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[摘要]本文對應用型本科院校《大學物理實驗》教學現狀進行分析，提出相應的改革措施。針對實驗課程體系滯后、教學模式單一和考核評價不系統等問題，從教學體系、教學內容、教學方法、教學手段和考核評價機制五方面提出了具有應用型本科院校特色教學的改革方案，并融入課程思政，培養學生的科學探究思維和創新意識，為區域經濟社會發展培養工程技術人才。
[關鍵詞]大學物理實驗；應用型本科院校；教學改革
《教育部國家發展改革委財政部關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》（教發〔2015〕7號）指出部分地方普通本科高校向應用型轉變，堅持需求導向，服務地方，產教融合，培養應用型技術技能型人才，增強學生就業創業能力，全面提高學校服務區域經濟社會發展和創新驅動發展的能力[1]。對應用型本科院校而言，大學物理實驗課程是理工科專業必修的公共基礎課，是學生進入大學后接觸到的第一門科學實驗課程，對于培養學生嚴謹的實驗態度、獨立自主實驗、分析與解決問題、處理數據、理論聯系實際和創新能力起著至關重要的作用[2-3]。本文通過分析大學物理實驗教學過程中存在的問題，提出了從教學體系、教學內容、教學方法、教學手段和考核評估等方面的實驗課程改革，融入課程思政，以實現促進應用型理工科院校學生發展的目的。
1.大學物理實驗教學存在問題
1.1課程體系、內容已明顯滯后，難以激發學生學習積極性和創造性。傳統的大學物理實驗教學中，老舊的經典物理實驗，授課時很難將其與現實生產、生活和現代科學技術相聯系，難以激發學生學習興趣和學習積極性；缺乏對目前科技熱點內容和實驗進行實時更新并引入課堂教學，導致學生覺得學的都是“老古董”，沒有引起學生對實驗的好奇心，甚至造成部分學生對目前應用物理學熱門領域的相關常識和知識儲備量幾乎為零，無法將所見和所學聯系起來。實驗資源有限，給予學生的選擇性少，難以滿足不同專業和不同興趣的學生，不適應新工科背景下應用型本科院校的發展。而且目前很多教學儀器演變成傻瓜式操作，只要簡單的連線或按幾下按鈕就可以顯示實驗結果，完成操作任務，使學生無法深入體會其中包含的物理知識和現象。教學儀器較為先進，如何改進教材、教學體系、內容、模式和方法，充分利用教學資源，讓學生得到更多？由于課程內容涉及面較多，課時有限，許多院校僅開設基礎性實驗，忽略綜合性實驗和創新能力實驗，使學生缺乏設計性、研究性和創造性，缺少主動思考能力，不利于學生解決工程復雜問題能力的培養。
1.2教學模式、方式單一，導致學習效果不佳。傳統的大學物理實驗課堂往往采用一次課（2-3個課時）完成一個實驗項目的方式，教學過程包括學生課前預習，課中老師講解實驗目的、原理、操作步驟以及注意事項，學生操作儀器完成實驗內容，課后處理數據并撰寫實驗報告。大部分學生來自理工科專業，認為物理實驗是非本專業課程、以“走過場”的心態學習，從內心里輕視，預習只是應付老師檢查，抄抄實驗原理，學習效率低。在課堂上學生需掌握實驗原理、內容并完成實驗操作等，課堂任務重，使學生對內容思考不透徹，甚至對其中包含的物理原理也不清楚，只是按照老師講授的實驗步驟去簡單機械重復實驗，走馬觀花式地完成了實驗任務，缺少主動思考和創新性思維。在傳統的大學物理實驗教學中，各個實驗獨立開展和學習，使學生無法建立實驗之間內在聯系，很難將所學的實驗方法和思想用到類似研究中，難以達到系統學習的效果。
1.3考核評價體系不全面，存在考核失衡的可能。目前大學物理實驗采用平時成績100%的考核方法，主要通過實驗報告的形式來評分，其中報告中包含預習報告、原始數據記錄和報告正文三部分。實驗預習報告雖然都是手寫，沒有經過理解，直接將實驗原理和步驟抄到實驗報告單，對課堂的教學無明顯效果。受實驗條件限制，實驗課程很難做到每人操作一臺儀器，大多是兩人一組、配合實驗。兩人對實驗的貢獻可能不同，數據存在相互抄襲，因此存在考核失衡的問題。
2.大學物理實驗教學改革
大學物理實驗課程一般可分為力學、熱學、光學、電磁學和近代物理五大版塊。根據《理工科類大學物理實驗課程教學基本要求》（2010）[4]，鑒于應用型本科院校建設發展方案和目標，在物理實驗教學前開設物理學史的啟迪教育和物理原理在實際生產、現代科學技術中的應用前景介紹，激發學生的學習興趣，做到實驗前學生對實驗的基本內容有大致的認識。并從課程體系、教學內容、教學方法、教學手段和考核方式5個方面對物理實驗教學進行改革，設計思路如圖1所示，突出物理教學中的時代性和先進性。
