大學(xué)物理實驗多樣化教學(xué)改革探索*

張嬌 蘇劍峰 韓東峰 王可欣

（洛陽理工學(xué)院）

大學(xué)物理實驗是高等院校理工科學(xué)生的一門重要的動手操作性必修基礎(chǔ)課程，在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和綜合能力的培養(yǎng)中有著非常重要的作用。大學(xué)物理實驗可以輔助學(xué)生更好地滲透理解大學(xué)物理課程所教授的理論知識，將物理理論知識學(xué)習(xí)與動手操作實踐相結(jié)合，一方面掌握一些實驗技術(shù)和實驗方法，學(xué)習(xí)一些實驗儀器設(shè)備的使用、學(xué)會觀察實驗現(xiàn)象、測量和記錄實驗數(shù)據(jù)、處理與分析實驗數(shù)據(jù)的基本方法和實驗技能，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力、動手操作能力和創(chuàng)新能力[1]。由此可見，大學(xué)物理實驗在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和綜合能力過程中起著至關(guān)重要的作用，也正是因為這樣，物理實驗課程一直被深入的應(yīng)用到大學(xué)物理課程的教學(xué)中來，隨著科學(xué)進(jìn)步和互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，國家提出了對創(chuàng)新人才培養(yǎng)、新工科人才培養(yǎng)的要求，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)延續(xù)老師講解理論知識，演示實驗，學(xué)生按操作步驟重復(fù)實驗過程，老師依然是教學(xué)主體，學(xué)生只是在老師的教學(xué)范圍內(nèi)學(xué)習(xí)[2]，不能充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，限制學(xué)生的主動思考和實際動手能力，無法發(fā)揮培養(yǎng)學(xué)生主動創(chuàng)造創(chuàng)新的作用。除此之外，由于特殊原因?qū)е聦W(xué)生無法集體外出進(jìn)行跨校區(qū)的實驗室上課，也就不能實現(xiàn)學(xué)生對實驗儀器的實際動手操作。那么如何在特殊情況下上好大學(xué)物理實驗課需要我們積極努力地探索和實踐。高校思想政治工作不僅僅體現(xiàn)在思政理論課上，也應(yīng)該將思政元素滲透到其他各類課程中，將思想政治元素全方位，多角度融入課堂，最終實現(xiàn)全程育人，多方位育人的目的，最終實現(xiàn)“各類課程與思想政治理論同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)”。因此，認(rèn)真分析大學(xué)物理實驗課程教學(xué)目前存在的問題，還要結(jié)合當(dāng)前疫情防控要求，從各個方面對大學(xué)物理實驗教學(xué)進(jìn)行全面改革與探索，主要體現(xiàn)在實驗項目的探索與創(chuàng)新融入，實驗內(nèi)容的豐富與拓展，實驗教學(xué)方式方法改進(jìn)、教學(xué)模式（線上線下結(jié)合、實際操作與虛擬仿真結(jié)合）、教學(xué)考核與評價機(jī)制的合理建立與實施，課程思政融入等。通過有效改革，提高教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)培養(yǎng)專業(yè)性和有創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才，也為學(xué)生能夠很好地適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會發(fā)展打下良好基礎(chǔ)。

一、大學(xué)物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀及存在問題

（一）大學(xué)物理實驗內(nèi)容設(shè)置分級簡單

大多數(shù)理工科院校基本建立了基礎(chǔ)性實驗、綜合與提高實驗和設(shè)計與研究性實驗，但實際上每個學(xué)期在安排實驗項目的時候，主要是以基礎(chǔ)性實驗為主，設(shè)計與研究性實驗項目占比較少，學(xué)生主動思考和創(chuàng)造的機(jī)會比較少，不能達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的教學(xué)目標(biāo)。

