開放—分類—創新：農林高校大學物理實驗體系化改革與實踐

李景奎，張中興，蘇潤洲

（東北林業大學，黑龍江 哈爾濱 150040）

大學物理實驗是理工科專業的第一門基礎實驗課，是學生進入大學后接受系統的實驗方法、實驗技能訓練的開端，是后續專業實驗課程的基礎，也是創新人才培養的關鍵一環[1]。東北林業大學物理實驗中心承擔全校理、工、林科等26 個專業，110 多個班級，每學年約4000 人的大學物理實驗授課任務，年實驗教學工作量超過4000 學時，而專職教師和實驗技術人員不足20 人，教師的實驗教學任務非常繁重。另外，按照教學大綱要求，每名學生將要完成26～30 個實驗項目，而每個實驗項目擁有儀器臺數非常有限。基于此，東北林業大學物理實驗教學存在以下幾個突出問題。（1）開課班級多、實驗項目多、教師人數少、儀器數量有限和排課困難，授課教師和管理人員工作量特別大；學生不能自主選擇感興趣的實驗項目，不以學生為主體、限制發揮個性特點，不能激發學生學習積極性，不利于創新能力培養；如此多的班級同時開課，教務部門安排實驗課表也是非常困難的。（2）傳統大學物理實驗教學沒有結合專業特點，不注重專業培養目標，采取“一刀切”的培養模式，不符合OBE 培養理念和創新人才培養模式，不能滿足專業人才培養需求。（3）傳統大學物理實驗教學方法上一般采用學生預習、教師講解、學生實驗、數據處理四步教學方式，教學內容固定、陳舊；學習時間固定，學生很難在有限的課堂時間內完成教師所要求的實驗內容，教學效果一般；傳統模式化的教學方式會影響學生物理思想的豐富、個性特長的發揮和創新能力的培養，導致學生對實驗失去興趣。（4）由于大學物理實驗儀器使用率高、儀器數量少和儀器損壞速度快，需要自制和改進儀器設備，補充實驗教學，提高大學物理實驗教學質量。傳統實驗教學的指導思想單一，實驗內容陳舊，授課形式單調，導致學生學習的興趣嚴重不足，無法滿足現代化高等教育的育人要求；應試教育背景下，學生動手能力較差，實踐創新能力不足，這些都不利于實踐創新育人。

基于東北林業大學大學物理實驗教學方面存在的問題，文章對大學物理實驗體系化教學改革與實踐進行了探討，創造性提出了“開放—分類—創新”的改革理念，構建大學物理實驗開放教學管理體系，制定分類培養教學體系，建立大學物理實驗實踐教學新體系和人才培養新模式，實現大學物理實驗開放教學、分類培養和創新育人。

一、構建大學物理實驗開放教學管理體系

構建大學物理實驗開放教學管理體系，從上課時間選擇、實驗項目選擇和授課教師選擇等方面對學生全面開放教學管理。不設固定課表，學生根據自己的時間進行自由選課。突破傳統教學方式，注重以學生為主體、發揮學生個性特點、培養學生創新精神[2-3]。同時，提高了實驗儀器設備和實驗室的使用率，緩解了儀器設備和實驗室的壓力，緩解了教師的壓力和減少了實驗時間安排上的困難，特別是減輕了教務部門安排課表的巨大壓力。與此同時，采取編排班級代碼、設置實驗報告箱、選擇題考試由閱卷機批卷、充分利用網絡平臺等多種措施，有效減少教師和管理者的工作量。大學物理實驗開放教學改革主要體現在以下幾方面。

（一）開放教學管理

建設網絡選課服務器，開發大學物理實驗開放選課系統（圖1），經過教學實踐，不斷完善開放教學管理模式。從上課時間選擇、實驗項目選擇和授課教師選擇等方面對學生全面開放；不設置固定課表，學生根據自己的時間自由選課，注重以學生為主體、發揮學生個性特點和培養學生創新精神；學生自己挑選實驗項目進行實驗，激發學生學習大學物理實驗的積極性；提高實驗儀器和實驗室使用率，緩解儀器設備和實驗室的壓力，同時，緩解教師的壓力，減輕了教務部門安排課表的巨大壓力。

