大學物理實驗多樣化教學改革探索*

張嬌 蘇劍峰 韓東峰 王可欣

（洛陽理工學院）

大學物理實驗是高等院校理工科學生的一門重要的動手操作性必修基礎課程，在培養學生的科學素養和綜合能力的培養中有著非常重要的作用。大學物理實驗可以輔助學生更好地滲透理解大學物理課程所教授的理論知識，將物理理論知識學習與動手操作實踐相結合，一方面掌握一些實驗技術和實驗方法，學習一些實驗儀器設備的使用、學會觀察實驗現象、測量和記錄實驗數據、處理與分析實驗數據的基本方法和實驗技能，培養學生的科學思維能力、動手操作能力和創新能力[1]。由此可見，大學物理實驗在培養學生的科學素養和綜合能力過程中起著至關重要的作用，也正是因為這樣，物理實驗課程一直被深入的應用到大學物理課程的教學中來，隨著科學進步和互聯網的飛速發展，國家提出了對創新人才培養、新工科人才培養的要求，傳統的實驗教學延續老師講解理論知識，演示實驗，學生按操作步驟重復實驗過程，老師依然是教學主體，學生只是在老師的教學范圍內學習[2]，不能充分激發學生的學習興趣，限制學生的主動思考和實際動手能力，無法發揮培養學生主動創造創新的作用。除此之外，由于特殊原因導致學生無法集體外出進行跨校區的實驗室上課，也就不能實現學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在思政理論課上，也應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，最終實現全程育人，多方位育人的目的，最終實現“各類課程與思想政治理論同向同行，形成協同效應”。因此，認真分析大學物理實驗課程教學目前存在的問題，還要結合當前疫情防控要求，從各個方面對大學物理實驗教學進行全面改革與探索，主要體現在實驗項目的探索與創新融入，實驗內容的豐富與拓展，實驗教學方式方法改進、教學模式（線上線下結合、實際操作與虛擬仿真結合）、教學考核與評價機制的合理建立與實施，課程思政融入等。通過有效改革，提高教學質量，促進培養專業性和有創新能力的應用型人才，也為學生能夠很好地適應科學技術的發展和社會發展打下良好基礎。

一、大學物理實驗教學現狀及存在問題

（一）大學物理實驗內容設置分級簡單

大多數理工科院校基本建立了基礎性實驗、綜合與提高實驗和設計與研究性實驗，但實際上每個學期在安排實驗項目的時候，主要是以基礎性實驗為主，設計與研究性實驗項目占比較少，學生主動思考和創造的機會比較少，不能達到培養學生創新思維的教學目標。

（二）教學方式方法傳統單一

大學物理實驗教學普遍采取的是課前學生撰寫預習報告，課堂上主要是以老師講授為主，首先講解實驗目的、實驗器材、實驗原理；然后進行實驗操作演示，具體介紹實驗操作步驟，實驗內容和注意事項以及實驗數據記錄和處理等。學生預習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象，起不到真正預習的目的。課堂上學生已經習慣老師的安排，按部就班地根據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，把不會的東西轉化為已經掌握的知識去解決問題，而是習慣于求助老師和同學，學生處于被動學習的狀態，這樣的學習效果并不理想。

（三）線下授課受阻需要解決

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

（四）考試評價方式簡單

學生最終實驗成績采取比例計算的方式，預習報告占比40%，實際操作和數據處理占比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經驗，對實驗報告的分值評判會存在不一致的標準。此外，學生中不乏存在盲目抄寫教材和數據的現象，老師無法判斷準確，存在不公平的現象。因此，簡單的考核方式不能夠準確地反映出學生的真實綜合能力，對認真努力的學生有失偏頗，更加無法激發學生的學習興趣和創新動力。

