基于OBE教育理念的项目驱动式开放实验教学实践

王 婷，冯金山，李屹坤，宋 婷，许幸芬

(兰州交通大学，甘肃 兰州 730070)

大学物理实验是一门科学实验课程，其内涵丰富，包括声学、光学、力学、热学、电磁实验，是大学生基础教育的一门重要课程。大学物理实验的教学目标是培养和训练学生应对未知的能力。主要体现知识、能力、素养三者的关系。物理实验的学习是对科学方法的一种训练，学到物理知识的同时也会成为将来生活常识的一部分，进而在潜移默化中培养学生处理事情的逻辑链条。学生在学习物理实验过程中所形成的小的思维习惯，如：整洁、安全、环保；认真、诚实、做事有条理；质疑、思考、发现问题、提出问题；与人合作、交流、不干扰别人的习惯。虽然实验时意识不到，却能受益终生。

1 传统实验教学方式

大学物理实验课程是高校实践教学体系的重要组成部分，主要目标是培养学生的科学素质、实践能力和创新能力。在实验教学中，发现学生对实验课内容缺乏兴趣、不够重视；由于课时紧张，通常要求规定时间内完成测试，学生忙于被动式的调节仪器、测量数据，把精力只放在快速获得实验数据上，而很少思考实验设计的深层次原因和实验内容间的关联性；对知识和技能的掌握程度不高，对仪器、原理等缺少深入的研究，拓展应用较少；缺少与当堂实验紧密结合的实验应用与实验拓展；学生长期处于灌输式被动学习，教师讲，学生按照教师的讲解逐步去做，学生自主性受限；实验评估以教师为主导，实验成绩以预习报告(预习内容是否相关、充实)、课堂表现(做得快慢)、实验报告(报告分析答题)为考核选项，缺乏对课后拓展学习过程的评估；过于关注实验结果，对实验过程不够重视。这样很难激发学生实验的主动性与创新性。

大学生创新能力培养已被纳入国家创新发展战略的重要环节。探索并实践基于OBE教育理念的项目驱动式开放实验教学，以期对学生创新精神培养、创新意识和创新能力提高起到潜移默化的影响。为此非常有必要进行项目驱动式物理开放实验教学，倡导注重过程的探究教育。课堂上教师只需要花较少的时间讲解实验，让学生有更多的时间来操作实验，教师针对实验中出现的问题，和学生一起探讨交流，引导学生思考，扩展学生思维，提升学生能力。

2 项目驱动式教学模式

OBE教育理念重点强调学生能力培养和能力训练[1-3]。《大学物理实验》课程是理工科学生的重要基础课程之一。该课程所教授的基本理论和基本方法、实验的操作环节是构成学生科学素养和综合能力的重要组成部分，具有其他课程不可替代的作用。通过项目驱动式物理开放实验教学，应达到如下目的，如图1所示。

图1 项目驱动式开放实验教学达成目标

2.1 教学流程

根据应用型人才培养定位，需要注重物理实验教学和学生专业、物理实验以及生活实际的联系，同时拓展实验内容。基于OBE教育理念的项目驱动式开放实验教学能够较好地体现和完成相关的培养目标，其教学流程如图2所示[4-8]。

图2 项目驱动式开放实验教学流程

2.2 实施方案

在基本教学内容(或学生自主命题)基础上初定实验项目名称，对学生公布，由学生根据兴趣选题，按制定计划进行实施。在实施过程中，基于OBE教育理念，将开放实验项目中要求学生达成的关键目标发布给学生、以学生为主体、学生可以通过反复学习、查阅资料，充分掌握实验的原理和方法，仪器的使用及注意事项。通过课中与教师的分析讨论，自主地完成实验内容，充分地掌握实验的方法和步骤。通过数据记录、查阅其他资料、巩固测量数据误差处理方法，自主地完成实验分析和数据处理、达到真正掌握的目的。实施方案如图3所示[2,3]。

图3 项目驱动式开放实验教学具体实施方案

在此种教学模式下，较少的实验项目和充足的实验时间使实验课程含金量提高，一方面学生可以在实验室充分熟悉仪器设备，结合实验原理，自行搭建实验平台，思考实验现象，提高动手能力；另一方面，教师可以设计创新实验，适当提高实验难度，侧重于培养学生运用知识解决实际问题的能力。

