中醫藥類專業物理實驗教學改革的研究與實踐

鄔家成，張文俊，楊振麗

（安徽中醫藥大學 醫藥信息工程學院，安徽合肥 230012）

1 研究背景及意義

近年來，我國逐步加強對基礎學科人才的培養，大學物理作為各個學科的基礎，愈發受到重視[1-2]。在培養大學生物理思維時，實驗是一項必不可少的內容。物理學是理論分析與實驗驗證相結合的一門學科，培養大學生的物理實驗能力，可以提高學生的物理思維，提升學生的動手能力和創新能力。以往的大學物理實驗往往是教師教、學生跟著做。學生將實驗當成一項任務，缺乏主觀能動性。物理實驗生動有趣，不僅可以提高物理實驗的教學效果，也能提高學生學習物理的興趣，因此對物理實驗教學進行改革勢在必行。

2 物理實驗教學改革的主要方向及存在的問題

物理實驗的重要性已獲得廣泛認可[3-5]，通過與中醫藥類院校同行的交流，筆者發現物理實驗教學普遍存在以下幾個問題：（1）實驗教學學時偏少，教輔資源匱乏。物理實驗課是一門理論結合實際，培養學生動手能力的課程，學生需要在實踐中提高實驗技能和創新能力。通過交流，筆者了解到目前中醫藥類院校物理實驗教學學時普遍在16 學時到24 學時之間，相對較少。在學時偏少、輔助教學資源匱乏的情況下，物理實驗的教學效果大打折扣。（2）實驗內容比較陳舊。目前開設的實驗項目基本以驗證性的基礎實驗項目為主，如液體粘滯系數的測量、聲速的測定、分光光度計的使用、旋光儀的使用等，缺少能夠培養學生創新能力的設計性與綜合性實驗。（3）實驗考核方式單一。受到實驗條件的限制，物理實驗無法開展單獨的實驗技能考核，這使得實驗考核方式主要為實驗報告加平時情況。這種考核方式容易使學生在完成實驗后機械地完成實驗報告，違背了開設物理實驗課的初衷。

目前針對物理實驗的教學改革也有不少探索，主要改革方向為：（1）從實驗內容進行改革。如徐瑛等認為大學物理實驗內容應當更具深度，建立不同的實驗模塊，以豐富學生的實驗方式[6]。林二妹提出在實驗中提高設計性和綜合性實驗占比，并且將教學內容和實驗內容相結合[7]。李道勇等提出將實驗教學內容分為不同層次，以針對不同專業的學生，并且把實驗內容進行拓展，以提高學生的創新能力和創新意識[8]。段雪松認為建設虛擬仿真平臺可以在實驗預習、開放教學、復習、考核環節中實現真實實驗不具備或難以完成的教學功能[9]。（2）對實驗考核方式進行改革。如李道勇提出將實驗報告作為理論總成績的一部分。郭偉杰提出應該參加學生參與的考核方式。這樣更能激發學生的主觀能動性[10]。孫云提出利用無紙化實驗報告，既方便學生，也方便教師隨時統計和研究學生的實驗學習情況[11]。徐瑛認為針對實驗課程的評價不應當僅針對實驗報告，而是對實驗的預習、學習過程和結果進行綜合評價。（3）利用互聯網進行大學物理實驗改革。如劉紅麗利用互聯網的方法組建了一整套網上教學、交互和考核平臺，該平臺同樣也注重多樣性的考核方式[12]。孫云基于互聯網建立起一套方便學生提前預習，并且提供相應多媒體資源的教學體系，最后設定了相應的任務。秦平力等認為互聯網可以優化大學物理實驗的教學內容和體系，并且建立平臺，促進師生之間的交流[13]。多數改革策略是將以上幾種改革方式進行協同，以達到改革效果最大化。

目前的改革策略存在以下幾個問題：（1）改革內容難以實現。一些改革方法實施起來有難度，有些是經濟上難以實現，有些是人力難以實現。比如搭建一個新的網絡平臺，或者建立開放式物理實驗室[14]，對經費和人力的需求都比較大。（2）改革要以學生為中心。改革要基于學生的需求，提升學生學習物理的興趣，同時提高學生的邏輯思維能力。（3）物理實驗拓展性不足。大學物理實驗除了可提高大學生基本的物理實驗能力，對于學生創新能力、動手能力和協作能力也是一種鍛煉。因此物理實驗體系改革要能體現出對基本物理實驗的拓展。

3 物理實驗教學改革的方案

3.1 改革教學方式

筆者所在學校為中醫藥大學，教學對象主要為中醫藥類專業學生，該類學生普遍具有一定的實驗動手能力。筆者在教學中發現，學生在物理實驗課中，對于一些實驗要求和操作細則理解不夠清晰。主要有兩個原因：一是實驗學時有限，無法將實驗過程進行詳細講解；二是學生容易遺忘，而且部分學生不愿主動提問，這使得教學效果大打折扣。筆者結合現代大學生喜歡逛Bilibili 視頻網站（B 站）的習慣，基于B 站設計一套短視頻，可以有效提高學生的學習效率。教師提前將講課內容錄制成視頻，上傳到B 站。在視頻中，教師可以將實驗過程講解得更為細致，并且對于實驗操作細節也能更好地進行展示。學生在做實驗過程中如果不熟悉某些細節，可以及時查看視頻。學生也可以在視頻中留言，增加師生之間的互動。實踐表明，學生普遍比較樂于接受在B 站看教學視頻的教學方式。由于學生提前學習了課程，因此在課上時間，可以增加學生和教師、學生和學生之間的溝通。物理實驗課的自主性比較強，一定要和學生討論實驗中的一些操作，這樣更有助于學生理解實驗過程中的物理含義和設計相應實驗步驟的原因。

