基于OBE教育理念的大學(xué)物理開放實驗教學(xué)模式探索

高永浩 王艷召 唐翰昭 王繼國 谷卓

摘要大學(xué)物理實驗是理工科學(xué)生重要的基礎(chǔ)實驗課程，對學(xué)生能力培養(yǎng)起著不可替代的作用。在國家大力提倡建設(shè)新工科的時代背景下，我們基于成果導(dǎo)向的教育理念，對如何更好地完成大學(xué)物理實驗教學(xué)進(jìn)行了改革與探索，提出了大學(xué)物理開放實驗教學(xué)模式，研究并明確了其中各教學(xué)環(huán)節(jié)間的銜接與聯(lián)系，為相關(guān)教學(xué)及教研人員提供了參考。

關(guān)鍵詞 OBE 大學(xué)物理實驗 開放實驗 教學(xué)改革

中圖分類號：G424文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.19.037

Exploration of Open Experiment Teaching Mode of College Physics Based on OBE Education Concept

GAO Yonghao， WANG Yanzhao， TANG Hanzhao， WANG Jiguo， GU Zhuo

（Department of Mathematics， Shijiazhuang Tiedao University， Shijiazhuang， Hebei 050043）

AbstractCollege physics experiment is an important basic experiment course for science and engineering students， which plays an irreplaceable role in the cultivation of students’ ability. Under the background that our country strongly advocates the construction of new engineering， we have carried out the reform and exploration on how to better complete the university physics experiment teaching based on the educational concept of achievement oriented， put forward the university physics open experiment teaching mode， studied and defined the connection and connection between the teaching links， and provided reference for the relevant teaching and research personnel.

KeywordsOBE； college physics experiment； open experiment； teaching reform

繼“復(fù)旦共識”“天大行動”及“北京指南”[1]拉開新工科建設(shè)的序幕后，我國新工科建設(shè)逐漸進(jìn)入了實質(zhì)性實施階段，教育部也發(fā)布了《新工科研究與實踐項目指南》并組織了一系列研討活動。[2]而自2013年6月我國成為《華盛頓協(xié)議》簽約成員后，工程教育專業(yè)認(rèn)證作為新工科建設(shè)的重要抓手，越來越受到各高校的重視。[3]

工程教育專業(yè)認(rèn)證遵循三個基本理念：成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)。[4]其中，成果導(dǎo)向教育理念（Outcome Based Education，簡稱OBE）亦稱能力導(dǎo)向教育、目標(biāo)導(dǎo)向教育或需求導(dǎo)向教育，于1981年由美國教育學(xué)家Spady等人提出后，很快就受到教育界普遍認(rèn)可。[5]OBE教育理念強(qiáng)調(diào)四個問題：[6]我們想讓學(xué)生學(xué)到什么？為什么要讓學(xué)生取得這樣的成果？如何有效地幫助學(xué)生取得這樣的學(xué)習(xí)成果？如何知道學(xué)生是否已經(jīng)取得了這些成果？我國當(dāng)代著名教育家葉圣陶先生也曾經(jīng)多次在其論述中表達(dá)過“教是為了不教”這個理念，[7]“教師之為教，不在全盤授予，而在相機(jī)誘導(dǎo)，必令學(xué)生運(yùn)其才智，勤其練習(xí)，領(lǐng)悟之源廣開，純熟之功彌深，巧為善教者也”。葉圣陶先生這段話就是OBE教育理念的生動寫照。

1 OBE理念在大學(xué)物理實驗教學(xué)中的實踐

大學(xué)物理實驗作為理工科學(xué)生的重要基礎(chǔ)實驗課程，是工程教育體系的重要組成部分，對學(xué)生動手能力、創(chuàng)新意識的培養(yǎng)都起著關(guān)鍵作用。將先進(jìn)的OBE教育理念有機(jī)地融入大學(xué)物理實驗教學(xué)中，對于提高教學(xué)效果、有效地支撐專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)及畢業(yè)要求都是很有幫助的，這也是教學(xué)改革的發(fā)展趨勢。各高校都根據(jù)自己的實際情況進(jìn)行了積極地探索。

