大学物理实验多样化教学改革探索*

张娇 苏剑峰 韩东峰 王可欣

（洛阳理工学院）

大学物理实验是高等院校理工科学生的一门重要的动手操作性必修基础课程，在培养学生的科学素养和综合能力的培养中有着非常重要的作用。大学物理实验可以辅助学生更好地渗透理解大学物理课程所教授的理论知识，将物理理论知识学习与动手操作实践相结合，一方面掌握一些实验技术和实验方法，学习一些实验仪器设备的使用、学会观察实验现象、测量和记录实验数据、处理与分析实验数据的基本方法和实验技能，培养学生的科学思维能力、动手操作能力和创新能力[1]。由此可见，大学物理实验在培养学生的科学素养和综合能力过程中起着至关重要的作用，也正是因为这样，物理实验课程一直被深入的应用到大学物理课程的教学中来，随着科学进步和互联网的飞速发展，国家提出了对创新人才培养、新工科人才培养的要求，传统的实验教学延续老师讲解理论知识，演示实验，学生按操作步骤重复实验过程，老师依然是教学主体，学生只是在老师的教学范围内学习[2]，不能充分激发学生的学习兴趣，限制学生的主动思考和实际动手能力，无法发挥培养学生主动创造创新的作用。除此之外，由于特殊原因导致学生无法集体外出进行跨校区的实验室上课，也就不能实现学生对实验仪器的实际动手操作。那么如何在特殊情况下上好大学物理实验课需要我们积极努力地探索和实践。高校思想政治工作不仅仅体现在思政理论课上，也应该将思政元素渗透到其他各类课程中，将思想政治元素全方位，多角度融入课堂，最终实现全程育人，多方位育人的目的，最终实现“各类课程与思想政治理论同向同行，形成协同效应”。因此，认真分析大学物理实验课程教学目前存在的问题，还要结合当前疫情防控要求，从各个方面对大学物理实验教学进行全面改革与探索，主要体现在实验项目的探索与创新融入，实验内容的丰富与拓展，实验教学方式方法改进、教学模式（线上线下结合、实际操作与虚拟仿真结合）、教学考核与评价机制的合理建立与实施，课程思政融入等。通过有效改革，提高教学质量，促进培养专业性和有创新能力的应用型人才，也为学生能够很好地适应科学技术的发展和社会发展打下良好基础。

一、大学物理实验教学现状及存在问题

（一）大学物理实验内容设置分级简单

大多数理工科院校基本建立了基础性实验、综合与提高实验和设计与研究性实验，但实际上每个学期在安排实验项目的时候，主要是以基础性实验为主，设计与研究性实验项目占比较少，学生主动思考和创造的机会比较少，不能达到培养学生创新思维的教学目标。

（二）教学方式方法传统单一

大学物理实验教学普遍采取的是课前学生撰写预习报告，课堂上主要是以老师讲授为主，首先讲解实验目的、实验器材、实验原理；然后进行实验操作演示，具体介绍实验操作步骤，实验内容和注意事项以及实验数据记录和处理等。学生预习报告的素材基本就是从实验教材中获得，可能存在单纯抄袭而不加思考的现象，起不到真正预习的目的。课堂上学生已经习惯老师的安排，按部就班地根据老师的实验操作演示再完成一遍实验项目，遇到问题不能够自主地分析思考问题，把不会的东西转化为已经掌握的知识去解决问题，而是习惯于求助老师和同学，学生处于被动学习的状态，这样的学习效果并不理想。

（三）线下授课受阻需要解决

以洛阳理工学院大学物理实验课程为例，大学物理实验器材集中在王城校区基础实验楼，开元校区的学生需要跨校区来王城校区上实验课，在特殊情况下如果无法实现跨校区上物理实验课，如何给学生上好大学物理实验课非常急迫且重要。

（四）考试评价方式简单

学生最终实验成绩采取比例计算的方式，预习报告占比40%，实际操作和数据处理占比60%，虽然在一定程度上具有客观性，但还是以老师对实验报告和具体操作的主观判断为主，不同的老师主要是凭借自己的个人教学经验，对实验报告的分值评判会存在不一致的标准。此外，学生中不乏存在盲目抄写教材和数据的现象，老师无法判断准确，存在不公平的现象。因此，简单的考核方式不能够准确地反映出学生的真实综合能力，对认真努力的学生有失偏颇，更加无法激发学生的学习兴趣和创新动力。