3 项目驱动式教学内容探究

3.1 实验项目确定

在开放实验确定时，本着“引导学生在课余时间完成基于实验而高于实验的创新教学，独立自主对实验方法、实验装置进行设计、改进，对实验过程和结果进行归纳分析总结，从而培养学生的综合思维和创造能力”的目的进行设计和确定。已设计的项目驱动式物理开放实验包括：(1)电磁学类：不同样品介电常数的测量；自制电容器电容量及介电常数的测量；自制电感器电感量的测量；非线性电路中混沌现象的研究；四端低值电阻的制作与标定；自主设计非平衡电桥测电阻、气体浓度检测仪、温度计测温、电子秤称重；光敏电阻特性测试及应用、压敏电阻特性测试及应用，用发光二极管的特性测光电效应普朗克常数；用电位差计设计校准电流表、电压表的综合性实验项目、测微小电功率的实验设计；霍尔效应法研究蹄形磁体、通电直导体周围磁场的分布。(2)力热类：谐振法、激光反射光敏电阻取样法、电桥法等测金属丝杨氏模量实验；视频图像法测液体的粘滞系数等。

3.2 实验项目实施

针对拟定项目内容设计问题集。从实验项目名称涉及到的物理概念开始提问：实验要做什么，解决什么问题(实验目的)，怎么解决，测量哪些物理量(实验原理)，如何着手解决(实验仪器、操作步骤、数据处理)等。学生通过对一系列问题的思考回答，来掌握实验的相关知识。通过这样的启发式提问，引导学生多思考，举一反三，对学生进行具体实验项目的训练后，让学生自己给自己提出问题，然后学生自己逐一解决，实现学生由主动学习向学会学习过渡，培养学生的学习能力，让学生理解物理实验的基础性以及在其专业学习中的重要性，将物理实验涉及到的知识，用于生活实际，使实验课教学变得生动有趣。

借助互联网建立QQ群、微信群或其他现有网络学习平台与学生互动，通知实验相关内容。让学生自主组队选取自己最感兴趣的项目，探究和学习实验知识，自己查阅资料，了解该项目的原理、涉及仪器的构造、应用，并尝试自己思考：现有的应用是否有不足，能否能进一步改进。根据自己小组团队的调研、实验过程，撰写实验报告。真正实现教学中以“教师为中心”向以“学生为中心”的转变。

实际教学时，给定某种主要仪器设备，让学生根据已知原理，拟定实验方案，选择和搭建实验所需的其他仪器设备，完成某一物理量的测定；也可给定一个新的实验项目，让学生根据所学的知识，自拟实验方案，自选实验仪器，自己搭建线路和组装设备，完成实验项目所提出的要求。同步引导学生积极参加学科竞赛及创新、创业训练项目，实践学生创新创业能力的培养。

3.3 实验项目的检验

在进行开放实验教学的同时，积极引导学生参加学科竞赛、大学生创新创业训练计划项目，达到课内课堂的延伸与拓展。2020年指导学生首次参加第六届全国大学生物理实验竞赛获得三等奖1项；2021年指导学生参加第七届全国大学生物理实验竞赛获得二等奖1项；2021年指导学生参加第七届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛甘肃省分赛获金奖1项；2021年指导“大学生创新训练计划”项目国家级、省级立项各1项。通过项目实践来改变学生的思考方式，提高学生的操作能力，使学生在大学期间就具有一定的项目实践经验，让他们在毕业后能快速适应企业的工作模式。

4 结 语

常规实验是完整的仪器设备，由学生按照一定的步骤进行测量和计算，这样限制了学生的思维。而开放实验完成实验的方法并不统一，极大的调动了学生的兴趣和思维创造性。基于OBE教育理念的项目驱动式开放实验，是实现教学中以“教师为中心”向以“学生为中心”教学模式的转变。实践证明，将传统的验证性实验改为与其他课程交叉融合的项目驱动式设计性、综合性实验，引导学生做中学、学中做，可提高学生的实践动手能力，有利于培养应用型技术人才。