新工科背景下的大學物理實驗教學研究

新疆工程學院物理實驗中心 劉麗 余利瑞

自2016年初提出新工科概念，于2017年正式提出加快建設和發展新工科，新工科的核心背景是“新經濟”，高等工程教育為應對全球教育形勢和服務國家戰略而提出的高等工程教育的改革方案。

新疆工程學院是一所集煤礦、能源、控制、化工、機械、信息、土木等院系的綜合性質高校，以產業需求為導向，培養應用型、復合型、技能型、創新型人才，能夠適應不斷發展的新人才目標。

大學物理實驗是一門基礎性必修實驗課程，針對我校應用型大學的要求，探索適合我校大學物理實驗創新教學的基本理念和我校階段性教學的思路。大學物理實驗是我校理工科各專業學生的必修實驗課程，針對我校現階段的教學現狀和建立應用型大學的要求，提出了針對我校大學物理實驗的改革措施和實施方案。

1 大學物理課程現狀

1.1 語言限制

現階段我校學生主要由漢語班、雙語班、民語班構成，如圖一所示，雙語和民語班占總班級的40%左右，雙語及民語班級人數占總人數的40%。受語言因素和基礎知識的影響，漢語班級的基礎較好，雙語班級的基礎和語言能力與漢語班級相比，稍遜一籌。而民語班級中基礎知識和語言能力都較弱，接受知識的能力更為欠缺。若采用相同的教學目標必然影響學生的學習效果,如引文[1]中介紹。

圖1 班級情況介紹

1.2 學時與教學目標沖突

現階段，我校大學物理實驗課及普通物理實驗課程按照每個實驗2個課時分布，而兩個課時給動手實踐教學帶來了較大的困難，物理實驗以學生能夠理解理論知識為前提，因此在教學過程中側重于理論教學，占據了較多的課堂時間。但是大學物理實驗的重點是將物理定律運用到鍛煉動手能力、發現問題、解決問題的能力以及創新能力。在理論部分花去較多時間后，實踐操作的時間隨之減少。這導致學生的動手操作及數據處理時間嚴重缺乏，沒時間來培養能力。

1.3 考核模式的不合理

現階段我校采用1+X考核模式，主要考查實驗操作、實驗設計、PPT制作及答辯、數據處理幾個方面。考核只是監督學生學習的一種方式，而實驗教學的教師不僅需要完成課程內容還需要額外利用休息時間輔導學生備考。自認為考核方式實驗操作部分時鍛煉學生的上課效果、熟悉儀器的程度實驗設計是教師輔導時引導學生操作和構思，在考核時將前期工作呈現給監考老師。此考核模式的弊端在于“便宜”了勤快動手者，較少能激發學生思考的效果。

1.4“大班”教學不合理

在學校的飛速發展中，部分教師提出將小班改成大班教學，目的是節省教學資源（原是30人以下為一個班教學，30人以上班級分成兩大組上課）。教學班人數多給課堂教學帶來了壓力，例如50人的班級，教學效果難以保證，原因有三，第一，課堂教學中激發每名學生思考的機會較少；第二，建議每臺設備使用人數在2人，多套儀器存在管理困難，安全使用儀器難以保障；第三，部分不自覺的同學存在濫竽充數的現象，抄襲數據。

2 新工科背景下大學物理實驗改革措施：

為提高人才質量，對大學物理實驗教學進行改革，以適應新工科建設的要求。大學物理實驗課程是為理工科培養創新型人才服務的一門基礎課程。

2.1 教學內容和形式改革

大學物理實驗課程較“老”，包括力、熱、電、光、磁等。實驗設備以及教學內容與前沿科技結合度較低。造成“學與用”脫節，以致于很多學生提出問題：“老師，我們學這個有什么用？”“老師，我們學了這個，工作時又用不到，還不如不學！”面對人才培養的緊迫性，必須對現有教學方式進行改革。

（1）教學內容與學科專業有機融合。優化課程設置，側重培養科學的實驗方法和實驗能力。根據不同的專業系部需要，大學物理實驗開設課程可設定不同的教學模塊，比如機械系學生可設定為力學模塊，整合教學資源，選取力學相關實驗。例如：三線擺測轉動慣量可細化到方法：三線擺法、扭擺法、復擺法，內容上測圓盤、圓環的轉動慣量，驗證平行軸定理，以及測量剛體的角加速度等。該模塊實驗可分為2~3個實驗。并涉及工程技術、航天、電力、機械、儀表等工作領域。將理論與實際高效結合，激發學生對專業的興趣。