二、大學物理實驗教學改革措施

（一）設置專業性實驗項目，優化設計創新性實驗比例

目前實驗項目的設置基本是和大學物理課程教學內容相對應，大學物理課也是理工科學生的一門必修課，但是課程內容理論性比較強，有些比較難以理解，還有些枯燥乏味，學生缺乏學習興趣和信心，而物理實驗課使得大學物理課上教授的理論知識得到實踐檢驗和證明，進一步加深學生對理論知識的理解，更有利于學生很好地掌握。但是不同專業的學生實驗課程的實驗項目設置是一樣的，不具有專業性特點。因此，首先可以根據學生的專業特點，設計一些具有專業特色的實驗項目，制定學院專業專屬的教學大綱和教學目標任務，為培養學生的專業素養和綜合能力打下堅實的基礎。其次，提高設計與研究性實驗項目的比例，除了一些必須掌握的基礎性實驗，應該增設更多的探索性、研究設計性、綜合性的實驗項目，將高新科學技術研究融入到日常的教學工作中，激發學生的學習興趣，開拓學生的創新探索精神，提高學生的科學素養，這就要求高校老師可以結合自己的專業科研方向，科研項目和成果，挖掘實驗教學資源，將其轉化為實驗項目[3],讓學生在實驗過程中體驗和感受到思考，探索和創新的樂趣，為其以后的專業學習培養科學探索能力。最后，我們還設置了一些趣味性強的演示與探索實驗，自這些實驗項目開放以來，預約上課的學生非常多，說明充分調動了學生學習的積極性，讓學生在輕松快樂的課堂氛圍中探索未知，探索科學。近年來，省級和全國大學生物理實驗創新競賽參加人數逐年遞增，體現出學生想要突破自己，勇于挑戰。大學物理實驗競賽設置的實驗題目具有開放性，要求學生自己查閱資料，設計實驗方案、選擇實驗儀器、搭建實驗裝置，開展實驗探索和理論研究，最后得出結論[1]。在這個過程中，學生有很強的參與感覺，并且深刻感受和體驗到科研和創新與日常的學習緊密相連，為以后能夠繼續深造，從事科研工作打下堅實的基礎，培養和提高學生的科學探索精神和科學素養。

（二）線上線下相結合以學生為主體的課堂教學新模式

改變傳統的老師講授加實驗操作演示的教學模式， 借助“學習通”混合式教學工具輔助大學物理實驗教學。上課前，從傳統的學生課前預習課本并撰寫預習報告，轉變為瀏覽預習平臺的實驗資源。平臺資源需要老師提前上傳到學習通，資源內容主要是實驗目的、實驗器材、實驗原理、實驗內容、實驗操作演示等，以視頻或者文字的形式展示。學生在預習過程中需要隨時回答老師在視頻中設置的問題，老師通過后臺數據統計及時掌握學生的預習情況及問題回答的情況，作為依據來判定學生是否預習以及預習中是否遇到自己不能解決的困難和不能理解的問題，從而達到學生真正有效預習的目的。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習任務和目標，實驗內容的重難點分析以及注意事項，不再進行實驗演示，學生根據提前預習時觀看的理論講解，實驗操作視頻及數據處理方法，分小組討論實驗原理，實驗內容及操作過程，然后在掌握這些知識的基礎之上自己完成實驗操作，測量數據并處理數據結果。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，充分體現學生的主體地位，給學生足夠的空間和充分的機會去展示自己，獨立思考，勇于探索和創新，增加學生的學習積極性，培養學生在實驗過程中發現問題、分析問題、解決問題的能力，同時提高學生的團隊協作意識和合作精神。課后，學生在數據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。老師還可以在學習通上發布作業，題目是關于該實驗項目的拓展和應用，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。

（三）虛擬仿真實驗及居家實驗設計

在應對特殊情況下無法實現跨校區進行實際操作實驗時，需要采取更多樣化的上課方式來應對特殊情況。大學物理實驗和大學物理理論課程不同，大學物理課可以通過“學習通、雨課堂、釘釘”等學習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，而大學物理實驗課程需要具體操作實驗儀器，測量數據，即使線上上課也沒法達到操作實驗的要求。為了讓學生在特殊情況下順利完成實驗項目的同時，還能激起學習實驗興趣，增強學生探索和創新的信心，可以設置一些利用簡單的日常生活材料就能完成的實驗項目。與傳統的實驗室實驗相比，居家物理實驗的實驗環境和實驗條件都發生了很大的變化，在實驗項目內容設計上要充分考慮內容是否能夠充分調動學生的學習興趣和積極性，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，確保學生的安全。根據上面的居家實驗項目要滿足的條件，我們設計了利用曲別針測量液體表面張力，利用手機測量一天不同時間的光照強度，利用手機測量聲速、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“學習通”和虛擬仿真實驗結合的方式，課前提前預習“學習通”“虛擬仿真”平臺中的視頻和文字資料，課堂中讓學生自己根據所掌握的知識，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）合理優化考核機制，激發學生學習動力