（二）教學(xué)方式方法傳統(tǒng)單一

大學(xué)物理實驗教學(xué)普遍采取的是課前學(xué)生撰寫預(yù)習(xí)報告，課堂上主要是以老師講授為主，首先講解實驗?zāi)康摹嶒炂鞑摹嶒炘恚蝗缓筮M(jìn)行實驗操作演示，具體介紹實驗操作步驟，實驗內(nèi)容和注意事項以及實驗數(shù)據(jù)記錄和處理等。學(xué)生預(yù)習(xí)報告的素材基本就是從實驗教材中獲得，可能存在單純抄襲而不加思考的現(xiàn)象，起不到真正預(yù)習(xí)的目的。課堂上學(xué)生已經(jīng)習(xí)慣老師的安排，按部就班地根據(jù)老師的實驗操作演示再完成一遍實驗項目，遇到問題不能夠自主地分析思考問題，把不會的東西轉(zhuǎn)化為已經(jīng)掌握的知識去解決問題，而是習(xí)慣于求助老師和同學(xué)，學(xué)生處于被動學(xué)習(xí)的狀態(tài)，這樣的學(xué)習(xí)效果并不理想。

（三）線下授課受阻需要解決

以洛陽理工學(xué)院大學(xué)物理實驗課程為例，大學(xué)物理實驗器材集中在王城校區(qū)基礎(chǔ)實驗樓，開元校區(qū)的學(xué)生需要跨校區(qū)來王城校區(qū)上實驗課，在特殊情況下如果無法實現(xiàn)跨校區(qū)上物理實驗課，如何給學(xué)生上好大學(xué)物理實驗課非常急迫且重要。

（四）考試評價方式簡單

學(xué)生最終實驗成績采取比例計算的方式，預(yù)習(xí)報告占比40%，實際操作和數(shù)據(jù)處理占比60%，雖然在一定程度上具有客觀性，但還是以老師對實驗報告和具體操作的主觀判斷為主，不同的老師主要是憑借自己的個人教學(xué)經(jīng)驗，對實驗報告的分值評判會存在不一致的標(biāo)準(zhǔn)。此外，學(xué)生中不乏存在盲目抄寫教材和數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，老師無法判斷準(zhǔn)確，存在不公平的現(xiàn)象。因此，簡單的考核方式不能夠準(zhǔn)確地反映出學(xué)生的真實綜合能力，對認(rèn)真努力的學(xué)生有失偏頗，更加無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新動力。

二、大學(xué)物理實驗教學(xué)改革措施

（一）設(shè)置專業(yè)性實驗項目，優(yōu)化設(shè)計創(chuàng)新性實驗比例

目前實驗項目的設(shè)置基本是和大學(xué)物理課程教學(xué)內(nèi)容相對應(yīng)，大學(xué)物理課也是理工科學(xué)生的一門必修課，但是課程內(nèi)容理論性比較強(qiáng)，有些比較難以理解，還有些枯燥乏味，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣和信心，而物理實驗課使得大學(xué)物理課上教授的理論知識得到實踐檢驗和證明，進(jìn)一步加深學(xué)生對理論知識的理解，更有利于學(xué)生很好地掌握。但是不同專業(yè)的學(xué)生實驗課程的實驗項目設(shè)置是一樣的，不具有專業(yè)性特點。因此，首先可以根據(jù)學(xué)生的專業(yè)特點，設(shè)計一些具有專業(yè)特色的實驗項目，制定學(xué)院專業(yè)專屬的教學(xué)大綱和教學(xué)目標(biāo)任務(wù)，為培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和綜合能力打下堅實的基礎(chǔ)。其次，提高設(shè)計與研究性實驗項目的比例，除了一些必須掌握的基礎(chǔ)性實驗，應(yīng)該增設(shè)更多的探索性、研究設(shè)計性、綜合性的實驗項目，將高新科學(xué)技術(shù)研究融入到日常的教學(xué)工作中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開拓學(xué)生的創(chuàng)新探索精神，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，這就要求高校老師可以結(jié)合自己的專業(yè)科研方向，科研項目和成果，挖掘?qū)嶒灲虒W(xué)資源，將其轉(zhuǎn)化為實驗項目[3],讓學(xué)生在實驗過程中體驗和感受到思考，探索和創(chuàng)新的樂趣，為其以后的專業(yè)學(xué)習(xí)培養(yǎng)科學(xué)探索能力。最后，我們還設(shè)置了一些趣味性強(qiáng)的演示與探索實驗，自這些實驗項目開放以來，預(yù)約上課的學(xué)生非常多，說明充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，讓學(xué)生在輕松快樂的課堂氛圍中探索未知，探索科學(xué)。近年來，省級和全國大學(xué)生物理實驗創(chuàng)新競賽參加人數(shù)逐年遞增，體現(xiàn)出學(xué)生想要突破自己，勇于挑戰(zhàn)。大學(xué)物理實驗競賽設(shè)置的實驗題目具有開放性，要求學(xué)生自己查閱資料，設(shè)計實驗方案、選擇實驗儀器、搭建實驗裝置，開展實驗探索和理論研究，最后得出結(jié)論[1]。在這個過程中，學(xué)生有很強(qiáng)的參與感覺，并且深刻感受和體驗到科研和創(chuàng)新與日常的學(xué)習(xí)緊密相連，為以后能夠繼續(xù)深造，從事科研工作打下堅實的基礎(chǔ)，培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)探索精神和科學(xué)素養(yǎng)。

