基于創新創業教育理念的大學物理實驗課程改革探索與實踐

周曉紅　陳杰　張西平　張琴

[摘要]2019年3月，教育部提出將專業知識傳授與創新創業能力訓練有機融合，打造專創示范課。大學物理實驗是學生進入高校后接受的第一門實踐類課程，課程對提升學生的實踐能力、培養學生的創新意識和創新能力有潛移默化的作用。課題組通過對大學物理實驗現狀進行調研分析，指出現有教學模式的弊端，探索并實踐了通過改變教學模式、提高教師創新能力、搭建創新平臺等舉措，深化創新創業教育理念在大學物理實驗教學中的地位，提升教學質量，提高學生的創新技能。

[關鍵詞]創新創業;教育理念;大學物理實驗;課程改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號]2095—3437（2021）01—0148—04

習近平總書記在黨的十九大報告中強調，“人才是創新的根基”“創新驅動實質上是人才驅動”，大學生是創新人才的核心部分，是科技創新的中堅力量，大學生創新能力培養已被納入國家創新發展戰略的重要環節。2019年3月，教育部發布的《關于做好深化創新創業教育改革示范高校2019年度建設工作的通知》提出，要挖掘和充實各類專業課程的創新創業教育資源，將專業知識傳授與創新創業能力訓練有機融合，打造一批專創示范課。為了落實文件精神，促進創新創業教育理念在大學物理實驗課程教學中落地生根，課題組探索并實踐與創新創業教育理念相融合的大學物理實驗課程教學模式和課程體系改革，以期對學生創新精神培養、創新意識和創新能力提高起到潛移默化的影響。

一、大學物理實驗教學現狀分析

筆者通過與不同院校實驗教師交談和文獻檢索分析兩種方式獲知，目前大學物理實驗的教學現狀不容樂觀。現階段各高校大學物理實驗教學多采用三段式教學模式。

第一階段，課前預習。要求學生書寫預習報告并在實驗開始前交教師檢查。預習報告抄書現象比較明顯，多數學生是教材的“搬運工”，預習效果欠佳。

第二階段，實驗操作。學生進入實驗室進行實驗操作訓練并測量數據。動手操作前，實驗指導教師一般會邊演示操作邊講解實驗要點，之后學生自己動手完成操作及數據測量。學生模仿教師操作，沒有深入思考相應的實驗思想和實驗技術應用。

第三階段，數據處理。學生在實驗室完成數據測量、經教師簽字確認無誤后，離開實驗室，在規定時間內完成數據處理并按時上交報告，這樣的報告雷同現象比較突出。

整個實驗流程學生對教師有嚴重的依賴心理，處于被動學習狀態，學生為完成任務而做實驗，缺少學習的主動性，更談不上創新。很顯然，在突出應用能力和創新能力發展的時代，此種教學模式不利于學生實踐能力的提高以及創新意識和創新精神的培養。基于此，項目組對物理實驗教學進行了改革探索，將創新創業融入實驗教學全過程。

二、基于創新創業教育理念的大學物理實驗課程改革探索與實踐

（一）改進教學模式，實現實驗過程與創新意識相結合

上述“填鴨式”“保姆式”的灌輸教學模式造成學生在學習過程中不會主動思考，為此，項目組在物理實驗教學中引入“問題一探究式”教學模式，將“問題”貫穿整個實驗過程，并嘗試“線上+線下”相結合的教學模式，教學過程圖如下圖1所示。

1.預習階段：印制實驗指導手冊，不再要求學生書寫預習報告。指導手冊的預習部分主要讓學生完成兩個內容，即實驗原理和實驗步驟。實驗原理以思考題的形式呈現，主要圍繞實驗原理展開，激發學生深層次思考，同時讓學生帶著問題來做實驗。實驗步驟以“表格一問題”的形式呈現，學生根據已經設計好的表格仔細閱讀實驗步驟，弄清楚該實驗項目用什么儀器、測量什么物理量、測量幾次，真正達到預習的目的。而實驗目的和實驗儀器已經在指導書中列出，不需要學生再書寫。

所有實驗項目的資源已經建好并上傳至“大學物理實驗”網站，學生可以在預習時實現“線上”預習查看，資源庫包括實驗儀器圖、實驗操作視頻、簡明的實驗步驟以及實驗問題集錦等。借助現代教育技術，課題組已經將部分實驗視頻和儀器簡介制作成微視頻并嘗試轉化成二維碼附在實驗指導手冊上，方便學生預習時查看。

2.操作階段：教師在指導學生實驗時不再做實驗演示，只講解關于儀器和人身安全的注意事項。實驗之初，教師設置問題，并對學生隨機提問，問題的設置起到啟發學生思考的作用。教師根據學生的回答掌握當次實驗學生的預習情況，這樣可以有針對性地進行實驗輔導。學生在實驗操作過程中對有疑問的知識點可以通過再次回看“線上”實驗視頻自己解決，針對比較集中的疑難點，教師可以采用集中講解的方式答疑。

實驗操作階段教師引導學生基于問題，自主探究實驗內容，啟發學生思維，讓學生在探究中解決問題并探究解決新的疑問，將學生在實驗中的新疑問記錄在冊，建立實時動態化的問題庫。以“液體表面張力系數的測定”實驗為例，目前建立的問題庫如圖2所示。

3.數據處理階段：本階段的主要任務是訓練學生規范完成報告的能力、基礎的實驗數據處理能力以及實驗技術的應用能力。教師在實驗結束之前可預留一段時間，提示學生在數據處理過程中容易出現問題的地方，要求學生積極完成相應的內容。如果課后有不會處理的數據可以通過QQ群、微信群等方式在線咨詢。

