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摘要：
以地方性應用型工科院校人才培養目標為出發點，指出傳統大學物理實驗教學中存在的問題，通過建設多通道、立體化、網絡化的大學物理實驗的教學資源，改革教學內容、實驗課堂教學以及學生實驗的評價，創建新型的大學物理實驗教學模式。
關鍵詞：
大學物理實驗；教學模式；微視頻課程；虛擬實驗平臺；評價方式
當今科技飛速發展，高等學校的人才培養面臨嚴峻的挑戰，實驗教學作為工科教育結構中的重要組成部分，對學生科學素養、工程技術素質、文化素質以及創新意識的培養具有不可替代的地位和作用。大學物理實驗是工科學生開始接受系統科學實驗和技能訓練的開端，其豐富的實驗思想、方法和手段，對于工科學生是非常重要的，它不僅會影響學生后續實驗課程的學習，而且在某種程度上將影響他們今后的專業生涯。傳統的大學物理實驗教學從內容、教學方式、教學過程以及評價方式等方面都存在明顯的缺點，例如：學生完成一個物理實驗的基本過程一般是：學生通過實驗教材進行預習，到實驗課堂后先由教師講解、演示實驗，然后再由學生自己動手做實驗，完成實驗后經教師檢查實驗數據并簽字，課后由學生處理實驗數據撰寫實驗報告。這種教學模式的教學效率低，學生實驗的操作訓練和思維訓練都不足，實際情況是很大一部分學生是“依葫蘆畫瓢”完成實驗，有的學生甚至編造實驗數據、抄習實驗報告，浪費了寶貴的實驗資源和時間。另一方面，由于上實驗課的學生人數眾多，指導教師辛苦異常、疲于奔命。基于此現狀，我們在現代教育理論指導下，充分利用迅速發展的網絡技術，通過多通道、立體化、網絡化的大學物理實驗教學資源的建設，從實驗教學內容、實驗教學資源建設、實驗課堂教學以及學生實驗的教學評價等多方面對大學物理實驗教學進行改革，建立新型的適應應用型工科人才培養目標的大學物理實驗教學模式。
1建立層次化的適合應用型工科要求的大學物理實驗教學內容體系
以大學物理實驗教材建設為主線，改變傳統以力、熱、聲、電、光進行分類的課程模式，建立以引導性、基礎性、綜合性、設計性實驗的層次化的適合應用型工科要求的大學物理實驗教學內容體系。
1.1注重物理實驗思想、方法和技能的基礎訓練
根據應用型工科人才的培養目標，系統地訓練學生物理實驗的基本技能。由于教學時數的限制，精選兩個引導性實驗和十個基礎性實驗，通過這些基礎性的驗證實驗，使學生形成以下四個方面的能力，即：（1）掌握測量誤差的基本知識，形成正確記錄和處理實驗數據的能力（如掌握握列表法、逐差法、作圖法和最小二乘法等數據處理方法）；（2）掌握常用物理實驗方法（如：利用理論知識，設計物理量測量的各種方法），特別是與工程相關的實驗方法；（3）常用物理儀器（如：游標卡尺、螺旋測微計、移測顯微鏡、水銀溫度計、福廷氣壓計、秒表、各種電表、示波器、邁克爾遜干涉儀等）的使用方法；（4）掌握常用的實驗操作技術測量基本的物理量（如：長度、質量、溫度、壓強、壓力、電流、電壓、電阻、磁感應強度、光強度、折射率等）。
1.2開發具有專業特點的大學物理綜合性實驗
根據我校開設的不同專業，開發具有工科專業特點的綜合性大學物理實驗，目的是引導學生從各自專業學習的角度來思考分析物理實驗問題，促進學生對所學專業的理解，加深對大學物理實驗作用的認識，強化專業思維意識，提高學習的積極性。在開發綜合性實驗中盡量做到以下四點，即：（1）實驗具有綜合性，能引導學生對知識、儀器、技術和基本實驗方法進行綜合；（2）相應專業需要，但學校的現有課程中又暫時還沒有覆蓋到；（3）具有現代性，是現行應用比較廣泛的成熟技術；（4）物理原理能講清楚，實驗能在規定時間內完成。為此實驗室用了一年多的時間，要求每一位實驗教師做一個專業（或專業群）的調研，選擇一個具有專業特點的綜合性物理實驗課題研究，購置相應的實驗儀器，完成試驗并撰寫講義。期間實驗室組織了多次的交流和討論，開發了適合機械類專業的“光柵傳感器測量位移和角位移”實驗，適合環境與化工類專業的“衍射光柵測量及其應用”等八個綜合性實驗。在此過程中，教師們付出了巨大的努力，也收獲了成果，特別是年青教師對學校的專業設置及內含有了更深的了解，對大學物理實驗的作用也有更深的認識，起到了教學研究與教師成長相長的作用。