通過這種線上線下相結合的混合教學方式，物理實驗教學由原先的單一課堂教學延伸到了課堂之外，打破了時間和空間的限制，提升了實驗教學的效率。

3.2 改革評價方法

以往的實驗評價盡管結合一些其他方式，但主要是基于實驗報告，這會導致評價不夠客觀全面。因此課程組建立了平時考核和結束考核相結合的評價方式。考核的方式可以靈活多樣，如可以采用面試問答、書面問答、操作考查、實驗小課題考查、實驗設計考查、實驗創新考查等，學生可以自行選擇。用靈活的考核方式來提升實驗課程學習的挑戰性，以促進學生能力的培養。然后將考核結果以一定比例作為期末考試成績，這樣可以有效提高學生的積極性。

此外，運用網絡平臺進行評價方式的選擇和結果的管理。在評價方式的選擇中設置一定的說明，方便學生理解并做出有效選擇。評價結果也可以直接錄入現有成績分析系統，將結果利用系統進行數據處理。該系統可以方便教師掌握學生的學習情況，并為下一步選拔對物理實驗有興趣的學生進行更深層次的培訓提供參考。目前已經開發完成了大學物理實驗教學系統APP，極大地方便了物理實驗教學。

3.3 拓展實驗內容

3.3.1 自主實驗

依據物理實驗教學要求，課程組選了8 個實驗，分別是液體表面張力系數的測定、冰的熔解熱簡易測量、液體折射率的測量、測量光盤的光柵常數、利用光的衍射測量圓孔直徑、漫反射測量玻璃折射率、自組光學干涉儀、單擺測量重力加速度。在向學生發布實驗指南后，指導學生進行主題式的實驗設計。學生可以任意選擇其中的一個實驗，從實驗器材、實驗原理、測量誤差等方面對實驗的可行性進行探究，結合利用手機中的phyphox 軟件（物理手機工坊）進行實驗的下一步工作，最后完成實驗報告并上交。另外，課程組還鼓勵學生針對目前物理實驗大綱列出的相應實驗的實驗器材自行重新設計與改進，學生可以充分發揮自主學習能力和動手能力，如已對光柵衍射測量光波波長實驗儀、模擬電冰箱裝置、恒溫控制電路等實驗儀器進行了改進，效果較好。

3.3.2 實驗競賽拓展

在學生完成必修的物理課堂內容后，對于部分擅長物理實驗、創新能力較強的學生，可以進一步培養。主要分為兩個階段，第一個階段是進行校內物理實驗競賽。此項內容不固定，可以自由發揮，也可以按照當年全國大學生物理實驗競賽的題目進行設計實驗。參賽學生為各個專業的學生，不同專業的學生可以自由組合成不同團隊。這樣可以大大提高學生的熱情，并激發學生的創新能力。組隊后由學生自由選擇指導教師，學校提供必要的實驗設備，供學生進行實驗，指導教師給予學生充分的指導。后期團隊進行實驗作品的講解與展示，由專家評審并點評，優秀的作品獲得校級競賽獎項，并推選相應作品團隊參加國家級競賽。第二個階段主要是作品打磨階段。學生對實驗作品進行更加充分的調研，同時學習優秀的實驗設計方案，進行改進，指導教師進一步進行指導。在設計實驗中，創新和效率并重。在全力完成自己設計的實驗作品的過程中，學生的創新能力、協同能力、設計能力和意志品質都能很好地得到鍛煉。以賽促學的氛圍也更能激發學生的原創力和好勝心。目前經過近3年的實踐，我校已獲得物理實驗競賽全國三等獎4 項，優秀獎2 項。學生在獲得成就感的同時，能力也得到了提升，實驗教學效果也得到了很好的體現。

4 培養實驗指導教師

課程所面臨問題的解決及實驗方式方法、實驗內容的改革與執行，都需要一支能勝任物理實驗教學的教師隊伍。指導教師應具備豐富的教學經驗，大量的學科知識儲備，并兼有一定的交叉學科背景。我校大學物理實驗課程教學全部由物理教研室承擔。近兩年，結合學校和學院的相應改革與調整，通過人員整合和引進新教師，使得物理教師隊伍整體水平大幅提高，較之以前能更好地指導學生實驗。物理教研室現有專職教師6 人，兼職實驗員1 人。3 人具有高級職稱，4 人具有博士學位，其中有3 位博士畢業于中國科學技術大學，具有交叉研究背景。另有1 名教師具有中醫藥信息研究背景。這使得指導教師在具有本領域扎實的理論知識和實踐能力的同時，能更好地做到本學科與中醫藥相關學科的交叉結合，指導學生進行物理實驗和競賽。

5 結語

本文對現有的物理實驗教學現狀以及相關改革進行了論述，總結出目前主要的改革方向和不足之處。鑒于此，本文結合本校實際情況提出了結合教學方式、評價方法、內容拓展及指導教師的打造中醫藥類專業大學物理實驗教學的改革方案。教學方法要結合網絡平臺，以學生為中心，提高教學效率。對于教學的評價方法，一方面要多維度，另一方面要結合網絡平臺，以方便評價結果的儲存、讀取和分析。最后是將物理實驗進行拓展，組織校級物理實驗競賽和參加全國大學生物理實驗競賽。前者作用面比較廣，后者對學生綜合能力的鍛煉作用較為突出。兩者配合可以大幅提高學生的物理實驗能力和創新能力。整個改革的特點是學生易于接受且可行性強，并且可以大幅提高學生對大學物理實驗的興趣和學習效果，從而達到開設物理實驗課程的根本目的。