普通物理實驗課程教學創(chuàng)新舉措

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摘要:課程教學創(chuàng)新是教學工作必不可少的一部分。以應用型本科人才培養(yǎng)目標為出發(fā)點，認真分析普通物理實驗教學現(xiàn)狀，找出存在的問題以及根源，對普通物理實驗教學進行一系列創(chuàng)新改革與探索，包括普通物理實驗教學內容安排的調整、混合式教學模式的探索、課程思政教學理念的融入、教學考核與評價制度的建立與實施。一系列創(chuàng)新舉措，目前取得了不錯的教學成效。

關鍵詞:普通物理實驗教學;創(chuàng)新改革;教學成效

普通物理實驗是理工科專業(yè)學生的一門重要的必修基礎課程，在人才培養(yǎng)中有著非常重要的作用。因此為了適應和滿足我國對創(chuàng)新人才培養(yǎng)、新工科人才培養(yǎng)的要求，必須認真分析普通物理實驗教學現(xiàn)狀，找出存在的問題以及根源，對普通物理實驗教學進行一系列創(chuàng)新改革與探索。

一、普通物理實驗教學現(xiàn)狀

(一)理論知識落后于實驗課程《普通物理》與《普通物理實驗》既是兩門獨立的課程，也是有密切聯(lián)系的課程。理論知識的學習與理解離不開實驗，實驗也離不開理論的指導。正所謂“沒有理論的實驗是盲目的，沒有實驗的理論是空洞的”。由于歷史原因，盡管實驗課是一門獨立的課程，但是普通物理實驗與普通物理課程從本質上是不可分割的。由于儀器設備臺套數(shù)少和實驗室空間小以及教師少等原因，在安排實驗課時，本來應該與理論課同步的實驗內容不得不提前安排。這樣就會導致學生實驗前對實驗原理理解不透徹，影響理論與實踐相結合，影響實驗教學效果和創(chuàng)新思維。

(二)實驗項目沒有創(chuàng)新性目前很多高校開展的實驗項目大多數(shù)是基礎性實驗結合一些綜合性實驗，而設計性和創(chuàng)新性實驗項目占比很少?；A性實驗項目一般比較中規(guī)中矩，學生根據(jù)實驗操作步驟一步一步完成即可，這樣的話對學生動手能力，主動探究能力均有一定程度的限制。而往往設計性和創(chuàng)新性實驗更能鍛煉學生的思維以及解決與分析問題的能力。普通物理實驗分為普通物理實驗(一)和普通物理實驗(二)，分別在兩個學期開展，大一下學期做8個實驗，大二上學期做8個實驗，全年共16個實驗項目，絕大多實驗項目都是傳統(tǒng)的實驗項目，比如長度的測量與密度的測定，三線擺測剛體的轉動慣量、空氣中聲速的測定等。這些實驗項目很多年前學生就在做，隨著科學技術的進步，實驗手段的多樣化，這些項目著實缺乏創(chuàng)新性。

(三)教學模式和教學理念過于單一化目前實驗室的教學管理模式?jīng)]有實現(xiàn)全開放，只在實驗課時間對學生開放，也就是說學生在做實驗前是沒有機會提前走進實驗室熟悉儀器設備的，這樣就會導致學生在預習的過程中對實驗沒有很直觀地認識，只是機械式地對著課本抄寫實驗報告，完成任務而已，實驗教學效果大大降低。而教學方式依然是傳統(tǒng)的教師先演示，學生重復，缺乏學生自主探索、自主分析和解決問題的氛圍。課堂上還是以“講學”為主，學生“被動”接受知識，這種教學理念沒有發(fā)揮學生的主觀能動性，阻礙學生積極主動思考的動力，教學效果得不到改善。教師是課堂教學的實施者，也是教學實踐的主導者，除了課本中的教學內容以外，教師應認真思考深挖課程中的“思政”元素，并進一步拓展，滿足學生成長發(fā)展需求，把正確的世界觀、人生觀、價值觀、思維方法等傳授給學生，潛移默化地完成更好地教育。

(四)實驗考核與評價方式不夠科學以往學生實驗總成績由兩部分組成，一部分是平時成績，就是學生提交上來的紙質報告，占60%;這部分傳統(tǒng)的考核方式就是簡單地把所做的每個實驗的成績取平均作為最終的考核成績。每個實驗的成績僅僅由實驗報告三個部分，分別是課前預習、課堂操作和總結報告成績得到。這種考核方式簡單易行，但是弊端也日漸暴露。整個考核過程只把實驗報告作為唯一的考核指標，太具有片面性，無法客觀地評價學生的學習成果，也無法激發(fā)學生的學習興趣。另一部分是期末理論考試，占40%。由于實驗室空間以及教師安排等原因，最后的期末考試只是在教室里的理論考試。而普通物理實驗作為一門重要的實驗課程，這種考核方式顯然是不符合人才培養(yǎng)目標的，也無法客觀地對學生真實學習情況進行評價。