圖1 大學物理實驗開放選課系統

（二）以班級代碼簡化專業名稱

東北林業大學每學年上大學物理實驗課的學生大約來自10 個學院的110 個班級，專業名稱較為復雜、難記，而且容易混淆。實驗報告都是以學生個體為單位上交，不同班級學生的實驗報告也是混在一起的，需要教師將各班級的報告單分揀出來，再登錄學生平時成績，這項工作非常煩瑣。另外，很多學生專業名稱書寫不規范，更是增加了教師分揀報告的難度。為解決這一問題，學校借鑒了郵政編碼的設計靈感，用班級代碼代替專業班級，班級代碼由一個英文字母和一個數字組成。例如，用A1 表示環境科學2020 級1 班，用E9 表示機械設計制造及其自動化（機械電子）2020 級9 班，等等。這樣，一方面使教師分揀報告單準確、快捷，另一方面簡化了專業名稱，容易記憶、便于管理。

（三）巧妙設置實驗報告箱

實驗開放中因為班級、人數眾多，做實驗不再是以班級為單位，而是學生自主選擇上課時間及內容，所以，教師與學生之間交報告、發報告就成了問題，學生不可能收齊整班的實驗報告后一起交給授課教師，科代表也不可能固定時間到教師那里取回批改過的報告。為了解決這個問題，學校設計了實驗報告箱，將報告箱分為班級報告箱和教師報告箱兩種。班級報告箱每班一個，箱上標有該班的班級代碼，教師報告箱每名教師一個，箱上標有教師的姓名。學生交報告時投到對應的教師報告箱中，教師發報告時投回學生對應的班級報告箱中。這樣，只要開學初把報告箱的鑰匙發到各班科代表手中，本學期，教師與學生之間的實驗報告交流就都可以通過報告箱來完成。

（四）簡化考核和閱卷方式

東北林業大學每個學年大約有4000 人參加大學物理實驗課，期末批卷對教師來說也是一項非常繁重的工作，要花費相當長的時間，而且容易出錯。為減少教師批卷的工作量，采用選擇題的考試方式，不設主觀題，這樣一方面避免了批改主觀題產生的扣分分歧，另一方面也大大減少了教師的批卷時間。2006 年，學校引進了閱卷機，這樣就將教師從繁重的批卷工作中解脫出來。用閱卷機批卷速度快、準確率高，并且可以出多套試卷考試，大大減少了因選擇題帶來的作弊現象。

二、制定分類培養教學體系

打破傳統的大學物理實驗力、熱、光、電界限，制定專業分類培養體系，根據專業特點和專業需求，結合專業類別和培養目標，設置不同專業必做的實驗項目，制定專業分類培養細則，將實驗教學分為基礎實驗、必修實驗、自選實驗3 個層次。基礎實驗為所有專業均開設的實驗；必修實驗則是結合專業特點、學科分布、專業需求和培養目標，選擇與專業相關的實驗，如電氣類和電子信息類專業以電學類實驗為主，而土木類專業以力學、材料實驗為主，等等。采取專業必修和學生自選相結合方式制定大學物理實驗分類培養細則，表1 為東北林業大學各專業大學物理實驗分類培養細則（以電氣類專業為例）。最終，形成分類培養教學體系，為專業人才培養質量提供強有力支撐。