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

（五）課程思政融入大學物理實驗

（1）“大學物理實驗”課程內容設置應該根據不同專業的學科特點，制定專業性強的實驗項目，同時引入思政元素教育，制定科學合理的思政教育目標。總體目標主要包括：在大學物理實驗課堂中融入社會主義核心價值觀、中國優秀傳統文化、優秀科學家的科研精神故事、人文情懷、環保意識、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，可以結合“大學物理實驗”課程特點，加深學生對物理概念、物理規律的理解，在實驗思想、方法、技能等方面得到訓練，更重要的是可以培養學生獨立研究問題、解決問題的能力，實事求是的科學態度，嚴謹踏實的工作作風和團結協作的精神。最終實現培養學生不斷探索，勇攀高峰，持之以恒，勇于創新的科學精神；培養學生的愛國主義精神和為實現中國夢不斷奮斗的理想和信念等。提升學校師生的思政教育意識，充分意識到專業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，先從自身做起，以身作則，言傳身教。大學物理實驗就是培養學生的創新能力和創新思維，國家高度重視科技創新，提出了一系列新思想、新論斷和新要求，因此讓學生在物理實驗中培養創新能力也是一個重要的研究目標，能更好地為人民、為國家、為全社會做出貢獻。

（2）注重提高物理教師的思政水平，制定體現思政元素的教學大綱，將實驗教學歸結到思想品德、實驗安全、實驗紀律、儀器操作與數據測量、撰寫報告、實驗衛生等蘊涵“思政元素”的各個環節，從而提高學生們的思想覺悟，對于加強學生思想政治教育具有重大意義。打破傳統的實驗教學模式，重點培養學生的實踐能力，合理分配基礎性實驗、綜合性、設計性實驗、探索和演示實驗的教學比例，推進學生自主學習、合作學習和研究性學習，讓學生直接參與其中，有利于其創新能力的培養，發揮學生的主體作用，激發學生創造性思維。同時，將思政元素巧妙地融入到大學物理實驗教學中，在培養學生科學素養的同時也體現了人文精神，從而激發他們的愛國情懷和民族自豪感。

（3）鼓勵創新精神和團隊協作精神，老師引領和指導，學生自己動手搭建實驗平臺，驗證實驗規律，培養他們自信、自立、自強，激發學生主動學習的熱情，形成良好的科學素養。在團隊合作和分工協作過程中，共同努力，培養他們的大局意識，團隊合作精神，為今后工作中的團隊合作打下堅實的基礎。

（4）實現大學物理實驗教學中人文與科技的完美結合，改進教學模式和教學手段，有效地開展大學物理實驗“課程思政”建設，深入討論和挖掘其內涵的思政元素，充分發揮學生的主觀能動性，在“潤物細無聲”中實現對大學生的思想政治教育，增強學生的責任感，民族自豪感和為國家做貢獻的使命感。

通過在大學物理實驗教學過程中加入思政元素，使得課堂教學內容和氣氛都更加生動、多彩，根據社會和國家需求培養人才。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，引導學生正確做人和做事，樹立富有責任心、勇于探索，努力勤奮，不忘桑梓，報效祖國，為祖國培養具有愛國主義精神等品格的祖國建設者和接班人。在大學物理實驗課堂教學中，采取多樣化教學方式，以學生為主體，老師起到引導作用，多增設一些探索與演示實驗以及和專業關聯性強的設計性實驗，采用小組合作探討式學習方法，培養學生自主動手能力和團隊協作精神。在教學管理上，要求學生嚴格遵守實驗室守則，提高學生的安全意識和環保意識，培養學生自學、自省、自控的能力。人文關心學生成長，用愛教育學生、感化學生。通過嚴格管理與人文關心，促進大學生的成才意識、責任心等。

三、結語

隨著科學技術的高速發展和社會對綜合應用型人才的要求逐步提高，大學物理實驗課程教學在培養學生探索和創新性能力方面需要不斷地改革和發展。本文從實驗課程內容，教學方式方法、考核機制以及融入課程思政等方面進行革新，為激發學生的學習興趣，培養其探索和創新精神、提高分析問題并解決問題的能力提供充分的空間和機會。