1.3開發以培養學生應用能力的設計性實驗；開展以創新為目標的大學生創新實驗
創新意識和能力的培養是知識技能學習的最終目標，學生在大學物理實驗階段的學習，重點培養這方面的意識，為此我們在設計性實驗中只給學生實驗目的、要求、實驗室有的相關儀器以及推薦參考文獻，學生必須在充分調研的基礎上，綜合運用所學的知識，建立模型、選擇實驗方法及配套的儀器、測量條件等等；提出合理的實驗方案；提交實驗準備報告；進行實驗，改進方案；撰寫實驗報告；最后完成整個實驗。由簡單到復雜安排一系列設計性的實驗。設計性實驗提高了學生獲取信息和運用知識的能力，并增強了他們的創新意識。利用各級大學生創新實驗項目的建設，以團隊的形式開展科學研究，培養工科學生的創新精神和研究能力，如：2012級微電子學專業盧新柳同學主持的福建省大學生創新實驗項目“計算機處理大學物理實驗數據的方法研究和軟件設計”，經過兩年的努力，不僅做出了一套處理大學物理實驗數據的模板，而且對一些問題進行了比較深入的探索和研究，解決了在Ex-cel中粗大誤差自動剔除問題[1]，論文在本科大學學報公開發表。
2建立多通道、立體化、網絡化的大學物理實驗教學資源，促進學生的自主學習
教學資源建設是提高實驗教學質量的有效手段，通過建設多通道、立體化、網絡化的大學物理實驗微視頻課程輔助教學平臺和虛擬實驗平臺，能改變學生只通過教材預習不直觀、抄錄教材寫預習報告、預習效果不好的現狀。激發學生自主學習的積極性，即使在實驗課堂上也能通過手機等移動終端，個性化地學習自己需要的知識和技能，并進行實踐，從而提高實驗課的課堂效率和教學質量。
2.1制作與教學內容配套的大學物理實驗微視課程輔助教學平臺
隨著網絡技術的發展，手機、ipad等移動終端的普及，以微博、微信為代表的“微動力”促進了“微時代”的快速發展，微視頻課程已經成為重要的學習資源。借鑒國內外微視頻課程建設的經驗，[2-3]我們根據實驗類操作性課程的特點，開展與教材相配套的大學物理實驗微視頻課程輔助教學平臺的建設，通過全新的教學設計，將實驗教師的課堂教學和實驗演示分解成一些時長在三至五分鐘的微視頻，每個微視頻講清楚一至兩個知識點或實驗內容，每個實驗的各個微視頻之間存在一定的邏輯關系，但又相對獨立，學生在實驗過程中遇到問題也可以隨時調用觀看。微視頻課程平臺的建設將改變現有的教學模式，促進學生自主學習，提高實驗課程的課堂效率和教學效果。
2.2選擇引進虛擬大學物理實驗平臺
仿真實驗能有效改善教學受時間和空間的限制，可為學生提供全方位、開放性的操作環境，實現在虛擬環境下近乎真實的實驗體驗，學生在仿真實驗過程中，只有正確理解原理，熟悉實驗步驟并正確操作，才能得到較好的實驗結果，這能促進學生主動思考，有效的提高了學習的能動性，激發學生探究創新的激情以及培養學生獨立思考的良好習慣，通過仿真實驗，學生可反復檢驗自己設計的實驗方案，在實驗過程中體會設計成功的喜悅和反思設計失敗的教訓，培養良好的科學探究素養，同時也促使學生建立科學的認識論和方法論，對學生的成長具有深遠意義[4]。學習兄弟院校大學物理實驗教學的成功經驗[4-8]，引進由中國科技大學霍劍青、王曉蒲等開發的“大學物理仿真實驗系統2010版”，主要選擇與我校實驗相對應的20個實驗項目。通過虛擬實驗平臺的建設，為學生進入實驗室進行具體實驗前后的預習和復習提供了方便，使課堂實驗過程更加高效。同時此平臺還為學有余力的學生提供了深入學習的條件，豐富了大學物理實驗的教學內容。
2.3改善大學物理實驗室的儀器設備，增加學生實踐操作的時間、提高實驗課堂效率
作為地方性應用型的工科院校，學生的實踐操作能力的培養始終是教學的主要目標之一，必須通過改善儀器設備，增加學生獨立的實踐操作和實驗操作的時間是提高教學質量的根本手段，我們的目標是：對于可以單人完成的基礎性實驗，盡量做到一人一組完成實驗，需合作完成的實驗才安排兩人一組完成實驗，保證每個學生都有條件得到很好的實驗技能的訓練。
3改革實驗課堂教學，合理分配實驗課時間
