新工科背景下的大学物理实验教学研究

新疆工程学院物理实验中心 刘丽 余利瑞

自2016年初提出新工科概念，于2017年正式提出加快建设和发展新工科，新工科的核心背景是“新经济”，高等工程教育为应对全球教育形势和服务国家战略而提出的高等工程教育的改革方案。

新疆工程学院是一所集煤矿、能源、控制、化工、机械、信息、土木等院系的综合性质高校，以产业需求为导向，培养应用型、复合型、技能型、创新型人才，能够适应不断发展的新人才目标。

大学物理实验是一门基础性必修实验课程，针对我校应用型大学的要求，探索适合我校大学物理实验创新教学的基本理念和我校阶段性教学的思路。大学物理实验是我校理工科各专业学生的必修实验课程，针对我校现阶段的教学现状和建立应用型大学的要求，提出了针对我校大学物理实验的改革措施和实施方案。

1 大学物理课程现状

1.1 语言限制

现阶段我校学生主要由汉语班、双语班、民语班构成，如图一所示，双语和民语班占总班级的40%左右，双语及民语班级人数占总人数的40%。受语言因素和基础知识的影响，汉语班级的基础较好，双语班级的基础和语言能力与汉语班级相比，稍逊一筹。而民语班级中基础知识和语言能力都较弱，接受知识的能力更为欠缺。若采用相同的教学目标必然影响学生的学习效果,如引文[1]中介绍。

图1 班级情况介绍

1.2 学时与教学目标冲突

现阶段，我校大学物理实验课及普通物理实验课程按照每个实验2个课时分布，而两个课时给动手实践教学带来了较大的困难，物理实验以学生能够理解理论知识为前提，因此在教学过程中侧重于理论教学，占据了较多的课堂时间。但是大学物理实验的重点是将物理定律运用到锻炼动手能力、发现问题、解决问题的能力以及创新能力。在理论部分花去较多时间后，实践操作的时间随之减少。这导致学生的动手操作及数据处理时间严重缺乏，没时间来培养能力。

1.3 考核模式的不合理

现阶段我校采用1+X考核模式，主要考查实验操作、实验设计、PPT制作及答辩、数据处理几个方面。考核只是监督学生学习的一种方式，而实验教学的教师不仅需要完成课程内容还需要额外利用休息时间辅导学生备考。自认为考核方式实验操作部分时锻炼学生的上课效果、熟悉仪器的程度实验设计是教师辅导时引导学生操作和构思，在考核时将前期工作呈现给监考老师。此考核模式的弊端在于“便宜”了勤快动手者，较少能激发学生思考的效果。

1.4“大班”教学不合理

在学校的飞速发展中，部分教师提出将小班改成大班教学，目的是节省教学资源（原是30人以下为一个班教学，30人以上班级分成两大组上课）。教学班人数多给课堂教学带来了压力，例如50人的班级，教学效果难以保证，原因有三，第一，课堂教学中激发每名学生思考的机会较少；第二，建议每台设备使用人数在2人，多套仪器存在管理困难，安全使用仪器难以保障；第三，部分不自觉的同学存在滥竽充数的现象，抄袭数据。

2 新工科背景下大学物理实验改革措施：

为提高人才质量，对大学物理实验教学进行改革，以适应新工科建设的要求。大学物理实验课程是为理工科培养创新型人才服务的一门基础课程。

2.1 教学内容和形式改革

大学物理实验课程较“老”，包括力、热、电、光、磁等。实验设备以及教学内容与前沿科技结合度较低。造成“学与用”脱节，以致于很多学生提出问题：“老师，我们学这个有什么用？”“老师，我们学了这个，工作时又用不到，还不如不学！”面对人才培养的紧迫性，必须对现有教学方式进行改革。

