基于OBE 理念的大學物理實驗PPBL 教學模式的探究

呂東燕 周 原

（湖北汽車工業學院理學院，湖北 十堰 442002）

0 引言

大學物理實驗作為一門學科基礎實驗課程， 是理工科學生接受系統實驗方法和實驗技能訓練的開端，同時也是培養學生科學實驗能力、 提高科學素質的重要基礎。 目前，課程教學內容相對穩定和成熟，但隨著對人才培養質量的高階要求，即知識、能力和素質有機融合，培養學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維，合理有效的教學方式起著至關重要的作用。近些年來，大學物理實驗教學模式上的創新改革如雨后春筍，例如，問題驅動式教學、MOOC（慕課）、PI（同伴互助教學）、翻轉課堂、BOPPPS 有效教學模式、線上線下混合式教學等，大大提高了學習者的參與度和教學成效。

在 OBE（Outcome based education）教學理念的引導下， 基于物理問題的學習 “PPBL （Physics problem based learning）”教學模式是以物理問題為基礎，以學生為中心，以提高學生分析和解決問題能力為目標的創新性教學模式。該模式的精髓在于充分發揮問題在學習過程中的指導作用，調動學生的主動性和積極性[1-4]。 本文將該模式應用于光學系列實驗的教學過程中，目的是突破傳統的被動學習狀態， 讓學生進入自主學習狀態，提高大學物理實驗教學質量。

1 教學中存在的突出問題

（1）教學理念轉變過程教師經驗缺乏。隨著信息技術的發展， 傳統的教學模式越來越不能滿足信息時代社會的要求，“以教師為中心”向“以學生為中心”轉變的過程中，教師轉變了角色，由“演員”變成了“導演”。但是在轉變過程中，由于部分教師教學經驗不足，不能積極地引導學生自主學習。

（2）教學內容缺少創新元素融入。 實際上很多實驗教師在授課時注重學生知識和能力方面的鍛煉，并沒有重視學生素質方面的培養，缺少課程思政元素的有效融入。 另外，實驗項目偏重經典的和基礎的驗證性實驗，缺少與現代科技技術相結合的綜合性實驗和設計性實驗，缺少與創新創業、物理實驗競賽等相結合的創新性實驗。

（3）教學方式單一，課堂沉悶。 一般要求學生實驗前預習，在實驗室教師講解、演示之后，學生按實驗操作步驟進行數據測量，教師對學生實驗過程中出現的一些實驗現象給予指導，學生課后完成實驗報告。 實際上整個教學過程學生按步驟機械地重復實驗操作，忽略了學生自主能力的培養和潛能的發揮，也會導致學生在思想上不重視實驗，缺乏獨立思考，創新能力得不到有效提升。

（4）教學評價作用和功能不突出。 在實際的教學過程中，教學評價的作用和功能并不突出。 學生的學習效果主要的評價指標是實驗平均成績，多元的過程評價沒有得到有效體現。 教師教學過程的評價表現為學生、教學督導和同行以及學院教學質量評價小組三個層次，評價結果的導向功能和反饋功能不明顯。

2 物理問題的設計與創建

在課前，從實驗原理、實驗方法、儀器使用、實驗操作、數據處理、實驗拓展等方面有針對性地設計問題。 通過將問題碎片化，再把問題融入每個教學環節中，學生可以通過思考、討論、查閱資料等方式，逐漸地投入到實驗研究中來。

2.1 物理問題的設計原則

PPBL 教學模式重在問題引導， 突出問題的指導性作用，因此，問題的選擇和設計要達到提高學生解決問題和分析問題的能力、提高學生自主學習意識的要求。 大學物理實驗課堂教學一般按照實驗預備、實驗講解、實驗操作和實驗總結四個環節進行。 根據教學目標，主要圍繞知識鞏固、能力提升和素質拓展三個方面設計問題。

2.2 物理問題的創建類型

教師依據教學目標合理選擇教學內容，認真分析實驗教學的重點和難點問題，可利用思維導圖等形式先把實驗原理、 實驗操作等涉及的知識點展示出來，再根據每個知識點提出具體的有建設性的問題。 另外，根據知識點的難易程度，問題也可以由易入難，從基礎性問題到綜合性問題，再到拔高性問題，讓不同層次的學生有選擇的余地。

以光柵衍射實驗為例，我們設計了一些問題：（1）光柵有哪些種類？什么是二維光柵和立體光柵？（2）光柵方程反映的是哪些物理量之間的關系？ 光柵常量是什么？ （3）光柵衍射實驗中，如何保證平行光垂直照射到光柵平面上？ （4）如果觀察到的光柵光譜是傾斜的，該如何調整？ （5）系統誤差有哪些？ 隨機誤差有哪些？（6）為什么分光計設計兩個角游標？ （7）什么是各半調節法（逐次逼近法）？ （8）你還知道哪些測量光波波長的方法？ （9）拓展問題：如何用分光計測氦氖激光器的波長并與邁克爾遜干涉儀所測波長比較。

2.3 物理問題的有效融入

在預備環節，教師通過學習通平臺向學生提出2～3 個預備性問題， 學生在問題引導下主要熟悉實驗的原理和實驗的設計思想。 例如在光的等厚干涉實驗中，學生在大學物理課程中已經了解了光的波動性和部分干涉理論，在實驗課中學生要充分利用此部分時間加深對光的相干性、等厚干涉、相干條件、光程差和半波損失等概念的理解。

在實驗講解過程中，一般把講解內容分解成若干個小碎片，每個小碎片關聯一個教學內容，教師引導學生積極思考，并給學生機會和一定的時間展示自己對內容的理解，讓學生充分表達，教師對學生講解的內容進行評價和補充。

在實驗操作中，學生首先按照教材中的要求完成基本的實驗操作內容，主要包含熟悉實驗儀器的調節和使用方法，完成實驗數據的測量。 在此環節，預留一定的時間讓學生討論， 將學生分成若干個討論小組，由組長記錄下實驗操作過程中遇到的難題和解決方案，還有哪些困惑？ 之后讓小組代表向大家展示，教師給予解答或指導。

在實驗總結環節，教師對學生參與課堂的情況給予評價，學生也要對自己本次實驗給予評價，要求學生將自己的收獲分享在學習通討論區里。 另外，教師對學生提出高階要求，學生在報告中不僅要回答指導書上的常規思考題，還要通過查閱文獻，思考一些拓展問題，目的是讓學生進一步加深對實驗原理和實驗方法的理解，并養成良好的自我學習的習慣。

3 結語

在OBE 教學理念和新時代背景下， 大學物理實驗教師要思考如何扮演好自己的教書育人角色，讓學生對物理實驗有興趣，學生能夠主動學習。 PPBL 教學模式在很大程度上調動了學生做實驗的積極性和主動性，同時通過討論交流，激發學生積極思考，學生不僅掌握了知識， 創新意識和創新能力也得到了提升，還培養了學生團結協作和一絲不茍的科學精神，有效地提高了大學物理實驗的教學質量。