二、普通物理實驗教學創(chuàng)新思路與舉措

(一)教學內容安排的調整為了應對理論知識落后于實驗課程這一問題，我們調研后發(fā)現(xiàn)主要問題是部分學生的4個光學實驗存在實驗超前于理論的現(xiàn)象，而力學、熱學和電磁學基本沒有發(fā)現(xiàn)上述問題。因此，經(jīng)慎重研究決定采取如下解決方案:(1)力學、熱學實驗時間安排保持不變，即開設時間仍為第二學期。(2)電磁學、光學實驗從如下兩方面進行調整:第一，1～8周安排4個電磁學實驗;9～16周安排4個光學實驗。第二，增設儀器臺套數(shù)。4個光學實驗的主要內容是干涉和衍射。理論部分大約第9周講授，因此光學實驗只能安排在第9周之后，即9～16周做4個光學實驗。學生在學完理論知識后走進實驗室進行實驗，這樣可以達到理論支撐實驗，實驗反哺理論的效果。有助于學生將理論知識與實驗結合起來，加深理解。為了應對實驗項目偏于傳統(tǒng)這一問題，我們調研發(fā)現(xiàn)北京大學、同濟大學等研究型高校在基礎型實驗之外，還把科研引進普通物理實驗，通過設置探究性實驗課題訓練學生的創(chuàng)新能力，用科研倒逼實驗教學的改革與創(chuàng)新;而應用型高校的普通物理實驗教學內容改革的特點是與學科深度契合，根據(jù)不同專業(yè)的性質與特點，開設的不同實驗項目，同時注重培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力，讓學生根據(jù)自己興趣選擇實驗，起到了很好的實際教學效果。

(二)教學模式的改革創(chuàng)新為了應對教學模式單一化這一問題，自2017級，為了給學生提供更多的實驗時間，提高課程教學質量，本課程團隊錄制了實驗講解視頻，并要求學生在上課前自行觀看視頻完成預習工作，進入實驗室即可開始實驗。視頻在“文正物理”微信公眾號，學生隨時隨地都可以點擊進行學習，突破傳統(tǒng)教學的時間地點限制。這種線上線下混合式教學模式的核心教學理念是將傳統(tǒng)的“以教師為中心”轉變?yōu)椤耙詫W生為中心”，將“先教后學”，轉變?yōu)椤跋葘W后教”，將學生由“被動學習”轉變?yōu)椤爸鲃訉W習”。另外還可以:(1)利用中國大學MOOC線上資源，包括實驗課件、視頻、習題、測驗等;(2)利用虛擬仿真平臺，讓學生在平臺完成實驗預習、線上仿真操作、考試等;(3)采用雨課堂、翻轉課堂，將實驗講解環(huán)節(jié)中的很多理論知識的講授放到了實驗課堂教學之前。這種線上線下混合式教學模式在普通物理實驗教學中的應用響應了“互聯(lián)網(wǎng)+教育”時代的教學理念，能徹底改變“教師先演示，學生后模仿”的不利于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的傳統(tǒng)教學模式，學生會在教師引導下，預先在線上進行高效率的預習，為課堂上自主開展實驗的創(chuàng)新探索、自主解決問題奠定基礎，有助于學生養(yǎng)成良好的自主探索習慣，能極大提高學生的實驗技能與創(chuàng)新思維。

(三)教學理念的融合升華為了積極響應國家政策，普通物理實驗教學團隊決定融入課程思政升華普物實驗教學內容。具體舉措如下:一方面從實驗室環(huán)境建設、儀器規(guī)范化管理、安全文化建設等方面加強文化育人;另一方面在課堂教學中從實驗教學內容上培養(yǎng)學生的家國情懷、科學理性、嚴謹態(tài)度等優(yōu)良品質，提升學生質疑思辨、敢于實踐和創(chuàng)新等學科素養(yǎng)。在上課前，教師都會強調做完實驗，實驗儀器的擺放，做個有始有終的人;實驗過程中，不得抄襲數(shù)據(jù)，尊重實驗結果;拓展實驗原理背后的物理人物以及現(xiàn)階段國內外研究現(xiàn)狀等。《普通物理實驗》“課程思政”教學必須緊緊圍繞立德樹人的根本任務，既需要發(fā)揮教師的積極性、主動性及創(chuàng)造性，轉變教師的物理實驗教學理念，又需要改變學生對物理實驗學習的心態(tài)。通過物理知識體系和實踐技能的教育教學，把“愛國情、強國志、報國行”自覺融入《普通物理實驗》“課程思政”教學中，對激發(fā)學生為國家為民族學習物理的熱情和動力，幫助學生解答思想困惑、價值困惑、情感困惑，培養(yǎng)學生成長成才等具有重要的意義。