在教學(xué)模式上的探索方面，東北大學(xué)秦皇島分校由需求確定培養(yǎng)目標(biāo)，實行模塊化實驗教學(xué)。[8]東南大學(xué)開展了“內(nèi)容開放”因材施教的基礎(chǔ)物理實驗、“自由開放”的預(yù)備性物理實驗選修以及激勵創(chuàng)新“自由開放”的“課余”實驗等。[9]中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)將大學(xué)物理開放性實驗作為選修課開出，以學(xué)生獨(dú)立操作為主，鼓勵學(xué)生獨(dú)立思索、勇于創(chuàng)新。[10]南昌大學(xué)構(gòu)建了以應(yīng)用為導(dǎo)向的實用型大學(xué)物理實驗教學(xué)體系，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情及創(chuàng)新能力。[11]

在考核方式上的探索方面，國防科技大學(xué)、[12]廣西大學(xué)、[13]北京工業(yè)大學(xué)[14]等高校主要采用平時實驗報告、期末理論考試和小論文相結(jié)合的方式進(jìn)行考核。華東師范大學(xué)采用實驗操作考試方式，以學(xué)生做過的實驗為基礎(chǔ)進(jìn)行拓展，借此考查獨(dú)立實驗的能力。[15]為了提高操作考試的評價的效率及準(zhǔn)確性，華南師范大學(xué)提出了將工作單方式和觀察評價相結(jié)合的大學(xué)物理實驗操作考試模式。[16]

可以看出，在教學(xué)模式的探索上，各高校都把“開放”實驗作為提高教學(xué)效果，鼓勵學(xué)生自主創(chuàng)新的重要手段。而在考核方式的探索方面，操作考試這一最能檢驗學(xué)生動手能力、最符合OBE教育理念的考核形式，也被部分高校所采納，因地制宜地提出了具體的考試方案。

2基于OBE理念的大學(xué)物理開放實驗教學(xué)模式

參考各兄弟院校的經(jīng)驗，我校數(shù)理系物理實驗中心經(jīng)過長期教學(xué)實踐，將OBE教育理念落實到大學(xué)物理實驗的日常教學(xué)中，提出了基于OBE教育理念的大學(xué)物理開放實驗教學(xué)模式，將大學(xué)物理實驗教學(xué)分為四個環(huán)節(jié)，分別是課堂講授、課程實驗、開放實驗和操作考試。

該教學(xué)模式的“開放”體現(xiàn)在兩個方面，一是在“課程實驗”環(huán)節(jié)，學(xué)生可以在我們提供的多個備選實驗項目中根據(jù)自己的學(xué)習(xí)需要或興趣來選擇相應(yīng)的實驗項目；二是指在“開放實驗”環(huán)節(jié)，我們提供全開放實驗室，里面擺放各種常見的大學(xué)物理實驗儀器設(shè)備及耗材，學(xué)生可以在其中自由練習(xí)實驗操作技能，自主設(shè)計創(chuàng)新實驗項目。

為了配合該“開放”實驗教學(xué)模式，保障學(xué)生自由選實驗情況下的教學(xué)有序開展，我們物理實驗中心自主開發(fā)了一套實用的物理實驗課程信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了物理實驗課程全過程的信息化管理，推進(jìn)了我校實驗教學(xué)的信息化建設(shè)進(jìn)程，為實現(xiàn)基于OBE理念的大學(xué)物理開放實驗教學(xué)模式提供了技術(shù)支撐。圖1為該系統(tǒng)的體系示意圖。

該系統(tǒng)主要實現(xiàn)了三個功能：一是實驗預(yù)約查詢功能，學(xué)生可通過該系統(tǒng)方便快捷地預(yù)約實驗項目、查詢預(yù)約情況、退訂所選實驗、查詢實驗成績等；二是答疑解惑功能，學(xué)生可在實驗過程中通過該系統(tǒng)及時查詢該實驗項目的各種常見問題解答，包括文字、圖片以及視頻等資料；三是教學(xué)評價功能，學(xué)生可以通過該系統(tǒng)及時地對實驗課程進(jìn)行評價或反饋意見建議，方便教師收集教學(xué)改革所需要的數(shù)據(jù)。

3各教學(xué)環(huán)節(jié)的銜接與聯(lián)系

在上述教學(xué)模式中，各教學(xué)環(huán)節(jié)不是割裂的，而是相互聯(lián)系的；不是彼此分立的，而是形成了一個有機(jī)的整體。接下來要討論的是，在我們基于OBE理念的大學(xué)物理開放實驗教學(xué)模式中，各教學(xué)環(huán)節(jié)的銜接與聯(lián)系，其示意圖見圖2。

