“一流课程”背景下大学物理实验教学改革探析

李杨 李为虎 次仁曲措 达瓦格桑 赵杏倩

西藏农牧学院公共教学部

2018 年6 月，教育部在成都召开了新时代中国高等学校本科教育工作会议。会议期间，150所高校联合发出《一流本科教育宣言（成都宣言）》，做出“培养一流人才、建设一流本科教育”的承诺。［1］2018 年11月，在第十一届中国大学教学论坛上，教育部高教司宣布，到2022 年建设国家级一流课程一万门，省部级一流课程一万门，实施一流课程建设“双万计划”。［2］2019 年10 月，教育部印发《关于一流本科课程建设的实施意见》中指出：“建设适应新时代要求的一流本科课程，让课程优起来、教师强起来、学生忙起来、管理严起来、效果实起来，形成中国特色、世界水平的一流本科课程体系，构建更高水平人才培养体系。”［3］“一流课程”建设实施意见为今后课程建设指明了方向和目标。

大学物理实验是高校理工科专业大学生的重要专业基础课程，是对相关专业大学生进行系统的实验操作技能训练的开始。通过学习该课程，学生不仅能学会基本的实验操作，验证并掌握大学物理中讲授的基本原理和相关知识，更重要的是可以通过实际操作训练培养学生实验创新能力和实事求是的科学精神，使得学生在学习过程中能够树立严谨认真、一丝不苟、精益求精的学习态度，为本专业后续课程学习打下坚实的基础。［4］随着“一流课程”建设的提出，各高校针对大学物理实验课程分别从教学内容、教学手段、教学方法、课程思政、考核方式等方面进行深入的探讨和研究［5-7］，这些研究对大学物理实验教学改革具有借鉴价值。参考借鉴国内高校关于“一流课程”建设经验，对大学物理实验教学现状进行分析，针对存在的问题，提出教学改革举措，切实提高大学物理实验教学质量，以满足新时代人才培养的需要。

一、大学物理实验教学现状分析

（一）课程内容不具备“两性一度”

2019 年10 月，教育部公布的《关于一流本科课程建设的实施意见》，根据“一流课程”建设的实施意见，课程内容体现高阶性、创新性和挑战度，及时将学术研究、科技发展前沿成果引入课程教学。［1］传统大学物理实验课程内容结构松散，主要有力学、电磁学和近代物理实验组成，各专业实验项目不做区分，没有体现出各专业的差异性，导致学生认为课程与专业不相关，学生没有兴趣等问题。大学物理实验课程整体上资金投入有限，实验资源匮乏，实验项目中更是缺少新技术、新材料、新工艺等方面内容的融入，远远达不到“一流课程”建设中将学术研究和科技发展前沿融入课程的要求。而原有的实验项目中，实验设备老旧，损坏严重，未能及时更新和维修，实验内容的深度不够，不具有高阶性，又因学生认知存在差异性，教学内容不能满足学生的学习需求。在课程内容中只注重知识讲授，忽略课程内容的育人功能，即思政元素缺失或者思政元素没有及时更新，不能引起学生的共鸣，达不到育人的目标。

（二）教学模式制约学生发展

传统大学物理实验教学过程中，教师主导课程内容和教学环节，教学流程主要是教师讲实验目的、仪器、原理、注意事项等内容，然后演示实验操作，最后学生按照教师讲的实验步骤，按部就班地做实验，课后处理实验数据，撰写实验报告，对实验内容、方法和操作等缺少自主的思考，该学习模式是机械的、无意义的，不利于学生创新能力的培养。又由于学生基础和认知参差不齐，传统实验教学对所有学生的要求都一样，在教学中发现有的学生认为实验内容太简单，没有挑战性，而有些学生又认为实验太难了，一步没有看清楚，听清楚，整个实验都不能完成。在教学中没有考虑到学生的差异性，没有做到因材施教。总之，传统教学以教师为中心，各种教学活动是围绕着教师展开，教学中忽略教学主体—学生，学生的积极性没有调动起来。

