新工科理念下地方本科高校大學物理實驗課程教學改革研究

【摘要】在新工科理念下，工程教育教學改革的落腳點是重構后課程體系內每一門課程的教學改革。大學物理實驗是工科大學生必修的一門重要基礎實驗課程，是學生進入大學后進行系統的實驗技能和實驗方法訓練的關鍵開端。本文將從教學內容、教學方式、課程評價這幾個方面探討新工科理念下地方本科高校大學物理實驗課程的教學改革思路。

【關鍵詞】新工科 地方本科高校 大學物理實驗 教學改革

【基金項目】江西省高等學校教學改革研究課題“基于學生創新思維培養的《理論力學》課程教學模式及應用研究”（編號：JXJG-16-2-2）。

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）33-0170-02

引言

新工科這一概念自2016年提出以來，教育部組織高校進行深入研討，在不到一年的時間里，2017年2月，復旦大學舉行的綜合性高校工程教育發展戰略研討會達成了“新工科建設復旦共識”[1]；天津大學提出“新工科”建設行動路線[2]。“新工科”的內涵是以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創新、交叉與融合、協調與共享為主要途徑，培養未來多元化、創新型卓越工程人才，具有戰略型、創新性、系統化、開放式的特征。隨后教育部發布《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》要求新工科研究和實踐圍繞工程教育改革的新理念、新結構、新模式、新質量、新體系開展[3]。其中對地方高校提出指導性建議，希望地方高校發揮自身優勢，充分利用地方資源，對接地方經濟社會發展需要和企業技術創新要求，深化產教融合、校企合作、協同育人，推動傳統工科專業改造升級，開展地方高校新工科研究和實踐。

新工科教育研究和實踐的諸多問題依舊在探索中，但課程教學改革作為新工科教育理念的落腳點值得我們去做深入的剖析與熱烈的探討。大學物理實驗是工科大學生必修的一門重要基礎實驗課程，是學生進入大學后進行系統的實驗技能和實驗方法訓練的關鍵開端。本課程的學習目的，是使學生不僅能了解到科學實驗的主要過程與基本方法；還能激發其想象力、創造力，培養和提高學生獨立開展科學研究工作的素質和能力。本文擬圍繞大學物理實驗課程的學習目的，結合地方高校使命，從教學內容選擇、教學方式方法、課程考核評價這幾個方面探討地方高校大學物理實驗課程的教學改革思路。

1.教學內容選擇

大學物理實驗課程首先是基本實驗儀器、基本實驗規范、基本實驗技能的學習和掌握，然后在教學過程中激發學生的想象力、創造力，培養和提高學生自主開展科學研究工作的素質和能力。

目前一般地方高校大學物理實驗的教學內容安排大致為：緒論，一般安排講授內容有物理實驗課的地位和作用，物理實驗基本要求和基本程序，不確定度概念，有效數字運算規則，實驗數據處理基本方法，基本測量方法介紹，基本實驗儀器介紹；力、熱、光、電、近代物理實驗等二三十個傳統實驗，主要目的是熟悉基本實驗儀器、了解基本實驗規范、掌握基本實驗技能，實驗的程序固定、結果可以預見，以驗證性實驗為主；開放性實驗，近幾年對大學物理實驗課程要求實驗項目要有一定的更新并增加開放性實驗，目前取得一定成效，但被動式完成相關指數要求為目的的現象也客觀存在。

新工科要求以技術發展為導向更新教學內容，結合大學物理實驗的課程教學目的，這里我們建議把大學物理教學內容中的實驗項目設置分為驗證性實驗、綜合性實驗、設計性實驗三種類型[4]，分別占40%、30%、30%。開展驗證性實驗項目的目的是讓學生學習基本實驗規范和流程，掌握基本實驗技能和基本實驗儀器，一般置于同學科實驗前段教學。為此，我們需要從力、熱、光、電、近代物理等傳統實驗項目中，分門別類按照實驗的經典性和儀器使用情況去篩選精選。驗證性實驗的精心設計與開展是確保學生夯實大學物理實驗基礎，為進一步順利提升學生的綜合實驗能力打好基礎。加大綜合性實驗項目的目的是鍛煉學生對所學知識、技能的準確科學的靈活運用能力，適宜安排在驗證性實驗項目之后進行。我們需要按照工程認證的思想，根據學生所學專業的培養計劃，以力、熱、光、電、近代物理中某一學科為主其它為輔，來理解相關專業工程應用中的基本物理現象，或掌握專業應用中涉及的典型而具體的物理問題的處理方法。綜合性實驗項目的開展是培養學生細致而嚴謹的邏輯思維能力，獨立且自主科學研究素質。設計性實驗的開展目的是緊跟專業發展前沿，對接地方產業與服務區域，在大學物理實驗教學內容范圍內，以相關工程問題為背景提出驗證或解決其中一些具體的基本物理現象或問題，讓學生根據實驗室能夠提供的儀器來設計并完成實驗。設計性實驗雖然由學生設計并完成，但結合學生專業、地方相關產業去尋找合適在大學物理實驗課程中開設的實驗項目并持續改進，這本身對于教師來說就是一個很高的要求。設計性實驗項目是大學物理實驗課程教學內容中體現新工科教育理念的關鍵點，學生的想象力、創造力得到充分的鍛煉。