（1）教学内容与学科专业有机融合。优化课程设置，侧重培养科学的实验方法和实验能力。根据不同的专业系部需要，大学物理实验开设课程可设定不同的教学模块，比如机械系学生可设定为力学模块，整合教学资源，选取力学相关实验。例如：三线摆测转动惯量可细化到方法：三线摆法、扭摆法、复摆法，内容上测圆盘、圆环的转动惯量，验证平行轴定理，以及测量刚体的角加速度等。该模块实验可分为2~3个实验。并涉及工程技术、航天、电力、机械、仪表等工作领域。将理论与实际高效结合，激发学生对专业的兴趣。

（2）分级教学。根据学生群体不同，实施一个实验三套实验方案，根据民语班级、双语班级不同，采用不同的教学目标，如：民语班级中强调基础知识，并运用三线摆法测量圆盘、圆环的转动惯量。双语班级中巩固基础，选取三线摆法测量圆环的转动惯量，并验证平行轴定理。汉语班级选用自行设计实验方案验证平行轴定理及测量刚体的角加速度等。

2.2 增加学时及改革考核

（1）增加实验学时

根据实验难度不同的特点，延长实验课时，将现有每个实验2课时延长至3或4课时，根据难度和实验目标确定实验学时。现有多个学校如清华大学，每个实验为4学时[2],北京大学，每个实验为3~4学时，国防科技大学每个实验平均为3学时，郑州轻工业学院每个实验4学时[3]，以确保学生有足够的时间发现问题，解决问题，提出创新想法。

（2）改革考核模式

大学物理实验教学可选用多元化考核方式，大学物理实验课程的目的是让学生提高动手能力，解决问题的能力，以及创新能力。例如考试时间不固定，可选择月末、期中、期末等时间，按照小组分配人员，根据不同兴趣和爱好激发学生主动学习的积极性，提出问题、大胆假设，选取方向设计实验，设计仪器等形式。考核形式多样，但不随意。可采取实验方案设计和验证，实验过程设计（CAD制图），实物设备改造等。

2.3 激励学生

（1）开展学科竞赛

根据不同学生层次，设计竞赛方案。如第一层次：技能操作，任选复杂实验的调试和测量。第二层次：解决实际问题。第三层次：参与学生挑战杯等竞赛。以赛促练，以赛促练，培养学生的物理实验素养。

（2）分类选课。前面提到根据学科要求、专业特点、个人兴趣爱好等，采取分类线上选课模式，国内高校已普遍实施，但我校生还未开展。此选课模式的优点是各专业各班级学生和老师根据自身的时间安排和兴趣爱好等灵活选择实验课程。

3 实验报告中的优秀传统不能改

大学物理实验是培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力的手段，是其他课程不能代替的。实验报告是实验工作的总结，用简明的形式说明实验的情况、结果、个人的心得体会，实验报告是写给同行看的，所以必须充分反映自己的工作收获和成果。

3.1 轻视预习报告

出现了很多教师和学生轻视原理的现象，造成学生在实验前后完全不知道验证了理论课中的哪个原理。所以建议实验预习是推导一遍实验原理，而不是抄一遍实验原理，或者抄几个实验用到的公式。最后连自己都不知道公式的来源，实验后很快就遗忘，根本达不到提高实验技能的目的。

3.2 忽略实验心得体会

实验报告中数据处理可通过多种手段，如采用Excel、Origin等数据处理方法来分析数据，得出实验结果。教学中往往忽略了对误差进行分析说明，忽略了仪器和实验者的优缺点，通过实验报告来反思实验过程中遇到的问题，提出改进措施，这才是物理实验教学的精髓。

4 结语

总之，新工科背景下大学物理实验教学改革需要专业教师不断运用新的教育教学理念来武装头脑，提高应用型大学物理实验教学质量迫在眉睫，要求我们结合大学物理实验课和所学专业的特点大胆创新，促进研究学习的同时，还应坚持大学物理实验课的特点。根据我校学生和教学现状，采取适合应用型本科学生的教学方式，激发学生的学习兴趣，有效地设计教学内容，不断地优化教学模式，创新考核方式，增加单个实验的教学课时，关注学生的学习效果，让学生能思考，想思考，善思考。为把我校学子培养成为新工科的创新型和复合型人才打下坚实的基础。