基于創新能力培養的物理實驗教學質量監控體系建設

史智平

（寶雞文理學院物理與光電技術學院，陜西 寶雞 721013）

實驗教學是本科基礎教學的重要組成部分，是培養和造就具有一定創新能力的應用型技術人才不可缺少的重要環節。其對于培養學生的自主學習能力，觀察分析、發現問題、解決問題和創新能力起著關鍵作用。課程培養目標的基本任務是通過實驗課程學習使學生掌握初步科學實驗技能，培養學生理論聯系實際、解決實際問題的能力。因此，實驗教學內容和方法多樣與開放，實驗教學規范和合理的評價，是提高實驗教學質量，達到培養目標的基本途徑。

一、物理實驗教與學中存在的問題

基礎物理實驗課程的重點是學習和掌握物理實驗的基本知識、基本方法以及培養基本的實驗技能，培養學生的實際操作和動手能力。但現行實驗課程的教學內容、模式和方法等仍存在許多與培養應用型人才不相匹配的地方。

1.因受教學設備條件的限制，大部分實驗課程內容更新慢，多是驗證性實驗，如在基礎物理光學實驗中傳統、經典的幾何光學、干涉、衍射實驗占比多，而與現代光學實驗內容有關的實驗占比少，實驗項目驗證性實驗多，綜合性、設計性實驗少，內容單一，學生只是在教師指導下通過實驗完成對某一個物理原理或物理量的驗證，沒有進一步深入設計和研究的內容。實驗內容也不能完全反映學科的發展和學生對新知識了解的要求。從教學內容和實際效果上來看學生只是簡單地重復，而沒有通過實驗完成將理論知識與實踐相結合并運用理論知識去研究和解決實際問題的環節，從而不能很好地完成培養學生運用理論知識解決實際問題的能力的課程目標。

2.傳統實驗教學基本上是在固定的時間、固定的地點，教師講學生重復做，按教師的要求去完成學習內容，學生幾乎沒有選擇的余地。這種教學模式無法很好地滿足學生的個性化需求，不利于激發學生的創新積極性。

3.由于實驗課程的教學內容和形式的特殊性，完全照搬理論課的模式對實驗教學的質量和效果進行評價顯然是不合適的，因此，必須建立符合實驗課程特點的質量標準和評價體系，從而保證實驗教學質量，達到培養目標，這也是實驗教學改革的一個重要方面。

二、以實驗教學多方位優化為基礎，推動實驗教學目標的更好實現

1.從2017年開始，我校在總結以往在實驗教學體系、綜合性、設計性實驗開設，實驗評價等方面工作的基礎上，以物理實驗教學中心現有的課程資源為平臺，以學院第十二批教改項目“創新能力培養的物理實驗教學質量監控體系建設”，根據實驗課程特點，以培養與逐步提高學生的科學實驗素質和創新能力為目標，從實驗教學內容、實驗教學方法、實驗教學質量、實驗教學效果等方面入手，重新構建實驗課程內容和體系、利用信息技術建立多形式教學模式，制定完善的實驗教學質量標準和評價體系，從而實現從內容、方法、目標全方位的完善，為課程培養目標的實現奠定良好的基礎。

2.根據現有的教學資源和學科發展要求，重新編寫基礎物理實驗教材，在實驗教材的編寫中，在實驗內容的選擇上要體現基礎物理實驗的課程目標，通過實驗學生能夠比較全面地了解和掌握基礎物理實驗基本內容和方法，且各實驗項目內容上相對獨立，可根據教學要求靈活選擇和安排。基礎性實驗突出基本物理量的測量、常用物理實驗方法和技術、常用實驗儀器的調節與使用等，而綜合實驗項目所涉及的實驗方法、技術和儀器等大多與基礎性實驗內容相關聯，也是對原有實驗內容的擴展。這不僅有利于學生學習的過渡，而且也是對學生運用所學實驗知識與技能解決實際問題的很好訓練。從要求上體現物理實驗課的基礎性，考慮到中學物理實驗教學的現實狀況以及學生后續實驗課程學習的需要，突出實驗課學習的基本程序與要求，在實驗儀器操作、實驗數據的記錄與處理等方面都要對學生提供明確的示范并提出要求，從而培養學生的科學實驗技能，為學生后續實驗課程的學習打下良好的基礎。從單一內容上體現基礎物理實驗的拓展性。大部分實驗項目包含必做和選做內容。同時，根據實驗內容介紹相關物理學家在研究物理規律與變化過程中的思想方法和對物理學發展的重大貢獻。如在“邁克爾遜干涉儀的調節與使用”實驗中，實驗教學從“以太漂移”的提出及解決的過程開始到“引力波理論與驗證”結束，通過學習學生可以了解到實驗在物理學以及自然科學技術發展中的重要作用，增強實驗學習的真實感和生動感，豐富實驗內容，同時學生也了解了科學發展的規律、科學研究的方法以及科學家的精神，形成科學的學習方法和研究方法，從而激發自身的學習興趣和培養學生的創新能力。

3.在實驗教學中充分利用信息技術實現虛擬仿真實驗和課堂實驗教學相結合，開放實驗內容擴展學習空間和時間，實現實驗教學“課內與課外、實體與仿真、集中與開放”的有機結合。虛擬仿真實驗資源以虛擬現實、人工智能、自動控制等技術，對物理實驗儀器使用和實驗操作過程進行高度仿真的虛擬模擬，學生可在仿真環境中開展實驗，通過虛擬實驗教學資源與平臺，教師將實驗預習、實驗報告評閱、實驗考試評判等教學內容有機融合為一體，完成實驗教學的各項內容，學生可通過虛擬仿真教學資源進行實驗預習，了解實驗儀器、實驗原理、實驗方法、實驗基本操作等內容，擬定實驗方案，再到實驗室進行真實實驗。學生也可在做完真實實驗后，再做虛擬仿真實驗，完成對真實實驗的深入學習和擴展實驗學習內容。

三、建立完善的實驗課質量標準和評價體系，促進教學質量提高

建立完善的實驗課質量標準和評價體系是提高實驗教學質量的有效手段。根據培養目標和課程要求，我校制定了“實驗教學質量標準及評價體系”從“實驗教學基本要求、實驗教學質量標準、實驗教學質量評價”等方面，建立了完善的物理實驗教學質量評價監控體系，從實驗教學準備、實驗教學實施、實驗效果評價、實驗教學考核、學生實驗能力評價等方面進行了全面的規范和評價。

通過幾年實驗教學內容和教學手段、方法的改革，實驗內容逐年更新，教學方法和手段更加多樣，質量考核體系更加完善，合作編寫了《大學物理實驗》《基礎物理實驗》和《綜合提高物理實驗》，主編的《大學物理實驗》《基礎物理實驗》教材已在教學中使用，每學年有近2000名學生通過虛擬仿真實驗教學平臺，實現了網上實驗預習、實驗試做、實驗考核，特別是大型化、復雜化、精細化、危險性強以及實體實驗中沒有的教學內容通過虛擬仿真實驗平臺使學生得以了解和學習，開拓了教學資源、擴展了學生的知識面，增加了學生的實踐機會。同時，在實驗報告批改、實驗考核等方面減輕了教師負擔，受到師生一致好評，實驗教學內容和方法的改革取得了可喜的成果。