表1 大學物理實驗項目細則（以電氣類專業為例）

三、采取多元化教學方法，實踐創新育人

探索多元化創新人才培養模式，打破傳統物理實驗教學方法，加強虛擬仿真實驗建設和在線課程建設，注重大學物理實驗教學的虛實結合學習方式[4]。將慕課視頻與實際授課結合、將虛擬仿真實驗與具體實際實驗結合、將學生預習與教師課堂講授結合，改革實踐教學模式，創新實驗教學技術與手段，進行混合式教學方式的探索與實踐，注重虛擬仿真實驗建設，開展多樣化實驗教學方法，使實驗教學從單一型向多元化轉化，提高大學物理實驗教學質量。引導學生積極參與自制和改進物理實驗儀器，激發學生的創新潛能，提高其實踐創新能力。

四、大學物理實驗體系化改革創新點

（一）理念創新

文章創造性提出了“開放—分類—創新”的體系化改革理念，并進行了大學物理實驗體系化改革與實踐，以提高實驗教學質量為宗旨，基于OBE 理念以培養創新人才為目標。其內涵覆蓋了教學體系的頂層設計和模塊化研究，教學改革具有系統性、綜合性和體系化的特征，著力培養學生品德、知識、素養，發展個性特長，激發全面發展的潛質和能力，倡導實踐育人。

（二）開放管理體系創新

構建大學物理實驗開放教學管理體系，從上課時間選擇、實驗項目選擇和授課教師選擇等方面對學生全面開放。學生根據自己的時間，實現自由選課，突破傳統教學方式，注重以學生為主體，發揮學生個性特點，調動和激發了學生學習大學物理實驗的積極性。開放管理體系中，學生自主選擇實驗課的上課時間，有效提高了實驗儀器設備和實驗室的使用率。

（三）分類培養體系創新

新培養體系打破傳統的大學物理實驗力、熱、光、電界限，將實驗教學分為基礎實驗、必修實驗、自選實驗3個層次；結合專業類別和培養目標，設置專業必修實驗項目，采取專業必修和學生自選相結合方式制定分類培養細則，構建符合OBE 理念的大學物理實驗分類培養體系。

（四）授課模式和實踐育人創新

將慕課視頻與實際授課結合、將虛擬仿真實驗與具體實際實驗結合、將學生預習與教師課堂講授結合，打造全新的授課模式。同時，加強虛擬仿真實驗建設，將在線課程、虛擬仿真實驗和物理實驗課堂教學三者有機結合，采用虛實結合的學習方式，打破傳統大學物理實驗教學方法，采用混合式教學模式和多元化授課方法。教師積極引導學生參與改進和自制物理實驗儀器，激發學生的創新潛能，提高學生實踐創新能力，也是貫徹落實教育部《關于全面提高高等教育質量的若干意見》的精神，實現實踐育人。

五、實踐應用效果

大學物理實驗體系化改革，突出了基礎學科的支撐引領作用，有利于培育專業創新人才。大學物理實驗開放教學，從實驗時間選擇、實驗項目選擇和授課教師選擇等方面對學生全面開放，學生根據自己的時間，實現自由選課，打破傳統教學方式的瓶頸，減輕了教務部門安排課表的巨大壓力。采取編排班級代碼，設置實驗報告箱，選擇題考試、閱卷機批卷，充分利用網絡平臺等多種措施，有效減少了教師和管理者的工作量，逐漸形成良性循環。構建符合OBE 理念的大學物理實驗分類培養體系，為專業人才培養質量提供了強有力支撐，有利于培養專業創新人才和提高人才培養質量達成度。開展多樣化實驗教學，改革大學物理實驗教學模式，使實驗教學從單一型向多元化轉化。經過多年實踐教學，學生在競賽中取得了豐碩成果，2016—2020 年，東北林業大學學生獲得國際級、國家級、省部級各類學科競賽獎項數量達到3000 余項，連續三年占據全國農林類本科院校大學生競賽排行榜榜首。大學物理實驗課深受學生喜愛，激發了學生學習大學物理實驗課的興趣，使學生由被動學習變成主動學習，學生對這門課程的滿意度達到95.6%。大學物理實驗被評為校級精品課程，“開放—分類—創新”的體系化改革成果為省內高校和全國農林高校起到引領和示范作用。