基于應用型人才培養的大學物理實驗教學改革

于鳳梅 周麗萍 李偉 王克強

摘要：遵循本校應用型人才培養的定位，大學物理實驗教學針對新時期出現的問題進行改革與探討。首先教師要更新實驗教學觀念，在教學中增加與時俱進的物理實驗教學內容；其次改革教學模式與教學方法，如建立循序漸進的分層實驗教學體系，利用網絡、虛擬仿真等現代化技術進行教學；最后改進物理實驗考核方法。通過物理實驗教學改革，學生的實踐能力獲得提升，教學質量得到了提高，物理實驗教學為應用型人才培養奠定基礎。

關鍵詞：大學物理；實驗教學；改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）33-0278-03

隨著我國高等教育規模的快速發展，教育部引導一批地方本科院校向應用型高等學校轉型，鼓勵地方高校面向社會需求，培養各行業發展急需的應用型人才，服務本地經濟發展。大學物理實驗是教育部規定面向理工科各專業學生開設的基礎課程。對于應用型高校，大學物理實驗是非常重要的基礎課。物理實驗能夠反映理工科實驗的共性和普遍性問題，大學物理實驗是學生進入大學后接受系統科學實驗方法和實驗技能訓練的開端。物理實驗不僅應讓學生受到嚴格的、系統的實驗技能訓練，掌握科學實驗的基本知識、方法和技巧，更重要的是培養學生理論聯系實際、分析和解決問題的能力，為培養學生成為應用型人才奠定堅實基礎。本文基于應用型人才的培養，對大學物理實驗教學改革進行了探索與實踐。

一、新時期大學物理實驗教學出現的問題

（一）學生基礎參差不齊，不重視物理實驗

隨著新校區的建立，我校招生規模不斷擴大，入學人數增多，生源不同，學生基礎參差不齊。學生不重視實驗的現象比較普遍，部分學生對待實驗的態度馬虎、敷衍了事。其主要原因有三個方面：首先，受傳統教育思想的影響，重視理論而輕視實驗的現象在教學中比較常見，有的學生認識不到大學物理實驗課的重要地位；其次，以教師為主體、學生為客體的教學模式，不能充分調動學生實驗的積極性；最后，受就業等的影響，有的學生缺乏學習物理實驗的興趣和動力。

（二）傳統物理實驗教學內容、教學方法和考核測評面臨挑戰

傳統物理教學內容陳舊，缺乏現代化氣息。大學物理實驗教材內容基本以經典的驗證性實驗為主，缺乏與現代技術關聯的實驗，并且大部分實驗的原理、方法和步驟及數據處理需要的公式都有羅列，學生按既定的步驟進行基本可以完成實驗。

傳統教學方法比較單調，不能調動學生的主動性和創造性。在過往的實驗教學過程中，學生一般是被動地接受知識和實驗方法，學生一般不需要制定實驗步驟和準備、搭建儀器設備。學生按照現有的實驗講義按部就班地操作一下，記錄數據，就可以完成實驗，這樣學生在實驗課上收獲甚微。

實驗考核方法不完善，致使學生的動手能力和獨立思考能力無法考查。長期以來學生的實驗成績由平時成績決定，即以實驗報告為主，而忽略了對實驗過程中學生的各實驗環節的考查。最終實驗技能強的學生實驗成績可能沒有只認真書寫報告拷貝他人數據的學生高，這可能打擊了學生認知過程中的積極性和主觀能動性，致使學生的實踐能力得不到更好的訓練。

二、大學物理實驗改革措施

（一）更新實驗教學觀念，轉變思想意識

長期以來，物理實驗教學常處于理論課教學的從屬地位，不被重視。教學過程中，應使師生認識到理論教學與實驗教學之間是相輔相成、相互促進的關系。實驗教學是理論結合工程技術的橋梁，是培養學生由知識型人才向應用型人才發展的重要途徑，實驗教學對于提高學生動手能力和培養學生創新能力有著理論教學無法替代的作用。在思想上對物理實驗有了正確的認識后，教師在物理實驗課的教學中盡心盡職嚴格把關，學生在物理實驗課中會更好地發揮主觀能動性學習實驗內容。