（三）学生评价方式单一

当前，大多数高校大学物理实验评价方式主要平时成绩+期末考试成绩，两部分成绩组成所占的比例略有不同，更有甚者有的高校根据学生的实验操作表现评分或者依据学生提交实验报告进行打分，这些考核方式弊端大，忽视过程性考核和考核的多样化，不能客观准确评价学生的学业，也不能调动学生学习的主观能动性和创造性。［8］随着信息技术的发展，多数高校对现有大学物理实验评价方式进行改革，突出信息技术、互联网在评价方式上的应用以及对学生进行多元化的评价，受各种因素的制约，目前大学物理实验课程对学生的评价还是以传统方式为主，学生对大学物理实验课程学习不够重视，学生的积极性不高，教学效果不好。

二、教学改革举措

针对大学物理实验课程教学现状和“一流课程”建设提出的新要求，确立以学生为中心的教学理念，在课程目标中落实立德树人根本任务，制定知识传授、能力培养和价值引领“三位一体”的课程目标，课程内容上突出高阶性和创新性，增加了课程内容的挑战度。在学生的学习方式改革中，引导学生线上线下混合式学习，拓展了课程教学的空间和时间。在学生学习评价方面，打破原有评价方式，注重过程，采用以形成性评价为主的多元评价模式。

（一）课程内容上的创新

1.重塑课程教学目标

在课程目标中落实立德树人根本任务，坚持知识、能力、价值有机结合，培养学生解决复杂问题的综合能力和高阶思维。在价值传播中凝聚知识底蕴，在知识传播中强调价值引领，以问题为导向将大学物理实验课程中的思政元素潜移默化融入教学；围绕课程中融入思想政治内容如何做到润物细无声，对课程进行重构，以实现思政元素与课程建设目标的紧密结合，实现知识传授、能力培养和价值塑造“三位一体”的育人理念。大学物理实验教学的知识目标是掌握物理实验的基本知识，学会观察、分析和对物理量进行测量，并掌握其中的基本方法和技术；能力目标是通过物理实验培养实践能力，包括独立实验能力、理论联系实际能力、分析解决问题能力、创新和团队协作意识。价值目标是提高科学素养和工匠精神、求实严谨的作风、严肃认真的态度、勇于探索的精神以及遵章守纪的优良品德。

2.提高课程内容的“两性一度”

大学物理实验课程在教学实践中积累一定的实验资源和实验项目，这些原有实验项目经过多年的开设，已趋向成熟，但受实验室条件和课时限制，目前仍然采用“流水席”的方式进行实验教学，即按照实验开设计划进行每周轮换实验项目，这样造成学生对部分仪器的使用率不高，所有学生做的实验千篇一律，也不能满足学生不同的需求，结合实验室的基本情况和学生特点，从两个方面对实验课程内容中的实验项目进行重构。首先，在实验教材中将同种仪器或者同一物理的测量进行归纳总结，如表1所示。在有限的时间和空间上开设更多的实验项目，学生可以按照自己预习情况，自主选择实验项目或实验方法。具体做法以“重力加速度的测量”为例，重力加速是基础物理实验开设比较成熟的实验，是与高中物理实验衔接的基础性实验，通常采用单摆法测量重力加速度，而在大学物理实验教材中，将重力加速度的测量作为一个专题实验项目，采用两种方法：单摆法测量重力加速度；落球法测定重力加速度。实验室在准备实验时将两种仪器等数量准备，学生进入实验室上课时，结合自己课前的预习和兴趣爱好，自主选择实验方法和仪器，在教学中教师根据学生的要求灵活调整实验仪器的数目。其次，深挖实验项目相关知识点，采用层层递进的方法，满足不同学生的需求，如在惠斯通电桥测电阻实验中，实验仪器是QJ-23 型箱式电桥，采用内接检流计法测量未知电阻的阻值，该实验操作简单，大部分学生能很快完成，为增加该实验的挑战度，在实验中让做得比较快的同学，尝试采用外接检流计法或者自组电桥法测量电阻，并计算电桥灵敏度。使得实验内容更加丰富，满足不同学生对实验内容的需求。

