大學物理實驗開放課程的構建與實踐

洪煒寧，錢良存，劉家菊，黎 珉，郭守月

（安徽農業大學 理學院，安徽 合肥 230036）

1 引言

教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見（高教[2012]4號）提出，創新能力是人才素質的核心，要求高等院校培養具有創新能力的卓越人才.物理實驗是理、工、農等各專業必修的基礎課程，是學生進入大學后，系統接受科學實驗方法和技能訓練的開端.物理實驗課程覆蓋了廣泛的學科領域，有著豐富的實驗思想、方法和手段，是培養學生創新能力的重要課程.因此，發揮物理實驗課程對學生的創新思維的引導，意義尤為重大.

開放教學模式在高校創新人才培養過程中發揮的作用已倍受關注，開放實驗課程已成為開放課程的一個研究熱點，同時也是實驗室建設的永恒主題.鑒于麻省理工大學課程開放辦法,網絡課程可突破時間和空間障礙，課程體系和管理模式等關系到創新人才培養目標，人才的知識、能力和素質結構.安徽農業大學物理實驗中心已精心構建了我校大學物理實驗開放課程，提高了實驗課程的開放質量和開放層次，并付諸實踐.

2 大學物理實驗開放課程的構建思路

首先，以物理實驗開放教學內容與農林專業課程結合，并將教師的科研成果和現代科技成果納入到實驗教學內容中，構建從基礎性、綜合性、設計性到自主研究性的逐層提高的物理實驗課程開放體系.在基礎性實驗中，確保學生的基本實驗方法和技能得到有效訓練.在綜合性實驗中，學科之間有一定的交叉，訓練學生較為復雜的實驗技能.設計性實驗是在教師的引導下，學生自選題目，自己查閱文獻，獨立設計實驗方案，確保綜合素質的訓練得到加強.自主研究性實驗是以創新基金、各類競賽和科研課題為主，培養學生的創新思維、創新能力和創新人格，培育卓越人才.

其次，發揮網絡課程助學、助教和助管的功能，將教務信息、選課系統、虛擬資源等納入網絡課程中，以網頁和四級目錄方式，構建了物理實驗網絡課程.

最后，將網絡課程和實體實驗課程資源結合，構建了農林特色的逐層提高的物理實驗開放課程，讓學生擁有更多可供選擇的學習資源，實現虛擬資源網絡共享和實體資源的全校師生共享，學生可根據自身需求選擇實驗資源，達到自己的實驗目的.

3 建立了大學物理實驗開放課程

3.1 整合實體資源，形成逐層提高的開放課程體系

物理實驗中心將物理實驗實體資源分類整合.實驗教學內容依據學生實驗能力的差異，從創新能力培養的規律出發，打破傳統實驗教學的封閉模式，即打破物理實驗中力、熱、聲、光、電磁學的界限，在驗證性實驗的基礎上改造了一批新的實驗項目，形成結構合理、逐層開放的4個教學模塊的教學體系，即基礎性、綜合性、設計性和自主研究性實驗教學體系.一是在力、熱、聲、光、電學中挑出最有代表性實驗作為基礎性實驗.二是對一些實驗項目的方案、內容、儀器加以改造，使之加載多種實驗目的，成為設計性實驗項目.如，交流電橋法設計測定木材等天然高分子材料介電常數和含水率，設計多種方法測量微絲直徑等.三是添加實驗儀器和引入科學研究手段，將傳統實驗提升為綜合性實驗項目.如，在光電效應物理量測定實驗中，采用多元統計方法和DPS數據處理軟件對數據分析處理，構成學科間綜合；添加了超聲光柵聲速儀，對現有的光源和分光計改造，測定聲速，構成學科內綜合.四是將科研成果轉化為綜合性實驗項目，如，山核桃和木材的楊氏模量測定等.五是采用立項方式支持研究性實驗，利用學校大學生創新基金、學生競賽項目和老師科研項目.如，電子門鈴制作，楊氏彈性模量儀改造，分光計對食品中無機鹽光譜分析等.構建了與生命科學、林學等專業聯系的農業特色的綜合性、設計性和研究性的物理實驗項目，拓展了學生的知識面和跨學科創新思維，提升了學生的應用能力和創新能力.

3.2 通過四級目錄建設了網絡課程

物理實驗教學中心教師整合了大學物理實驗課程資源，建成了我校大學物理實驗網絡課程，將教務系統、課程資源、仿真實驗等套嵌于頁面中，形成四級目錄的網絡課程，其網址http://dxwlsy.ahau.edu.cn.物理實驗網絡課程框架如圖1所示，一級目錄包括7個欄目：通知公告、實驗室分布、課程資源和教務系統等.二級目錄包括8個子欄目：預習導航、教學視頻庫、演示實驗庫、課程目錄、選課系統和成績管理等.三級目錄按實體實驗逐層提高模式，安排4個層次課程目錄，對應有相應的實驗項目.四級目錄的每個實驗項目包括：預習要求、實驗講義、實驗課件、仿真實驗和在線測試等模塊.