課堂講授環(huán)節(jié)。主要由教師對實驗的基本原理、儀器設(shè)備、操作方法、注意事項等進(jìn)行講解。在講解中結(jié)合多媒體及儀器實物，務(wù)必邏輯清晰、重點突出，這就為接下來學(xué)生的課程實驗環(huán)節(jié)提供了知識儲備。同時通過講解中的知識拓展部分，為后續(xù)學(xué)生進(jìn)入開放實驗環(huán)節(jié)激發(fā)興趣、明確目標(biāo)。比如在分光儀實驗課上，可以講解彩虹的形成原理，鼓勵學(xué)生去開放實驗室進(jìn)行研究。同時，教師也通過課堂講授環(huán)節(jié)提前布置操作考試的內(nèi)容及要求，傳導(dǎo)壓力，促使學(xué)生認(rèn)真對待、勤加練習(xí)。

課程實驗環(huán)節(jié)。在教師講授結(jié)束后，學(xué)生即進(jìn)入課程實驗環(huán)節(jié)，主要由學(xué)生自己動手進(jìn)行實驗操作。如果實驗遇到問題，我們鼓勵學(xué)生首先根據(jù)課堂講授內(nèi)容及自己的知識儲備，嘗試去分析問題并解決問題。如果仍無法解決，再向教師提問，提問時要說明自己經(jīng)過了哪些思考和嘗試。這樣的提問是OBE教育理念所鼓勵的高質(zhì)量的提問。我們還通過上文所述實驗信息管理系統(tǒng)提供了教學(xué)評價功能，學(xué)生每上完一次課，就可以提交對當(dāng)次實驗課的評價。評價內(nèi)容上，我們要求學(xué)生撰寫本次實驗的收獲，對課程改進(jìn)的建議及對老師的評價等。這些教學(xué)反饋的收集與分析對推動教學(xué)改革是非常重要的。另外，課程實驗環(huán)節(jié)也為接下來的開放實驗環(huán)節(jié)提供了技能儲備。如學(xué)生在實驗課上學(xué)習(xí)并練習(xí)過示波器的使用后，就可以去開放實驗室自行搭建各式電路并使用示波器測量電路特性。

開放實驗環(huán)節(jié)。我們物理實驗中心設(shè)有一間全開放實驗室，全年開放。里面有各式實驗儀器三十余臺套。儀器涵蓋了我們所開設(shè)的實驗課程內(nèi)的全部設(shè)備（如游標(biāo)卡尺、分光儀、示波器等），以及一些課內(nèi)未涉及的常見實驗儀器（如沖擊電流計、傳感器組合實驗儀等）。我們要求同學(xué)們在充分預(yù)習(xí)的前提下，自由前來開放實驗室進(jìn)行練習(xí)。實驗中心有教師值守，協(xié)助解決同學(xué)們在實驗中遇到的問題。在開放實驗室，我們同樣鼓勵有效答疑，即希望同學(xué)們經(jīng)過了自己的思考和嘗試之后，再考慮向教師求助，進(jìn)行高質(zhì)量的提問。在這樣的環(huán)境下，學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)新的能力會得到極大提高，這就為后續(xù)操作考試環(huán)節(jié)提供了能力儲備。

操作考試環(huán)節(jié)。操作考試是考核學(xué)生實驗操作技能的主要方法，是我們對學(xué)生結(jié)束實驗課程后所能達(dá)到的能力水平的總考察。從OBE理念的角度講，我們的所有實驗教學(xué)環(huán)節(jié)都是為了學(xué)生能獲取相應(yīng)的實驗設(shè)計能力和實驗操作技能，并順利通過操作考試而設(shè)計的。我們會在學(xué)期初就公布操作考試題目范圍，考試時每位同學(xué)從中隨機(jī)抽取一個實驗項目進(jìn)行考核。考試要求單人單組，給每個同學(xué)提供一張內(nèi)容類似簡版實驗報告的試卷，要求學(xué)生根據(jù)試卷的提示，一步一步獨(dú)立完成實驗操作、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理和實驗分析等。在多年的教學(xué)實踐中，我們?yōu)榱苏鎸嵉乜疾鞂W(xué)生的實驗操作能力，形成了如下做法：教師在學(xué)生進(jìn)考場前統(tǒng)一打亂儀器參數(shù)，考試中學(xué)生每完成一個關(guān)鍵操作步驟，都要舉手叫老師進(jìn)行檢查，檢查無誤后教師給出這一步的操作分?jǐn)?shù)，學(xué)生再繼續(xù)往后做，直到考試結(jié)束交卷。每個實驗操作考試題目約設(shè)計三個關(guān)鍵考察步驟，每步都做對了，就能通過考試，就說明學(xué)生確實獲得了相應(yīng)的實驗操作能力。通過對操作考試情況的分析，我們也會不斷地優(yōu)化提高教學(xué)過程，達(dá)到總體持續(xù)改進(jìn)的目的。