（2）分級教學。根據學生群體不同，實施一個實驗三套實驗方案，根據民語班級、雙語班級不同，采用不同的教學目標，如：民語班級中強調基礎知識，并運用三線擺法測量圓盤、圓環的轉動慣量。雙語班級中鞏固基礎，選取三線擺法測量圓環的轉動慣量，并驗證平行軸定理。漢語班級選用自行設計實驗方案驗證平行軸定理及測量剛體的角加速度等。

2.2 增加學時及改革考核

（1）增加實驗學時

根據實驗難度不同的特點，延長實驗課時，將現有每個實驗2課時延長至3或4課時，根據難度和實驗目標確定實驗學時。現有多個學校如清華大學，每個實驗為4學時[2],北京大學，每個實驗為3~4學時，國防科技大學每個實驗平均為3學時，鄭州輕工業學院每個實驗4學時[3]，以確保學生有足夠的時間發現問題，解決問題，提出創新想法。

（2）改革考核模式

大學物理實驗教學可選用多元化考核方式，大學物理實驗課程的目的是讓學生提高動手能力，解決問題的能力，以及創新能力。例如考試時間不固定，可選擇月末、期中、期末等時間，按照小組分配人員，根據不同興趣和愛好激發學生主動學習的積極性，提出問題、大膽假設，選取方向設計實驗，設計儀器等形式。考核形式多樣，但不隨意。可采取實驗方案設計和驗證，實驗過程設計（CAD制圖），實物設備改造等。

2.3 激勵學生

（1）開展學科競賽

根據不同學生層次，設計競賽方案。如第一層次：技能操作，任選復雜實驗的調試和測量。第二層次：解決實際問題。第三層次：參與學生挑戰杯等競賽。以賽促練，以賽促練，培養學生的物理實驗素養。

（2）分類選課。前面提到根據學科要求、專業特點、個人興趣愛好等，采取分類線上選課模式，國內高校已普遍實施，但我校生還未開展。此選課模式的優點是各專業各班級學生和老師根據自身的時間安排和興趣愛好等靈活選擇實驗課程。

3 實驗報告中的優秀傳統不能改

大學物理實驗是培養學生嚴謹的治學態度、活躍的創新意識、理論聯系實際和適應科技發展的綜合應用能力的手段，是其他課程不能代替的。實驗報告是實驗工作的總結，用簡明的形式說明實驗的情況、結果、個人的心得體會，實驗報告是寫給同行看的，所以必須充分反映自己的工作收獲和成果。

3.1 輕視預習報告

出現了很多教師和學生輕視原理的現象，造成學生在實驗前后完全不知道驗證了理論課中的哪個原理。所以建議實驗預習是推導一遍實驗原理，而不是抄一遍實驗原理，或者抄幾個實驗用到的公式。最后連自己都不知道公式的來源，實驗后很快就遺忘，根本達不到提高實驗技能的目的。

3.2 忽略實驗心得體會

實驗報告中數據處理可通過多種手段，如采用Excel、Origin等數據處理方法來分析數據，得出實驗結果。教學中往往忽略了對誤差進行分析說明，忽略了儀器和實驗者的優缺點，通過實驗報告來反思實驗過程中遇到的問題，提出改進措施，這才是物理實驗教學的精髓。

4 結語

總之，新工科背景下大學物理實驗教學改革需要專業教師不斷運用新的教育教學理念來武裝頭腦，提高應用型大學物理實驗教學質量迫在眉睫，要求我們結合大學物理實驗課和所學專業的特點大膽創新，促進研究學習的同時，還應堅持大學物理實驗課的特點。根據我校學生和教學現狀，采取適合應用型本科學生的教學方式，激發學生的學習興趣，有效地設計教學內容，不斷地優化教學模式，創新考核方式，增加單個實驗的教學課時，關注學生的學習效果，讓學生能思考，想思考，善思考。為把我校學子培養成為新工科的創新型和復合型人才打下堅實的基礎。