2.1課程體系。為滿足應用型本科學生工程技術要求，實現培養學生綜合由學生自己設計方案并基本獨立完成全過程的實驗。此類實驗是對學生自主研究能力培養，讓學生學會獨立思考和解決問題，約占課程的10%，如本校開設的電表的改裝與校準，太陽能電池特性測試等。在夯實基礎和學生能夠接受的水平和基礎上，立足實驗室的實際情況，開設開放式科學小實踐，圍繞力、熱、光、電磁和近代物理知識體系，由學生以個人或團體形式，自選題目、自主設計實驗，解決困難和問題，綜合運用所學知識，制定實驗方案。通過教師指導、自主學習、合作學習和研究性學習，可自行獨立完成實驗和物理學相關競賽，使學生了解科學實驗的全過程、逐步掌握科學思想和科學方法，培養學生獨立思考、獨立動手能力、實踐能力和創新能力。最大限度地利用實驗裝備和技術條件，確保實驗儀器設備在學生培養中發揮最大效益。實驗課程可分為必修和選修兩部分，根據高校專業特點和專業要求，分專業開展實驗教學。如我院應用型工科按照專業領域分為地礦、能源動力、機械、環境安全四大類，目前可開展實驗項目共計33個，按照教學大綱設置10個必修，其余實應用實驗儀器、實驗技術和實驗方法解決實際問題的能力，建立四級物理實驗課程體系（圖2），即基礎實驗、綜合性實驗、設計性實驗、科學小實踐，尤其注重綜合性和設計性實驗，實現分層次教學。其中，基礎實驗要求學生掌握基本物理量的測量、基礎實驗儀器的使用和基本數據處理（包含誤差與不確定度）等。此類實驗是適應各個專業的普及性實驗，約占實驗課程的60%，如本校開設的長度和密度的測量、分光計的調整與使用、模擬示波器與數字示波器的使用等。綜合性實驗主要是綜合應用力、熱、光、電磁、近代物理等多方面知識、多種方法和技術開展實驗，鞏固和提高學生對各種實驗方法和實驗技術的綜合運用能力，開闊學生的眼界和思路。此類實驗是對基礎的提升，對物理基礎不同的學生要求不同，需各院校根據情況而定，約占課程的30%，如本校開設的金屬絲楊氏模量的測量、液體粘滯系數的測量、光柵衍射與超聲衍射和RLC電路特性研究。設計性實驗根據給定的實驗課題、要求和實驗條件，由學生自己設計方案并基本獨立完成全過程的實驗。此類實驗是對學生自主研究能力培養，讓學生學會獨立思考和解決問題，約占課程的10%，如本校開設的電表的改裝與校準，太陽能電池特性測試等。在夯實基礎和學生能夠接受的水平和基礎上，立足實驗室的實際情況，開設開放式科學小實踐，圍繞力、熱、光、電磁和近代物理知識體系，由學生以個人或團體形式，自選題目、自主設計實驗，解決困難和問題，綜合運用所學知識，制定實驗方案。通過教師指導、自主學習、合作學習和研究性學習，可自行獨立完成實驗和物理學相關競賽，使學生了解科學實驗的全過程、逐步掌握科學思想和科學方法，培養學生獨立思考、獨立動手能力、實踐能力和創新能力。最大限度地利用實驗裝備和技術條件，確保實驗儀器設備在學生培養中發揮最大效益。實驗課程可分為必修和選修兩部分，根據高校專業特點和專業要求，分專業開展實驗教學。如我院應用型工科按照專業領域分為地礦、能源動力、機械、環境安全四大類，目前可開展實驗項目共計33個，按照教學大綱設置10個必修，其余實驗根據專業進行選修，使教學體系和內容有了彈性，實現因材施教，適應不同專業、不同層次學生的需求。
2.2教學內容。通過視頻、圖片等方式將物理學史、實驗發展歷程、科技前沿和應用前景等引入預習環節中，課前充分了解實驗，激發學生對實驗的興趣，加強學生對物理原理在實際生產和現代科學技術中的認識。以應用型人才的培養為目標優化大學物理實驗課程的教學內容，注重堅持物理實驗與其他課程結合，考慮該課程與理工科中其他課程知識的關聯性；注重堅持經典與實驗生產實際和科學技術結合，突出物理教學的時代性和先進性。例如金屬絲楊氏模量的測量可以聯系到材料力學中應力、應變和材料的剛性等內容，實驗中所采用的光杠桿光學放大目前已被應用到原子力顯微鏡中以納米級的分辨率獲得表面結構信息中等；霍爾效應測磁場實驗中可擴展到量子霍爾效應尤其是中國科學家對量子反?；魻栃呢暙I，增強學生的愛國意識，介紹霍爾效應在半導體材料、高溫超導材料重要參數的測量、高斯計、磁流體發電、電磁無損探傷和汽車霍爾傳感器自動開門等應用。在教學內容中設置一些自主設計實驗和思考題目，讓學生根據所學內容，舉一反三自主完成實驗，培養學生的創新思維和實踐能力。