二、大学物理实验教学改革措施

（一）设置专业性实验项目，优化设计创新性实验比例

目前实验项目的设置基本是和大学物理课程教学内容相对应，大学物理课也是理工科学生的一门必修课，但是课程内容理论性比较强，有些比较难以理解，还有些枯燥乏味，学生缺乏学习兴趣和信心，而物理实验课使得大学物理课上教授的理论知识得到实践检验和证明，进一步加深学生对理论知识的理解，更有利于学生很好地掌握。但是不同专业的学生实验课程的实验项目设置是一样的，不具有专业性特点。因此，首先可以根据学生的专业特点，设计一些具有专业特色的实验项目，制定学院专业专属的教学大纲和教学目标任务，为培养学生的专业素养和综合能力打下坚实的基础。其次，提高设计与研究性实验项目的比例，除了一些必须掌握的基础性实验，应该增设更多的探索性、研究设计性、综合性的实验项目，将高新科学技术研究融入到日常的教学工作中，激发学生的学习兴趣，开拓学生的创新探索精神，提高学生的科学素养，这就要求高校老师可以结合自己的专业科研方向，科研项目和成果，挖掘实验教学资源，将其转化为实验项目[3],让学生在实验过程中体验和感受到思考，探索和创新的乐趣，为其以后的专业学习培养科学探索能力。最后，我们还设置了一些趣味性强的演示与探索实验，自这些实验项目开放以来，预约上课的学生非常多，说明充分调动了学生学习的积极性，让学生在轻松快乐的课堂氛围中探索未知，探索科学。近年来，省级和全国大学生物理实验创新竞赛参加人数逐年递增，体现出学生想要突破自己，勇于挑战。大学物理实验竞赛设置的实验题目具有开放性，要求学生自己查阅资料，设计实验方案、选择实验仪器、搭建实验装置，开展实验探索和理论研究，最后得出结论[1]。在这个过程中，学生有很强的参与感觉，并且深刻感受和体验到科研和创新与日常的学习紧密相连，为以后能够继续深造，从事科研工作打下坚实的基础，培养和提高学生的科学探索精神和科学素养。

（二）线上线下相结合以学生为主体的课堂教学新模式

改变传统的老师讲授加实验操作演示的教学模式， 借助“学习通”混合式教学工具辅助大学物理实验教学。上课前，从传统的学生课前预习课本并撰写预习报告，转变为浏览预习平台的实验资源。平台资源需要老师提前上传到学习通，资源内容主要是实验目的、实验器材、实验原理、实验内容、实验操作演示等，以视频或者文字的形式展示。学生在预习过程中需要随时回答老师在视频中设置的问题，老师通过后台数据统计及时掌握学生的预习情况及问题回答的情况，作为依据来判定学生是否预习以及预习中是否遇到自己不能解决的困难和不能理解的问题，从而达到学生真正有效预习的目的。上课中，课堂上不再是以老师讲解为主，而是采用分组讨论的形式，老师简单介绍本次实验项目的学习任务和目标，实验内容的重难点分析以及注意事项，不再进行实验演示，学生根据提前预习时观看的理论讲解，实验操作视频及数据处理方法，分小组讨论实验原理，实验内容及操作过程，然后在掌握这些知识的基础之上自己完成实验操作，测量数据并处理数据结果。在实验过程中，小组讨论仍然不能解决的问题可以随时求助于老师，还可以自己线上查阅资料，充分体现学生的主体地位，给学生足够的空间和充分的机会去展示自己，独立思考，勇于探索和创新，增加学生的学习积极性，培养学生在实验过程中发现问题、分析问题、解决问题的能力，同时提高学生的团队协作意识和合作精神。课后，学生在数据处理方面遇到的问题都可以通过老师提前建立的班级微信群随时和老师沟通解决。老师还可以在学习通上发布作业，题目是关于该实验项目的拓展和应用，或者在实验过程中对实验器材，物理量精确度的测量等一些问题的深入思考及改进。

（三）虚拟仿真实验及居家实验设计

在应对特殊情况下无法实现跨校区进行实际操作实验时，需要采取更多样化的上课方式来应对特殊情况。大学物理实验和大学物理理论课程不同，大学物理课可以通过“学习通、雨课堂、钉钉”等学习平台采取直播授课的方式，尽量确保线上线下授课效果等同，而大学物理实验课程需要具体操作实验仪器，测量数据，即使线上上课也没法达到操作实验的要求。为了让学生在特殊情况下顺利完成实验项目的同时，还能激起学习实验兴趣，增强学生探索和创新的信心，可以设置一些利用简单的日常生活材料就能完成的实验项目。与传统的实验室实验相比，居家物理实验的实验环境和实验条件都发生了很大的变化，在实验项目内容设计上要充分考虑内容是否能够充分调动学生的学习兴趣和积极性，是否有趣，是否可行，除此之外，还要考虑实验可行性方案的安全度，确保学生的安全。根据上面的居家实验项目要满足的条件，我们设计了利用曲别针测量液体表面张力，利用手机测量一天不同时间的光照强度，利用手机测量声速、单摆测重力加速度、漫反射测量玻璃折射率等实验项目。还可以采取“学习通”和虚拟仿真实验结合的方式，课前提前预习“学习通”“虚拟仿真”平台中的视频和文字资料，课堂中让学生自己根据所掌握的知识，尝试完成虚拟仿真中的实验操作，遇到问题、分析问题、讨论解决问题[4]。

