大提高，这就为后续操作考试环节提供了能力储备。

操作考试环节。操作考试是考核学生实验操作技能的主要方法，是我们对学生结束实验课程后所能达到的能力水平的总考察。从OBE理念的角度讲，我们的所有实验教学环节都是为了学生能获取相应的实验设计能力和实验操作技能，并顺利通过操作考试而设计的。我们会在学期初就公布操作考试题目范围，考试时每位同学从中随机抽取一个实验项目进行考核。考试要求单人单组，给每个同学提供一张内容类似简版实验报告的试卷，要求学生根据试卷的提示，一步一步独立完成实验操作、数据记录、数据处理和实验分析等。在多年的教学实践中，我们为了真实地考察学生的实验操作能力，形成了如下做法：教师在学生进考场前统一打乱仪器参数，考试中学生每完成一个关键操作步骤，都要举手叫老师进行检查，检查无误后教师给出这一步的操作分数，学生再继续往后做，直到考试结束交卷。每个实验操作考试题目约设计三个关键考察步骤，每步都做对了，就能通过考试，就说明学生确实获得了相应的实验操作能力。通过对操作考试情况的分析，我们也会不断地优化提高教学过程，达到总体持续改进的目的。

当教师有意识地把以上每个教学环节的要点及其间的衔接与联系落实到具体教学流程中，督促学生积极动手实践、勤于思考，我们就能够很好地回答OBE教育理念提出的四个问题，很好地达成课程的培养目标，很好地培养学生的实验操作技能、自主创新意识。

4结束语

OBE教育理念把学生的能力获得作为教育教学的主要产出进行关注，特别强调学生学到了什么而非教师教授了什么，其教学评价聚焦在学习成果而非教学内容、学习时间和学习方式上。我们基于OBE教育理念，自主开发了一套大学物理实验信息化管理系统，依托该系统提出并实践了大学物理开放实验教学模式，为我校各工科专业人才培养提供了坚实保障。同时，本文还探讨了该教学模式中各教学环节间的关系，希望能抛砖引玉，为相关教学教研人员提供参考，共同推进大学物理实验教学改革。

课题项目：2018年河北省教育厅高等学校人文社会科学研究项目“数学建模在大学物理教学中的应用研究”项目编号：GH181033

参考文献

[1]新工科建设指南（“北京指南”）[J].高等工程教育研究，2017（04）： 20-21.

[2]林健.深入扎实推进新工科建设——新工科研究与实践项目的组织和实施[J].高等工程教育研究，2017（05）：18-31.

[3]顾佩华，胡文龙，林鹏，等.基于“学习产出”（OBE）的工程教育模式——汕头大学的实践与探索[J].高等工程教育研究， 2014 （01）： 27-37.

[4]李志义.对我国工程教育专业认证十年的回顾与反思之一：我们应该坚持和强化什么[J].中国大学教学，2016（11）：10-16.

[5]申天恩，斯蒂文·洛克.论成果导向的教育理念[J].高校教育管理， 2016，10（05）：47-51.

[6]李志义，朱泓，刘志军，等.用成果导向教育理念引导高等工程教育教学改革[J].高等工程教育研究，2014（02）：29-34+70.

[7]叶圣陶.叶圣陶语文教育论集[J].阅读，2021（15）：65.

[8]周红仙，王毅.新工科背景下基于OBE的大学物理实验教学方法研究[J].大学物理实验，2020，33（05）：141-145.

[9]陈小凤，孔祥翔，周立新.东南大学物理实验开放教学简介[J].物理实验，2002（04）：22-25.

[10]浦其荣，霍剑青，轩植华.开放型物理实验的研究和探索[J].物理实验，2005（02）：31-32，34.

[11]王慧琴，吴庆丰，梁晓军，等.以应用为导向的大学物理实验改革的探讨[J].实验技术与管理，2012，29（09）：148-150.

[12]刘振祥，杨栋.大学物理实验课程的考核方式改革探索[J].高等教育研究学报，2012，35（04）：105-106.

[13]陈红梅，韦文楼，吴伟明.《大学物理实验》课程考试方式的探讨[J].高教论坛，2009（06）：83-85.

[14]原安娟，丁晓红.大学物理实验考核方式评价[J].大学物理实验， 2009，22（01）：117-119.

[15]李佳隆，舒崢，郑荣炜，等.大学物理实验课程操作考试的实践与分析[J].物理实验，2016，36（08）：25-30.

[16]吴肖，熊建文.基于工作单和观察评价的大学物理实验操作考试[J].实验室研究与探索，2012，31（02）：141-143.