（二）增加與時俱進的物理實驗教學內容

根據當今物理學的發展方向和新時代對人才的要求，及時更新教學內容是必要的。結合我校人才培養目標“培養有較強的實踐能力的應用型高級專門人才”，把當前的新技術、實用性實驗技能融入大學物理實驗教學中，才能實現教學內容與時俱進，更好地培養應用型人才。

1.編寫物理實驗教材。物理教研室的教師針對大學物理實驗課程，建立起一套符合學生認知規律和現代知識結構的新的教學內容體系，在總結我校大學物理實驗教學改革與實踐的基礎上編寫了新教材。教材在精選經典實驗的基礎上，充實了一些適合現代社會發展的新的實驗項目，如“銻化銦電阻傳感器的磁阻特性測量及應用”，“溫差電效應與應用”，“霍爾位置傳感器及彎曲法楊氏模量的測定”和“全息照相技術”等實驗，以拓寬學生知識面，加深學生對物理在現代生產、生活中的應用學習。實驗內容具有現代化氣息，激發學生興趣。

2.整合和優化實驗教學內容體系。借鑒有關其他院校的改革經驗[1]，我們對現有物理實驗教學內容體系進行了改革、整合和優化。在內容設置上減少和改造驗證性、測量性實驗，調整并充實了綜合性實驗，突出了設計性實驗，建立起了包括基礎性實驗、綜合性實驗、設計性實驗在內的分層教學體系。新的教學內容體系由易到難，由簡單到綜合，由注重傳授基本方法到注重培養實踐能力，循序漸進、逐級提高，教學取得一定效果。

基礎性實驗，主要是測量基本物理量和使用常規、經典實驗儀器，在實驗內容設置上，首先要求完成學生基本實驗技能訓練，如調整基本光路、使用萬用表檢測與排除電路故障等。其次要求學生能靈活應用基本實驗方法，如比較法、補償法、干涉法等。在綜合性實驗內容設置上要求學生遵循綜合性、探索性等實驗原則。為了更好地體現科學技術的新發展和新工科的課程內容，實驗改革添加了近現代科學研究與工程技術應用較多的物理技術，如傳感器技術、激光技術、弱信號檢測技術等實驗內容，強化物理實驗與工程技術的緊密關系，把應用型人才培養的理念貫穿物理實驗教學中[2]。設計性實驗是指應用所掌握的知識，根據實驗室設定的實驗題目和內容要求，學生自主查找閱讀文獻、設計實驗方案、選擇實驗方法和實驗器材、擬定實驗步驟并獨立完成的實驗。如結合不同專業特點，開設適合不同專業學生的設計性實驗項目。例如：電子類專業可開設示波器的相關設計性實驗，如RLC電路特性研究、磁滯回線測定等項目；農學專業可開設恒溫自動控制的實驗項目；生物工程專業開設自組望遠鏡和顯微鏡的實驗等。設計性實驗能突出學生在實驗中的主體地位，其獨立思考、動手能力、個人才智得到了充分尊重[3]。設計性實驗拓寬了學生創新的思維空間，有利于培養具有創新思想的應用型人才。

（三）改革教學模式、教學方法

1.建立多元教學模式。教學模式和教學方法的改革建設與教學內容體系的改革是相輔相成的，前者是后者的邏輯展開。根據上述多層次的分級教學體系，發展多元教學模式并將采用多變的教學方法。

所謂多元教學模式，是指依據實驗內容的層次不同對應采用傳統教學模式或半開放性教學模式。傳統教學模式，是指學生在既定的時間和實驗室，使用統一的教材在教師指導下完成實驗教學。半開放教學模式，即對實驗的時間和空間、教學內容、教學設備、教學目標的部分開放，它是由傳統教學模式向開放性教學模式的過渡。

不同的實驗教學模式具有不同的教學功能和作用。為了讓學生掌握實驗共性的東西，打下良好的實驗基礎，在基礎性實驗和綜合性實驗過程中必須采用過去行之有效的傳統教學模式。半開放可以是教學時空、教學儀器的開放，也可以是教學內容、教學目標的開放等，可以對設計性實驗進行開放。在半開放教學模式階段將為學生提供豐富的不同專業的必修實驗和選修實驗項目，學生可根據專業、能力和興趣自由選擇實驗，使教學內容富有彈性。教學儀器結合實驗室具體情況進行開放，學生可根據所選實驗內容選擇儀器設備，進行自主學習和深入研究。通過傳統教學模式和半開放性教學模式的實驗教學有利于提高學生的實驗技能、思維能力、綜合應用能力。