（二）線上線下相結(jié)合以學(xué)生為主體的課堂教學(xué)新模式

改變傳統(tǒng)的老師講授加實驗操作演示的教學(xué)模式， 借助“學(xué)習(xí)通”混合式教學(xué)工具輔助大學(xué)物理實驗教學(xué)。上課前，從傳統(tǒng)的學(xué)生課前預(yù)習(xí)課本并撰寫預(yù)習(xí)報告，轉(zhuǎn)變?yōu)闉g覽預(yù)習(xí)平臺的實驗資源。平臺資源需要老師提前上傳到學(xué)習(xí)通，資源內(nèi)容主要是實驗?zāi)康摹嶒炂鞑摹嶒炘怼嶒瀮?nèi)容、實驗操作演示等，以視頻或者文字的形式展示。學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中需要隨時回答老師在視頻中設(shè)置的問題，老師通過后臺數(shù)據(jù)統(tǒng)計及時掌握學(xué)生的預(yù)習(xí)情況及問題回答的情況，作為依據(jù)來判定學(xué)生是否預(yù)習(xí)以及預(yù)習(xí)中是否遇到自己不能解決的困難和不能理解的問題，從而達(dá)到學(xué)生真正有效預(yù)習(xí)的目的。上課中，課堂上不再是以老師講解為主，而是采用分組討論的形式，老師簡單介紹本次實驗項目的學(xué)習(xí)任務(wù)和目標(biāo)，實驗內(nèi)容的重難點分析以及注意事項，不再進(jìn)行實驗演示，學(xué)生根據(jù)提前預(yù)習(xí)時觀看的理論講解，實驗操作視頻及數(shù)據(jù)處理方法，分小組討論實驗原理，實驗內(nèi)容及操作過程，然后在掌握這些知識的基礎(chǔ)之上自己完成實驗操作，測量數(shù)據(jù)并處理數(shù)據(jù)結(jié)果。在實驗過程中，小組討論仍然不能解決的問題可以隨時求助于老師，還可以自己線上查閱資料，充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，給學(xué)生足夠的空間和充分的機(jī)會去展示自己，獨立思考，勇于探索和創(chuàng)新，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生在實驗過程中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，同時提高學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作意識和合作精神。課后，學(xué)生在數(shù)據(jù)處理方面遇到的問題都可以通過老師提前建立的班級微信群隨時和老師溝通解決。老師還可以在學(xué)習(xí)通上發(fā)布作業(yè)，題目是關(guān)于該實驗項目的拓展和應(yīng)用，或者在實驗過程中對實驗器材，物理量精確度的測量等一些問題的深入思考及改進(jìn)。