(四)教學考核方式的改革為了改進以往不科學的考核方式，從2016年開始，期末在教室里理論考試形式改為在實驗室操作和理論相結合考試形式，加大對學生動手能力和實踐能力的培養(yǎng)和考查，實施下來取得了較好的教學效果。另外平時成績也由只看實驗報告給出成績形式，改為融入過程化，口頭答辯等考核方式。例如預習報告成績，教師不僅僅是看學生書寫情況，還會對每一位學生進行課前提問，結合學生回答問題質量進行綜合評分。普通物理實驗作為理工科專業(yè)學生進入大學第一門必須要修的實驗課程，承擔著非常重要的角色。養(yǎng)成規(guī)范的實驗習慣，嚴謹?shù)目茖W態(tài)度對學生后續(xù)做專業(yè)實驗至關重要。因此在教學中我們切實保障實驗過程中一人一組進行實驗操作，杜絕多人一組，防止濫竽充數(shù)。保證每位同學都能動手操作，自主思考琢磨實驗步驟，觀察實驗現(xiàn)象。期末操作考試是從平時做的實驗項目中隨機抽取一個進行考核，保證學生復習的全面性。

三、普通物理實驗教學創(chuàng)新成效

(1)教學內容安排的調整。目前光學實驗和普通物理理論課進度基本一致，學生做光學實驗時不會因為理論知識的缺失，而出現(xiàn)難理解的情況。這樣的安排自2019年下半年執(zhí)行下來，受到任課老師和學生的一致好評。任課老師表示課堂上對實驗原理的講解輕松了，因為學生都有了光學基礎知識，這樣課堂上就能有更多地時間給學生進行自主探索。學生則表示有了理論知識作為支撐，做起實驗來也更加輕松了。從最后操作考試的成績上看，學生對光學實驗的操作明顯好于改革前。教學和科研是高校的重要職能之一，大學生參與科研是培養(yǎng)符合社會需求的高素質人才的要求，設計性和創(chuàng)新性實驗項目的開展更是大學生參與科研的重要途徑，必將在人才的培養(yǎng)中發(fā)揮日益重要的作用。(2)引入微課教學之后，從學生角度，學生可以根據(jù)自己個人的時間、環(huán)境、條件進行實驗前的預習，了解其實驗原理、熟悉實驗儀器以及使用操作方法等，學生有身臨其境之感，且可反復利用，大大方便了學生。同時還能作為學生期末考試前復習的平臺，學生很喜歡，公眾號點擊量很高。從教師角度，教師也無須每次在課堂上花費很多時間講解實驗原理、演示實驗過程，為學生留出了更多的實驗操作時間，大大提高了教學效率和教學質量。從實驗室管理者角度，減少了因學生操作不當而引起的儀器設備的損壞和故障，保護了儀器設備，延長了使用壽命。(3)在普通物理實驗課教學過程中融入課程思政元素，長時間的教學，激發(fā)了學生自主探索物理規(guī)律和本質的興趣和動力，培養(yǎng)了學生的開放性、創(chuàng)新性思維，從而全面提升學生的知識、能力和素質。學院每年報名江蘇省大學生物理實驗創(chuàng)新競賽人數(shù)越來越多，并且獲獎的比例也越來越高。學生們都愿意花時間去琢磨物理現(xiàn)象，而不是討厭物理，他們在物理實驗室找到了學習物理的樂趣。(4)新的考核和評價方式有利于促進學生主動學習，認真對待普通物理實驗，重視物理實驗這門課，不再把它當作是“走過場”的課程，從而為提升學生的實踐能力、綜合素質，培養(yǎng)創(chuàng)新人才真正發(fā)揮普通物理實驗課程的作用。重在理解，回答教師提問而不是抄寫實驗報告，學生們能真正去理解實驗原理，解釋實驗現(xiàn)象，主動學習，實施下來取得了較好的教學效果。比如經(jīng)常會有同學，面對疑惑，主動提問而不是糊弄;因為還有些許疑惑，還會主動要求走進實驗室再做一遍等。

四、推廣應用的價值

(1)實驗課程配合理論知識教學安排的調整，對其他學校普通物理實驗教學具有一定的推廣意義。(2)全面梳理物理實驗知識脈絡，分專業(yè)設置創(chuàng)新型實驗項目，根據(jù)專業(yè)目標設置教學方案的做法對其他實驗課程方案的制定具有一定的推廣價值。(3)線上線下混合式教學模式在當前其他課程教學中具有一定的推廣意義。(4)普通物理實驗課中融入課程思政元素，對學生德育的培養(yǎng)和其他實驗課程來說具有一定的推廣意義。(5)過程化評價方式在創(chuàng)新能力評價中具有推廣意義。

五、結語

大學物理實驗作為高校理工科專業(yè)基礎課程，是大學生入校后的第一門實驗課程，是一門集學習態(tài)度、思維方式、動手能力和自我認知于一體的啟蒙課程。因此大學物理實驗課程改革是一項長期艱巨的任務，我們需要在實踐中不斷地發(fā)展創(chuàng)新，找到適合應用型本科院校學生的教學體系。大學物理實驗教學改革是提升實驗教學質量的保證，對培養(yǎng)學生綜合素質有著積極作用，培養(yǎng)社會所需要的應用型人才，更好地為地方經(jīng)濟建設發(fā)展服務。

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作者：沈桓羽 孫寶印 單位：蘇州大學文正學院實驗教學中心