2.3教學方法。充分利用網絡技術、多媒體教學軟件等在內的現代教育技術豐富教學資源，拓寬教學的時間和空間。在“互聯網+”的時代背景下，將線上和線下教學活動相結合，開展混合式教學，以學生為中心，在教師指導下借助現代教育信息技術打破傳統教學流程[5]。針對大學物理實驗涉及力、熱、光、電和近代物理知識，根據目前所開設的實驗項目制作視頻，講解實驗背景、目的與原理、實驗儀器、操作步驟、實驗結果和應用前景。視頻中老師按步驟操作直至出現完整的實驗現象和結果，并對在實驗中出現的問題及實驗數據處理做詳細解釋，確保學生利用電腦或手機隨時預習。同時老師也會提供一些電子教案、習題庫、作業庫、工程案例庫、教學素材庫、文獻資料庫、大賽作品庫和知識檢索庫等提供學生參考學習，線上教學模式有助于實驗完成。學生通過線上預習，很好理解實驗的重點和難點，教師在實驗授課中一些簡單的知識點可以不講或者少講，把時間留給學生，讓學生在實驗課堂中動起來，教師在實驗室隨時準備給學生答疑，指導學生開拓思維，培養創造力。課后老師在線下作業和開放性思考題，學生將自己的作業和想法傳到線上平臺，老師批閱后，可以采用線上線下相結合的方式答疑，對于學生活躍度，建立獎懲機制。應用型本科院校大學物理實驗形成線上和線下混合式教學，以學生自主學習為主，教師指導相結合的教學方式，從而激發學生學習興趣和創新能力。
2.4教學手段。目前大部分高校的物理實驗采用實驗室實體教學的方式，但存在著離開了實驗室就無法開課的問題。在“”疫情的影響下，為確保學生隨時隨地實驗，迫切需建設大學物理遠程實驗系統，實現遠程網絡教學平臺。可通過在實驗教學平臺上分類導入物理實驗資源庫，建立教師管理系統和學生學習系統，利用圖片、文字、錄像、Flash動畫和3D交互系統，實現遠程實時交互信息化網絡教學平臺，打破時間、空間和儀器的限制，實現教學的開放性。例如模擬示波器的使用中，實體教學學生僅僅在課堂學習使用示波器，課時緊張使學生對示波器具體的原理和使用時可能出現的問題卻不清楚。建立模擬示波器的使用模擬仿真系統可包含實驗背景介紹、實驗儀器操作使用和內部結構展示三個環節，學生可通過電腦鼠標點擊儀器操作按鈕輕松實現自行練習，就像學習使用手機一樣，熟能生巧，深入掌握每個按鍵的作用；通過拆解式教學，直觀的學習模擬示波器的原理，使實驗教學體延伸到課堂之外，教學效果更直觀更具體。在日常教學中，實現實體教學和仿真模擬實驗平臺相結合，“能實勿虛，虛實結合”的教學模式，努力營造創新應用型人才培養的多元化教學環境。
2.5考核方式。根據應用型本科人才培養的要求，克服傳統考核方式的弊端，強調學生實驗學習的過程，建立全過程性評價按權重計算的考核體系。主要體現為學習過程中學生主動觀看的預習、線上答題、討論、實驗操作、報告展示和期末考試等多方位、多角度的嚴格考核。具體可將大學物理實驗考核分成兩部分，平時表現70%和期末考試30%。平時成績主要包含線上預習互動（20分），線上答題和討論（10分）、實驗操作（30分）和實驗報告（40分），期末考試分理論考試（30分）和實驗考試（70分）。采取多方位、多角度的考核方式，注重平時環節的考察，注重學習過程的考核，使考核評價更趨于合理和公平，也可激勵學生的學習積極性和主動性。
3.課程思政
從生產生活中的現象出發，引導學生學會觀察、學會思考，激發學生對實驗的興趣；通過介紹同一實驗不同解決方法，教育學生多角度、多思維處理實際問題，要勤于思考，敢于創新；指導學生分組開展實驗，培養學生團隊合作精神和責任心；要求學生認真觀察、客觀真實地記錄實驗數據，認真分析實驗結果，培養學生嚴謹的科學態度和實事求是的工作作風；讓學生自主設計實驗，鍛煉學生的科學思維和創新意識。將實驗課程與思想政治理論課同向同行，巧妙地進行價值引領與知識傳授的融通，實現立德樹人潤物無聲，“接地氣”開展思想政治教育[6]，實現教學的價值塑造、知識傳授、能力培養全方位提升，為區域經濟發展培養高素質復合型應用人才。
4.結語
通過對應用型本科大學物理實驗課程體系重構，實現線上線下混合式教學，創新評價考核機制，充分調動學生的積極性，主動性，培養實踐能力和創新能力，實現高素質應用型人才的培養。
作者:關婷 李紅玉 單位:山西能源學院基礎教學部