2.教學方式方法

傳統的大學物理實驗教學方法一般是要求學生課前根據課本或教學視頻預習實驗；由教師講解實驗內容、示范實驗流程、提示實驗過程中的注意點或難點，這一步也可能已經做成教學視頻讓學生課前預習；學生聽講后規范而有序的完成實驗；教師評閱或點評實驗結果；學生按要求上交實驗報告。另外也有開設一些開放性實驗并配備演示實驗室。

大學物理實驗課教學的方式方法應該根據實驗項目的類型區別對待[5]，總的教學原則是以學生為中心，充分調動學生的積極性，培養學生的責任心，激發學生的創造力，讓學生初步具備自主開展科學研究工作的素質和能力。針對驗證性實驗項目我們建議以翻轉課堂為主的教學方法：學生課前結合課本預習教師事先做好的教學視頻，課堂上由教師主持學生來講解討論對該實驗項目的理解、實驗過程中的注意點或難點，充分討論后讓學生自薦或推薦一名學生進行實驗流程示范操作，其余學生可以針對該同學的實驗操作點評，所有學生獨立自主完成實驗并上交實驗報告。綜合性實驗項目采用以案例為主的教學方法：學生課前已知實驗要求、實驗儀器和大致的實驗步驟，沒有專門的教學視頻，學生需要根據使用的儀器和大致的實驗步驟去選擇性的回看之前提供的教學視頻，課堂上教師通過多媒體展示一個非常類似的實驗視頻，學生從中得到啟發開始設計本次實驗的詳細步驟并展示實驗操作流程，其余同學可以對此討論補充，綜合性實驗也是要求學生獨立自主完成并撰寫實驗報告。開放性實驗項目采用以探究式教學為主的方法：學生課前只知實驗要求，即運用所學知識和實驗室具備的實驗儀器來驗證或解決生產生活中的實際而具體的物理問題，學生需要在課前3-4人為一組分工協作查閱資料，小組討論后確定需要的儀器和實驗操作流程，課堂上需要小組派一名同學用3-5分鐘向老師闡述實驗思路、流程和預計結果，只要不涉及安全問題原則上按學生要求準備儀器讓學生小組協作組完成實驗并撰寫實驗報告。

3.課程考核評價

大學物理實驗課程考核大多采用平時成績或平時成績+操作考查等方式評定，其中平時成績一般由所有實驗項目的平均成績和考勤情況等構成，每個實驗項目的成績又由預習、操作、報告三部分綜合而來。不同的學校可能還有一些比如參加物理實驗競賽、大創項目、自主實驗等加分項。這些課程考核評價的方法都是在傳統課程考核評價的方法基礎上作些調整。

課程考核評價是對學生學習效果的一種價值判斷，同時為教師后續教學工作的持續改進提供參考。新工科背景下地方本科高校大學物理實驗課程考核評價應為充分體現新工科教育理念發揮引領作用。這里我們提倡大學物理實驗采用多元化評價與過程性評價相結合的方式[6]。多元化評價關注課程教學中學生的參與度、知識掌握、學習能力、學習結果的多維度綜合評價；過程性評價關注學生知識掌握的積累與創新能力的提升。比如對于驗證性實驗項目我們會側重學生課堂參與度、實驗操作的規范掌握和實驗結果的準確性；而綜合性實驗項目我們更看重學生綜合運用知識的能力、實驗具體操作流程的設計和實驗結果的合理性；開放性實驗項目關注學生團隊協作能力、實驗設計合理性和實驗結果的科學性。

4.結束語

本文在新工科工程人才培養思想的指導下，針對地方本科高校大學物理實驗課程教學改革進行探索性研究，從教學內容由知識、技能的灌輸為主，向以知識、技能的掌握為基礎，以知識、技能的重構運用能力培養為重點，以學生能力、素養的全面協調發展為目的進行階梯式調整；教學方法方式隨著不同實驗項目類型設置的教學目的而不同；考核評價側重過程性評價與多元化評價相結合更加科學。我們正在將課程教學改革研究運用于教學實踐中，并在教學實踐中持續探索、調整、改進，為實現新工科服務地方區域工業發展的創新工程人才培養奠定好學科能夠提供知識、技能、能力、素養基礎。

參考文獻：

[1]“新工科”建設復旦共識（“復旦共識”）[J].高等工程教育研究.2017（2）：10-11.

[2]“新工科”建設行動路線（“天大行動”）[J].高等工程教育研究.2017（2）：24-25.

[3]教育部高等教育司.關于開展新工科研究與實踐的通知[Z].教高司函（2017）6號.

[4]“新工科”背景下通信原理的課程優化[J].價值工程.2018（3）：258-259.

[5]新工科背景下數據機構課程教學改革[J].學園.2017（22）：44-45.

[6]新工科創新人才培養與學生能力評價方式改革研究[J].中國現代教育裝備.2017（10）：35-37.

作者簡介：

徐學翔（1974-），男，江西豐城人，副教授，博士，研究方向：量子光學。