表1 实验项目专题

3.优化实验教学资源

实验教学内容采用模块化设计，模块化设计是指将教学内容按不同专业（培养对象）需求和不同难度、层次划分为多个教学单元，供教师根据学生基础条件、能力素质，以及兴趣、目标进行选择。修订大学物理实验课程教学大纲，将实验项目分为基础性实验、综合性实验、设计性实验三个模块，基础性实验模块项目共12 项，教师可以根据教学班级的学生基础和专业相关性，自主选择不同的实验项目，训练学生基本实验技能和实验方法，以便为后面的实验打下基础。综合性实验6 项目，实验仪器和原理更加复杂，与专业结合更加紧密，教师在教学中，可以选择不同的实验项目，满足不同专业、不同学生的学习需求。设计性实验4 项，可以根据学生的具体需求和爱好，适当安排一次学生设计性实验。

（二）线上线下混合式学习模式

传统大学物理实验教学的基本流程是学生预习+教师讲解+学生实验+撰写实验报告+期末复习考试，在实践教学中发现，课前很难监测学生的预习情况，预习效果无法达到预期，课堂上教师讲解和演示后，学生只是临摹教师的实验步骤，当遇到问题时，不去动脑思考问题，也不能着手解决问题，可以看出学生在实验过程中缺少独立思考问题的能力和创新意识。在实验报告的书写过程中抄袭、篡改实验数据等现象时有发生，造成学生不能养成实事求是的科学精神，因此大学物理实验教学模式不利于创新人才的培养。

为了使学生养成良好的动脑、动手的好习惯，培养学生独立思考和实事求是的科学精神，结合学生和实验的实际情况，对原有教学流程和模式进行再创新、再改造，将教学流程分为“自主预习、学生实验、讨论、实验报告、自主复习、学科竞赛这一系列教学与学习过程。为监测预习效果，利用学习通，采用分组任务的形式，让学生提前预习相关实验内容，并在学习通里进行数据统计，及时掌握学生的预习情况并反馈给学生，按照分组任务学生在课外搜集实验项目资料，制作成PPT，让学生在课堂上讲解实验项目内容。由于学生之间存在认知差异，在分组任务中对学生分组进行创新，遵循组内异质、组间同质的原则，按照学生认知和基础的不同，将不同基础的学生分配到同一组，组成大学物理实验学习团结互助小组，这样分组有利于各组顺利完成学习任务。

课程教学中，突出学生的自主性，学生按照分组任务讲解实验内容，并对其他学生提问进行回答。教师最后是对学生的讲解、提问、回答进行总结。然后学生进行实验、讨论完成实验操作和数据的记录，课后根据实验内容独立完成实验报告并及时提交。根据分组任务完成情况和学生的学习过程，在尊重学生意愿的情况下，组织学生参加全国大学生物理实验竞赛，以赛促学，提高学生的创新能力和意识。

（三）注重过程评价，提高学生学习积极性和主动性

对学生评价是教学中的重要环节，是检验学生学习成效的重要手段，也是提高学生学习积极性的重要动力。在教学评价方面，打破传统平时+期末考试的评价方式，树立以学生为中心的教学理念，了解学生对教学的要求，即学生的学习是否真正发生，学生已经掌握了什么，学习中还有哪些困难，怎样能更好地帮助他们。采用以形成性评价为主的多元评价模式，通过教育技术实现对学生课前自学、课上讨论、课后探究学习的每一个教学环节的过程性评价，以学生的每一步学习结果为起点和核心，收集和分析学习证据、安排和调整教学内容、提供支持与反馈、进行反思和改进。形成性评价的目标是在整个教与学的过程中诊断学生的学习需要，计划教学的下一步，同时给学生提供反馈，让学生在学习过程中时刻了解自己学习进展与学习目标的差距，为改善学习质量及时寻找解决方案。

结语

在“一流课程”建设背景下，大学物理实验作为高校理工科专业的基础性课程，是大学生知识结构、能力结构和科学素养等方面培养的重要环节，提高大学物理实验课程质量是新时代人才培养的基本要求。结合大学物理实验教学的基本情况，树立以学生为中心的教学理念，对大学物理实验课程的教学目标和内容、教学模式、学习评价等进行改革探索，在大学物理实验实践教学过程中，学生的独立学习能力和实践动手能力不断增强，学生的学习兴趣和积极性不断提高，从而提高课程教学质量。