（三）虛擬仿真實驗及居家實驗設(shè)計

在應(yīng)對特殊情況下無法實現(xiàn)跨校區(qū)進(jìn)行實際操作實驗時，需要采取更多樣化的上課方式來應(yīng)對特殊情況。大學(xué)物理實驗和大學(xué)物理理論課程不同，大學(xué)物理課可以通過“學(xué)習(xí)通、雨課堂、釘釘”等學(xué)習(xí)平臺采取直播授課的方式，盡量確保線上線下授課效果等同，而大學(xué)物理實驗課程需要具體操作實驗儀器，測量數(shù)據(jù)，即使線上上課也沒法達(dá)到操作實驗的要求。為了讓學(xué)生在特殊情況下順利完成實驗項目的同時，還能激起學(xué)習(xí)實驗興趣，增強(qiáng)學(xué)生探索和創(chuàng)新的信心，可以設(shè)置一些利用簡單的日常生活材料就能完成的實驗項目。與傳統(tǒng)的實驗室實驗相比，居家物理實驗的實驗環(huán)境和實驗條件都發(fā)生了很大的變化，在實驗項目內(nèi)容設(shè)計上要充分考慮內(nèi)容是否能夠充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，是否有趣，是否可行，除此之外，還要考慮實驗可行性方案的安全度，確保學(xué)生的安全。根據(jù)上面的居家實驗項目要滿足的條件，我們設(shè)計了利用曲別針測量液體表面張力，利用手機(jī)測量一天不同時間的光照強(qiáng)度，利用手機(jī)測量聲速、單擺測重力加速度、漫反射測量玻璃折射率等實驗項目。還可以采取“學(xué)習(xí)通”和虛擬仿真實驗結(jié)合的方式，課前提前預(yù)習(xí)“學(xué)習(xí)通”“虛擬仿真”平臺中的視頻和文字資料，課堂中讓學(xué)生自己根據(jù)所掌握的知識，嘗試完成虛擬仿真中的實驗操作，遇到問題、分析問題、討論解決問題[4]。

（四）合理優(yōu)化考核機(jī)制，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動力

改革前的考核方式為預(yù)習(xí)報告+實驗操作，各占比為40%和60%，預(yù)習(xí)報告的抄寫并不能客觀地反映出學(xué)生真實預(yù)習(xí)情況，實驗操作部分也主要考慮的是學(xué)生最終報告的數(shù)據(jù)處理完成情況，而不少同學(xué)存在抄襲行為。因此，將預(yù)習(xí)報告成績分為線上預(yù)習(xí)部分和預(yù)習(xí)報告撰寫部分，各占比20%；課堂中，老師需要隨時觀察學(xué)生的討論和實驗操作情況并做相應(yīng)的記錄，這部分考核占比35%；課后學(xué)生處理實驗數(shù)據(jù)并完成實驗報告，占比25%，這樣的分配方案更細(xì)化，更能夠充分體現(xiàn)學(xué)生做實驗過程中的真實狀態(tài)，更能激勵學(xué)生積極主動地參與到課堂的討論環(huán)節(jié)和具體操作實踐中來。

（五）課程思政融入大學(xué)物理實驗

（1）“大學(xué)物理實驗”課程內(nèi)容設(shè)置應(yīng)該根據(jù)不同專業(yè)的學(xué)科特點，制定專業(yè)性強(qiáng)的實驗項目，同時引入思政元素教育，制定科學(xué)合理的思政教育目標(biāo)。總體目標(biāo)主要包括：在大學(xué)物理實驗課堂中融入社會主義核心價值觀、中國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、優(yōu)秀科學(xué)家的科研精神故事、人文情懷、環(huán)保意識、工匠精神、不忘初心，牢記使命、報效祖國多個方面的教育；在能力提升方面，可以結(jié)合“大學(xué)物理實驗”課程特點，加深學(xué)生對物理概念、物理規(guī)律的理解，在實驗思想、方法、技能等方面得到訓(xùn)練，更重要的是可以培養(yǎng)學(xué)生獨立研究問題、解決問題的能力，實事求是的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)踏實的工作作風(fēng)和團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。最終實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生不斷探索，勇攀高峰，持之以恒，勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神；培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義精神和為實現(xiàn)中國夢不斷奮斗的理想和信念等。提升學(xué)校師生的思政教育意識，充分意識到專業(yè)課中開展課程思政教育的重要性和必要性，同時還要注重教師提高教師的思政素養(yǎng)，先從自身做起，以身作則，言傳身教。大學(xué)物理實驗就是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維，國家高度重視科技創(chuàng)新，提出了一系列新思想、新論斷和新要求，因此讓學(xué)生在物理實驗中培養(yǎng)創(chuàng)新能力也是一個重要的研究目標(biāo)，能更好地為人民、為國家、為全社會做出貢獻(xiàn)。