（四）合理优化考核机制，激发学生学习动力

改革前的考核方式为预习报告+实验操作，各占比为40%和60%，预习报告的抄写并不能客观地反映出学生真实预习情况，实验操作部分也主要考虑的是学生最终报告的数据处理完成情况，而不少同学存在抄袭行为。因此，将预习报告成绩分为线上预习部分和预习报告撰写部分，各占比20%；课堂中，老师需要随时观察学生的讨论和实验操作情况并做相应的记录，这部分考核占比35%；课后学生处理实验数据并完成实验报告，占比25%，这样的分配方案更细化，更能够充分体现学生做实验过程中的真实状态，更能激励学生积极主动地参与到课堂的讨论环节和具体操作实践中来。

（五）课程思政融入大学物理实验

（1）“大学物理实验”课程内容设置应该根据不同专业的学科特点，制定专业性强的实验项目，同时引入思政元素教育，制定科学合理的思政教育目标。总体目标主要包括：在大学物理实验课堂中融入社会主义核心价值观、中国优秀传统文化、优秀科学家的科研精神故事、人文情怀、环保意识、工匠精神、不忘初心，牢记使命、报效祖国多个方面的教育；在能力提升方面，可以结合“大学物理实验”课程特点，加深学生对物理概念、物理规律的理解，在实验思想、方法、技能等方面得到训练，更重要的是可以培养学生独立研究问题、解决问题的能力，实事求是的科学态度，严谨踏实的工作作风和团结协作的精神。最终实现培养学生不断探索，勇攀高峰，持之以恒，勇于创新的科学精神；培养学生的爱国主义精神和为实现中国梦不断奋斗的理想和信念等。提升学校师生的思政教育意识，充分意识到专业课中开展课程思政教育的重要性和必要性，同时还要注重教师提高教师的思政素养，先从自身做起，以身作则，言传身教。大学物理实验就是培养学生的创新能力和创新思维，国家高度重视科技创新，提出了一系列新思想、新论断和新要求，因此让学生在物理实验中培养创新能力也是一个重要的研究目标，能更好地为人民、为国家、为全社会做出贡献。

（2）注重提高物理教师的思政水平，制定体现思政元素的教学大纲，将实验教学归结到思想品德、实验安全、实验纪律、仪器操作与数据测量、撰写报告、实验卫生等蕴涵“思政元素”的各个环节，从而提高学生们的思想觉悟，对于加强学生思想政治教育具有重大意义。打破传统的实验教学模式，重点培养学生的实践能力，合理分配基础性实验、综合性、设计性实验、探索和演示实验的教学比例，推进学生自主学习、合作学习和研究性学习，让学生直接参与其中，有利于其创新能力的培养，发挥学生的主体作用，激发学生创造性思维。同时，将思政元素巧妙地融入到大学物理实验教学中，在培养学生科学素养的同时也体现了人文精神，从而激发他们的爱国情怀和民族自豪感。

（3）鼓励创新精神和团队协作精神，老师引领和指导，学生自己动手搭建实验平台，验证实验规律，培养他们自信、自立、自强，激发学生主动学习的热情，形成良好的科学素养。在团队合作和分工协作过程中，共同努力，培养他们的大局意识，团队合作精神，为今后工作中的团队合作打下坚实的基础。

（4）实现大学物理实验教学中人文与科技的完美结合，改进教学模式和教学手段，有效地开展大学物理实验“课程思政”建设，深入讨论和挖掘其内涵的思政元素，充分发挥学生的主观能动性，在“润物细无声”中实现对大学生的思想政治教育，增强学生的责任感，民族自豪感和为国家做贡献的使命感。

通过在大学物理实验教学过程中加入思政元素，使得课堂教学内容和气氛都更加生动、多彩，根据社会和国家需求培养人才。积极培育和践行社会主义核心价值观，运用马克思主义方法论，引导学生正确做人和做事，树立富有责任心、勇于探索，努力勤奋，不忘桑梓，报效祖国，为祖国培养具有爱国主义精神等品格的祖国建设者和接班人。在大学物理实验课堂教学中，采取多样化教学方式，以学生为主体，老师起到引导作用，多增设一些探索与演示实验以及和专业关联性强的设计性实验，采用小组合作探讨式学习方法，培养学生自主动手能力和团队协作精神。在教学管理上，要求学生严格遵守实验室守则，提高学生的安全意识和环保意识，培养学生自学、自省、自控的能力。人文关心学生成长，用爱教育学生、感化学生。通过严格管理与人文关心，促进大学生的成才意识、责任心等。

三、结语

随着科学技术的高速发展和社会对综合应用型人才的要求逐步提高，大学物理实验课程教学在培养学生探索和创新性能力方面需要不断地改革和发展。本文从实验课程内容，教学方式方法、考核机制以及融入课程思政等方面进行革新，为激发学生的学习兴趣，培养其探索和创新精神、提高分析问题并解决问题的能力提供充分的空间和机会。