為了讓學生對實驗項目、實驗儀器及實驗技術應用有進一步的思考，教師在實驗結束后布置的思考題要有延展性且要定期更新，教師要引導學生思考尤其是進行創新應用方面的思考。比如“良導體導熱系數的測量”實驗，該實驗利用加熱水循環的方式給銅管傳遞熱量實現測量銅管線膨脹的目的，其中一個星期布置的課后思考題是“請列出水的一個物理特性并說明其在實驗或生產中的應用”。

（二）建設結構合理的高素質教師團隊，實現師生共長

長期以來教師對創新創業教育理念有誤解，以為創新創業教育就是創新創業活動，是學工部門的任務，與教學任務無關。要改變這種理念就要對教師做好創新創業教育理念的培訓。必須明確創新創業教育理念是一種新的教學模式，在這種教學模式中，教師與學生的關系發生了本質改變。教師從傳統的知識傳授者轉變為學生學習的引導者和協助者，與學生之間形成一種新型的相互學習的伙伴關系。

除了對教師角色提出新的定位外，其對教師技能也提出了全新的要求。在傳統教學模式下，教師只要會“教”似乎就可以順利通關，但在新的教學理念下，教師除了要會“教”，還要會“幫”。教師要幫助學生解決在實驗過程中的疑難問題，幫助學生掃除創新路上的障礙，比如實驗儀器創新、實驗思想創新等，這就要求教師備足功課，既要有扎實的知識功底，還要有全能的技術。如何做到這些要求？可以從以下幾點入手。

1.觀摩學習。通過觀摩往屆互聯網+大學生創新創業、大學生創新創業專項等國家、省級層面的競賽視頻、獲獎項目清單等，引導教師正確認識創新創業活動，尋找與教學密切相關的切入點，儲備相關知識背景。

2.參加崗位輪換和在職培訓。深入創新創業學院、創新創業基地、兄弟院校的實踐基地進行學習交流，積極參加校級、市級等創新創業短期培訓，提高個人綜合素質和創新精神。

3.鼓勵教有余力的實驗教師參與、指導各級各類賽事，形成教學能力強、具有創新精神和創新能力的高水平師資團隊。

（三）研發新型教學實驗儀器，構建創新實驗教育平臺

傳統實驗教學模式造成學生在完成實驗之后基本不再踏入實驗室，更不用說在基礎實驗室進行創新研究了。為了扭轉這個現象，可以從以下兩方面著手改進。

1.研發新型教學儀器，提高學生的參與度。由于實驗教師長期從事某一個實驗教學工作，對儀器和操作內容比較熟悉，容易形成固定思維，這非常不利于實驗創新。為此，實驗指導教師在指導實驗時要擅用學生思路開闊的優勢，鼓勵學生多思考、多提問，在問題的基礎上提出相應的優化方案。也可以定期召集部分學生進行座談，基于實驗中發現的新問題、新現象，討論儀器可改進或可設計的新方案，邀請學生深度參與儀器研發的全過程，并將改造或設計方案以文章、專利等形式呈現，用于教學、科研或充實到實驗教學中。

2.搭建創新實驗平臺，提高學生的參與度。通過與校教務處、創新創業學院等部門的專家不定期交流、訪談，進行多元化創新實驗教育。鼓勵學生根據自己的興趣、特長選擇不同的實驗創新項目，以應用為導向，從“學徒”做起，歷經方案設計、儀器設計改進等流程，完成項目或儀器制作。比如結合我校汽車專業特色，學生提出通過改變折射率改進汽車前車窗的入射光，并申請一項發明專利，現已進入實質審查階段。

三、取得的教學成效

據不完全統計，2019年1—6月由項目組成員參與或指導的成果如下圖3所示。

對實驗指導教師來說，單純的實驗教學的時代一去不復返，將儀器改造、實驗競賽、創新創業融入實驗教學過程，不僅能使其教學視野更加開闊，而且通過前期的成果積累，對項目申報、職稱評審、論文發表等都有一定的幫助。

對學生來說，教學改革的“紅利”主要體現在成績上。我校每年參與大學物理實驗學習的學生約為2300人，往年的成績分數在75—80分之間的人數居多，但是這個學期的學生分數則以80—89分之間的人數居多。

除此之外，學生在實驗操作技能、知識應用等能力的培養上也有顯著提高。課題組對選修“液體表面張力系數的測定”的學生做過兩次深度訪談，學生普遍反映“問題—探究式”教學模式更有利于他們開拓思考空間，加深他們對實驗項目的理解，這也提高了他們對實驗的興趣，讓他們愿意在實驗的基礎上提出自己的想法，實現了從“模仿”到“拓展”的進步。

四、不足及改進

1.考評機制。雖然項目組對教學模式和授課內容進行了改進，但是與之相適應的實驗成績評價體系還未納入改革范疇。今后還要探索將學生參與課題研究、項目實驗等活動認定為課堂學習的有效延展，建立將學生創新實驗、發表論文、申請專利等情況折算為實驗成績的評價體系，摒棄唯分數論的評價體系。

2.物理實驗采用開放式教學，每次做實驗的學生物理基礎不盡相同，教師對學生提出問題的難易程度不容易掌控。一般來說，問題的提出掌握來源于個人教學經驗、學生入學分數、院系專業等。顯然這種掌握方式不盡完美，有待提出新的解決方案。

3.不能全面掌握學生在各類競賽中的表現及能力，應與教務處、雙創學院等部門負責單位聯動，共建實驗創新教育平臺，協同育人，掌握學生在大學生雙創競賽、互聯網+創新創業、物理實驗創新競賽等各方面的能力水平和表現。

[責任編輯：陳明]