（2）注重提高物理教師的思政水平，制定體現(xiàn)思政元素的教學(xué)大綱，將實驗教學(xué)歸結(jié)到思想品德、實驗安全、實驗紀(jì)律、儀器操作與數(shù)據(jù)測量、撰寫報告、實驗衛(wèi)生等蘊涵“思政元素”的各個環(huán)節(jié)，從而提高學(xué)生們的思想覺悟，對于加強(qiáng)學(xué)生思想政治教育具有重大意義。打破傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，重點培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，合理分配基礎(chǔ)性實驗、綜合性、設(shè)計性實驗、探索和演示實驗的教學(xué)比例，推進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)，讓學(xué)生直接參與其中，有利于其創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，發(fā)揮學(xué)生的主體作用，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維。同時，將思政元素巧妙地融入到大學(xué)物理實驗教學(xué)中，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的同時也體現(xiàn)了人文精神，從而激發(fā)他們的愛國情懷和民族自豪感。

（3）鼓勵創(chuàng)新精神和團(tuán)隊協(xié)作精神，老師引領(lǐng)和指導(dǎo)，學(xué)生自己動手搭建實驗平臺，驗證實驗規(guī)律，培養(yǎng)他們自信、自立、自強(qiáng)，激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的熱情，形成良好的科學(xué)素養(yǎng)。在團(tuán)隊合作和分工協(xié)作過程中，共同努力，培養(yǎng)他們的大局意識，團(tuán)隊合作精神，為今后工作中的團(tuán)隊合作打下堅實的基礎(chǔ)。

（4）實現(xiàn)大學(xué)物理實驗教學(xué)中人文與科技的完美結(jié)合，改進(jìn)教學(xué)模式和教學(xué)手段，有效地開展大學(xué)物理實驗“課程思政”建設(shè)，深入討論和挖掘其內(nèi)涵的思政元素，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，在“潤物細(xì)無聲”中實現(xiàn)對大學(xué)生的思想政治教育，增強(qiáng)學(xué)生的責(zé)任感，民族自豪感和為國家做貢獻(xiàn)的使命感。

通過在大學(xué)物理實驗教學(xué)過程中加入思政元素，使得課堂教學(xué)內(nèi)容和氣氛都更加生動、多彩，根據(jù)社會和國家需求培養(yǎng)人才。積極培育和踐行社會主義核心價值觀，運用馬克思主義方法論，引導(dǎo)學(xué)生正確做人和做事，樹立富有責(zé)任心、勇于探索，努力勤奮，不忘桑梓，報效祖國，為祖國培養(yǎng)具有愛國主義精神等品格的祖國建設(shè)者和接班人。在大學(xué)物理實驗課堂教學(xué)中，采取多樣化教學(xué)方式，以學(xué)生為主體，老師起到引導(dǎo)作用，多增設(shè)一些探索與演示實驗以及和專業(yè)關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的設(shè)計性實驗，采用小組合作探討式學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)學(xué)生自主動手能力和團(tuán)隊協(xié)作精神。在教學(xué)管理上，要求學(xué)生嚴(yán)格遵守實驗室守則，提高學(xué)生的安全意識和環(huán)保意識，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)、自省、自控的能力。人文關(guān)心學(xué)生成長，用愛教育學(xué)生、感化學(xué)生。通過嚴(yán)格管理與人文關(guān)心，促進(jìn)大學(xué)生的成才意識、責(zé)任心等。

三、結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展和社會對綜合應(yīng)用型人才的要求逐步提高，大學(xué)物理實驗課程教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生探索和創(chuàng)新性能力方面需要不斷地改革和發(fā)展。本文從實驗課程內(nèi)容，教學(xué)方式方法、考核機(jī)制以及融入課程思政等方面進(jìn)行革新，為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其探索和創(chuàng)新精神、提高分析問題并解決問題的能力提供充分的空間和機(jī)會。