大學物理實驗網絡課程一級目錄中內容，利用通知公告、交流平臺和教務系統等欄目，及時發布教學信息、教學心得等，發揮網絡課程助教和助管的功能.教務系統并拓展到二級目錄選課系統和成績管理中，可實現選修和必修實驗課程選課和管理.二級目錄課程資源，發揮網絡課程助學的優勢，按照學生學習規律，設置預習導航，有目的引導學生，把握實驗的重難點；推薦資源網提供國內優秀的物理實驗網絡課程和優秀實驗中心網站；教學視頻庫和演示實驗庫等結合實際實驗項目，幫助學生掌握儀器操作技能.三級目錄中，遵從學生能力培養的漸進性原則，將課程資源規劃成基礎性、綜合性、設計性和自主研究性實驗的逐層提高的教學體系.四級目錄中，發揮網絡課程助學和助教的優勢，設置了預習要求、實驗課件、在線仿真實驗、在線測試等資源，幫助學生解決了在線學習、實驗、復習和測試等難題.在實驗課件和仿真實驗中，提供了交互式界面，學生可通過網絡，網上操作，掌握實驗操作技巧；在實驗課件中還詳述實驗設計思想和實驗背景資料，啟迪學生的創新思維；預習要求中提供資料檢索工具，要求學生做實驗之前，在校圖書館文獻數據庫中檢索相應的國內外研究文獻，通過文獻的查找，了解國內外的研究前沿，拓展學生創新思維.

圖1 實驗網絡課程框架圖

4 網絡課程和實體實驗結合的物理實驗開放課程的實踐

4.1 物理實驗開放課程中多種方法綜合應用

逐層開放教學中，采用指導教師逐層跟蹤分類指導，強調教師的啟發和引導作用，將網絡課程和實體實驗相結合，突破實驗教學的時空限制，全面系統地引導學生創新思維活動和培育創新能力.在基礎性實驗中教師指導學生規范的實驗報告書寫，夯實學生的基本實驗技能.在綜合性實驗中教師引導學生分析問題和解決問題，倡導啟發式教學.在設計性實驗中，以學生為教學中心，全部由學生獨立完成實驗.設計性實驗教學模式比較開放，出現許多難以控制的因素，教師只提出指導性意見，并對學生實驗方案、內容、過程和創新能力進行綜合評價，引導學生多向思維創新.如表面張力系數測定實驗，一個實驗目的，多種實驗方案.讓學生有更大的選擇空間，可運用對比學習法，拓展學生的創新思維，從不同角度分析實驗參數，利于開發學生的創新能力.自主研究性實驗中，發揮教師的主導地位，引導學生知識的建構和課題自主挖掘，以大學生開放基金和老師的科研課題為導向，確定自主研究性實驗項目范圍，學生分成小課題組，采用討論式教學.通過開放教學實現對學生實驗思路、實驗技術、實驗設計、數據處理、觀察能力、分析能力、表達能力和團隊精神的全面訓練.在逐層開放體系中落實了兩個轉變：一是落實教育方式的轉變，即從傳授知識轉向培養學生會學習、會創造的能力；二是落實教育中心的轉變，教學中心從教師轉為學生，在教學中要充分發揮教師主導和學生主體的作用，提高學生的自主權，使學生主動投入實驗教學，支持學生投入到科研活動和科研課題，培養他們創新心理素質和獨立的創新人格，相互協作的團隊意識.

4.2 實踐了“必修+選修+自主研究”的開放教學模式

開放課程在時間、內容、儀器設備上開放，做好開放課程的管理至關重要.爭取學生輔導員的支持，由輔導員和教師共同引導學生學習動機.采用“必修+選修+自主研究”的教學模式，運行方式逐層推進.運用教務選課系統選課，必修項目主要由基礎性實驗組成，由實驗中心訂單式服務；選修實驗項目主要由綜合性和設計性實驗組成，由中心給出實驗項目菜單，在教師指導下，學生根據自身專業需要，學生自由選擇實驗項目等；自主研究實驗項目來自課題.“必修+選修”采用小循環方式實施教學計劃，由老師對學生網絡課程測試和實體實驗綜合評定，給出學生實驗成績.自主研究性實驗模塊建立導師負責制，導師指導學生實訓和結題.

5 結束語

通過幾年來實踐，學生學習物理實驗課程的積極性有了很大的提高，學生直接參與的發明專利授權多項，學生參與發表的物理實驗論文多篇，學生獲得安徽省首屆“大學生物理技能競賽”和安徽省大學生“煒煌杯”電子大賽多個獎項.本中心建設的“大學物理實驗網絡課程”獲得省級教學成果三等獎，物理實驗多媒體課件獲得省級三等獎.這些成果的獲得均與大學物理實驗開放課程教學模式密不可分，實踐證明，這種開放課程教學模式是培養卓越人才的有效途徑.

〔1〕洪煒寧,錢良存,郭守月,等.農業院校大學物理實驗教學改革與實踐 [J].牡丹江師范學院學報,2011，77(4):62-63.

〔2〕王化忠.中美大學物理實驗教學模式的比較研究[J].云南農業大學學報,2013，7(1):54-58.

〔3〕秦雷.應用型本科高校大學物理實驗與學生素質教育[J].赤峰學院學報，2012，28(6):19-20.

〔4〕王濤,鐘穗東,張漢平,等.大學生開放實驗教學的探索與研究 [J].中國現代教育裝備,2010(13):125-127.

〔5〕秦惠民,鞠光宇.基于網絡的大學開放式課程現象研究——以麻省理工學院為例[J].中國高教研究,2009(11):81-84.

〔6〕劉衛平.論大學生創新思維教育的本質特性及其內容[J].教育與現代化,2010(2):26-30.

〔7〕劉鵬.大學物理實驗研究綜述[J].赤峰學院學報，2012，28（11）：19-21.

〔8〕郝福生.大學物理實驗研究性教學體系的構建與實踐[J].赤峰學院學報，2011，3（7）：118-119.