2.利用現代化信息技術改進教學方法?，F代科學技術的突飛猛進，利用計算機、多媒體技術、網絡技術等現代化工具，改革傳統的教學方法日益受到物理工作者的重視。

隨著新校區的建設和使用，學校對大學物理實驗室建設打破老校區的格局，新校區每間實驗室都配置了多媒體設備，這樣為開展現代化實驗教學提供了有利條件。（1）使用多媒體、網絡進行實驗教學。搞好現代化的多媒體教學必須有高質量的多媒體課件，綜觀市面上的各實驗教學課件都具有一定的局限性，這些課件中涉及的實驗項目有限，有些課件使用的儀器與本校不同，為設計制作好實驗教學課件，物理教研室成立了制作小組，經過深入的調查研究、分析討論和結合我校具體情況，確定大學物理實驗多媒體課件設計制作的項目內容，用計算機、投影儀展示臺、數字照相機、數字攝影機等現代化的教學工具，將各實驗項目內容的文字、圖片、動畫、音像等資料進行采集整理和編輯制作，開發一套符合我校實際要求的科學合理的實驗教學課件。同時積極建設大學物理課程中心，物理實驗相關資料逐步電子化、網絡化，方便學生移動學習[4]。如學生可以利用課下時間進行網上預習實驗；學生登錄在線報告系統提交報告，教師在線批改；課程中心可進行線上答疑，提高了課堂的效率；在網上預覽設計性實驗的項目內容、要求和實驗條件，老師推薦加學生自選，最終確定學生感興趣的實驗項目等。在實驗學時有限情況下，課程網站提高了教和學的效率。（2）建設虛擬仿真實驗資源?？萍及l展日新月異，新器件、新設備層出不窮，實驗室設備緊跟科技的發展而更新建設是不太現實的，實驗內容更不可能包羅萬象，仿真軟件可以彌補這個問題。仿真軟件可以不斷更新，不斷加入新的元器件。虛擬仿真實驗資源具備先進、功能強的儀器，既擴充了實驗內容，開闊了學生的視野，又節省了經費。

（四）改進物理實驗考核方法

原有的物理實驗考核大都由平時成績決定，平時成績包括實驗報告和出勤率以及實驗課堂上的表現等。由于上課人數較多，教師很難準確評估每個學生的實驗技能。為了進一步保證實驗課的教學質量，公正評價學生，改革成績考核方法是必要的。新的實驗考核由平時成績和期末實驗考試成績兩部分構成，平時和期末分別占總成績的70%和30%，學生的期末實驗考試采用操作考試的方法。操作考試采用抽簽的方式，讓學生獨立完成本學期的一個實驗項目，同時將基礎性、綜合性和設計性實驗分別乘上不同的難度系數，向綜合性、設計性實驗傾斜，以此鼓勵學生重視此類實驗，提高其分析問題和解決問題的能力。期末考核內容涉及實操情況、誤差分析、實驗技術以及創新能力等方面。新的考核方法重視學生實驗的實操情況和數據處理能力，能夠引導學生重視平時實驗課上實驗技能的訓練與積累。

三、結束語

大學物理實驗教學改革遵循本校應用型人才培養的定位，通過進一步優化實驗教學內容體系，深化改革教學模式和方法，改進物理實驗考核方法，提高了學生的實踐能力和創新能力，提高了學生分析問題和解決問題的能力。大學物理實驗教學改革提高了實驗教學效果，為應用型人才的培養奠定基礎。

參考文獻：

[1]吳海英.《大學物理實驗》改革的幾點建議[J].大學物理實驗2015，28（1）：101-102.

[2]張曉鵬，韓仁學，孫楊.大學物理實驗教學改革方案設計與實踐[J].大學物理實驗，2015，28（3）：114-116.

[3]范婷，李金平.TPACK理論框架下大學物理實驗教學設計與整合[J].物理實驗，2018，38（6）：46-50.

[4]馬寧生，呂軍，方愷.大數據背景下的大學物理實驗教學改革[J].物理實驗，2016，36（12）：26-30.