當(dāng)教師有意識地把以上每個教學(xué)環(huán)節(jié)的要點及其間的銜接與聯(lián)系落實到具體教學(xué)流程中，督促學(xué)生積極動手實踐、勤于思考，我們就能夠很好地回答OBE教育理念提出的四個問題，很好地達(dá)成課程的培養(yǎng)目標(biāo)，很好地培養(yǎng)學(xué)生的實驗操作技能、自主創(chuàng)新意識。

4結(jié)束語

OBE教育理念把學(xué)生的能力獲得作為教育教學(xué)的主要產(chǎn)出進(jìn)行關(guān)注，特別強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)到了什么而非教師教授了什么，其教學(xué)評價聚焦在學(xué)習(xí)成果而非教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)時間和學(xué)習(xí)方式上。我們基于OBE教育理念，自主開發(fā)了一套大學(xué)物理實驗信息化管理系統(tǒng)，依托該系統(tǒng)提出并實踐了大學(xué)物理開放實驗教學(xué)模式，為我校各工科專業(yè)人才培養(yǎng)提供了堅實保障。同時，本文還探討了該教學(xué)模式中各教學(xué)環(huán)節(jié)間的關(guān)系，希望能拋磚引玉，為相關(guān)教學(xué)教研人員提供參考，共同推進(jìn)大學(xué)物理實驗教學(xué)改革。

課題項目：2018年河北省教育廳高等學(xué)校人文社會科學(xué)研究項目“數(shù)學(xué)建模在大學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用研究”項目編號：GH181033

參考文獻(xiàn)

[1]新工科建設(shè)指南（“北京指南”）[J].高等工程教育研究，2017（04）： 20-21.

[2]林健.深入扎實推進(jìn)新工科建設(shè)——新工科研究與實踐項目的組織和實施[J].高等工程教育研究，2017（05）：18-31.

[3]顧佩華，胡文龍，林鵬，等.基于“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”（OBE）的工程教育模式——汕頭大學(xué)的實踐與探索[J].高等工程教育研究， 2014 （01）： 27-37.

[4]李志義.對我國工程教育專業(yè)認(rèn)證十年的回顧與反思之一：我們應(yīng)該堅持和強(qiáng)化什么[J].中國大學(xué)教學(xué)，2016（11）：10-16.

[5]申天恩，斯蒂文·洛克.論成果導(dǎo)向的教育理念[J].高校教育管理， 2016，10（05）：47-51.

[6]李志義，朱泓，劉志軍，等.用成果導(dǎo)向教育理念引導(dǎo)高等工程教育教學(xué)改革[J].高等工程教育研究，2014（02）：29-34+70.

[7]葉圣陶.葉圣陶語文教育論集[J].閱讀，2021（15）：65.

[8]周紅仙，王毅.新工科背景下基于OBE的大學(xué)物理實驗教學(xué)方法研究[J].大學(xué)物理實驗，2020，33（05）：141-145.

[9]陳小鳳，孔祥翔，周立新.東南大學(xué)物理實驗開放教學(xué)簡介[J].物理實驗，2002（04）：22-25.

[10]浦其榮，霍劍青，軒植華.開放型物理實驗的研究和探索[J].物理實驗，2005（02）：31-32，34.

[11]王慧琴，吳慶豐，梁曉軍，等.以應(yīng)用為導(dǎo)向的大學(xué)物理實驗改革的探討[J].實驗技術(shù)與管理，2012，29（09）：148-150.

[12]劉振祥，楊棟.大學(xué)物理實驗課程的考核方式改革探索[J].高等教育研究學(xué)報，2012，35（04）：105-106.

[13]陳紅梅，韋文樓，吳偉明.《大學(xué)物理實驗》課程考試方式的探討[J].高教論壇，2009（06）：83-85.

[14]原安娟，丁曉紅.大學(xué)物理實驗考核方式評價[J].大學(xué)物理實驗， 2009，22（01）：117-119.

[15]李佳隆，舒崢，鄭榮煒，等.大學(xué)物理實驗課程操作考試的實踐與分析[J].物理實驗，2016，36（08）：25-30.

[16]吳肖，熊建文.基于工作單和觀察評價的大學(xué)物理實驗操作考試[J].實驗室研究與探索，2012，31（02）：141-143.