傳統實驗課堂效率不高的主要原因是：（1）學生預習不夠充分；（2）課堂實驗時由于學生人數眾多，有些學生性格靦腆羞于提問，教師不能及時關照到所有學生；通過微視頻課程、虛擬實驗等大學物理教學資源的建設后，這些情況會得到改變。在此基礎上可以對實驗課堂進行優化，主要在以下三個方面：
3.1取消學生實驗操作前三十分鐘的教師講課，改成互動的學生預習情況檢查
由于建立了可視化、交互式的大學物理實驗教學資源，學生預習不再是只閱讀教材，而是教材、微視頻和虛擬實驗這樣立體化、多通道的學習資源庫，預習的質量能大大提高，進入實驗課堂著重進行的實踐操作訓練、解決更深層次的問題。在實驗課堂教學中完全可以取消學生實驗操作前三十分鐘的教師講課和演示，學生進入實驗室后直接開始實驗，增加學生實驗操作的時間。教師則利用課堂時間檢查學生的預習情況，通過面對面的交流，及時對學生的預習情況進行點評和指導。
3.2優化教師實驗課堂的輔導，針對性的解決學生在實驗中出現的問題
學生在實驗過程中遇到問題時，可以通過手機即時查閱相關微視頻以解決實驗中遇到的困難，教師則只需解決微視頻課程中未考慮到的情況，有針對性的解決學生實驗中出現的問題，大大減輕了教師課堂的強度，提高了教學效率。
3.3及時評價并記錄學生實驗過程中的表現
建立了微視頻課程輔助教學平臺后，學生在實驗中遇到的許多問題都可以通過查閱微視頻得到解決，學生在實驗課堂中走動會大大的減少，實驗課堂會更加有序。教師則可通過對每一組實驗學生觀察和交流，及時評價并記錄學生在實驗過程中的表現，評價的內容包括學生的實驗過程表現和實驗數據記錄情況等內容，并加權計入實驗成績。
4改革實驗成績的評價方式，促進學生自主學習和實踐操作訓練
傳統的學生大學物理實驗成績一般包括平時成績和期末考試成績，平時成績是對每個實驗的評價，依據通常是預習報告和實驗報告。在實際的操作過程中由于時間、人員、儀器和經費等原因，期末考試往往流于形式，有的為了應付檢查，甚至把學生的某一次實驗作為期末考試。這是一種對學生實驗的總結性評價方式，而實驗過程的評價沒有給予足夠重視，忽略了評價的激勵和調節作用，不利于學生改進和調整學習，提高學習效果。通過建立豐富的大學物理實驗教學資源，在實驗課堂上，教師有時間和精力關注學生在實驗過程中的表現，及時對其預習情況、學習態度、實驗操作等進行實時評價，幫助他們調整和改進學習，主要通過以下兩個方面對學生實驗成績評價進行改革。
4.1注重過程評價，通過師生互動，促進學生動手操作訓練
借鑒其他高校的經驗[9-13]和我校的實際情況，將每一個實驗過程分為三個階段（即預習、實驗操作和實驗報告），每個階段都建立相應的評價指標。（1）預習部分的測評項目包括：檢查預習報告和簡單的提問，這部分內容在實驗課堂上通過面對面與學生互動形式完成，成績占平時成績的30%。（2）教師課堂對每一組的課堂巡視，考察學生實驗過程的關鍵操作、動手能力情況和實驗原始數據記錄等內容，占平時成績的40%。（3）實驗報告的測評則包括：實驗數據的真實性、實驗數據的處理正確性、實驗結果的分析、實驗知識的拓展和思考題回答等，占平時成績的30%。在此評價體系中能較真實有效的評價學生的學習過程，并能及時幫助學生進行改進，促進學生的發展。
4.2建立大學物理實驗成績管理和考試系統
客觀、準確的實驗考試是評判實驗教學效果、提高實驗教學質量的重要手段。但長期以來，由于受到實驗室條件和師資力量的限制，全體學生的物理實驗考試難于有效實施，為了解決大學物理實驗考試的困難，準備購置由合肥中科奧銳有限公司開發的“物理實驗考試和自動判卷系統”，并準備在此基礎上建立適合我校的物理實驗成績管理和考試系統。
5結語
作為一所升本不久的地方性、應用型本科院校，教學條件急需改善和教學水平需要提高，在福建省基礎實驗教學平臺建設項目的支持下，我們正努力從教材建設、網絡教學資源建設、實驗課堂教學改革以及學生實驗評價等多方面對傳統的大學物理實驗教學模式進行改革，創建新型的大學物理實驗教學模式。
作者：高潭華 蘇春燕 張明文 劉雪梅 葉靖瑩 單位：武夷學院機電工程學院
參考文獻：
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