OBE理念下研究型大學物理實驗教學改革

摘要：針對OBE理念下的大學物理實驗課程，分析了課程所面臨的問題，以及當前的機遇和挑戰，提出研究型大學物理實驗教學研究改革。針對學生專業及物理學科特點，設定實驗內容，以物理學解決途徑構建實驗過程，以深入的數據分析和結果討論，并以前沿科技、基礎理論、重要工程應用構建分析擴展方向，獲得深刻的實驗結論和科學思維訓練。最后給出教學模式、教學內容、教學資源建設等改革建議，對大學物理實驗教學改革有一定參考。

關鍵詞：大學物理實驗；OBE理念；研究型實驗；教學模式

OBE教育理念是以成果為目標導向的教育模式，這種成果既包含課程學習的知識和技能，也包括學習知識和技能的過程和方法，以及學習中的情感、態度和價值觀［1］。OBE教育中的成果導向即以教學目標為導向，以能力為導向［2］，需要通過逆向思維進行課程體系建設。這種成果要求學生內化為自身心靈深處的過程歷程，尤其是經過學生長期、廣泛實踐的成果。從教學模式上，借助互聯網平臺近年來形成了翻轉式課堂、線上線下混合課堂、慕課等組織形式［34］，逐漸構建了基礎型、綜合應用型、設計型等分層次教學的大學物理實驗。大學物理實驗課程是理工類專業本科學生必修的重要公共基礎實驗課程，對學生科學素養、基本實驗技能、基本實驗方法、創新能力、運用知識等能力的培養有重要作用。

目前，國內本科院校的大學物理實驗課程開設方式及教學模式基本類似，均經過20世紀末21世紀初的多次革新和調整，形成了目前層次分明、體系完善、結構合理的格局。不過近年來，隨著高校教育教學改革的進一步深化［3］和“雙一流建設［4］”的步伐加快，出現了一些新的趨勢和方向，以雙一流A類和B類高校為代表的部分高校對教改實驗班獨立開展教學，并引入了一些新實驗模式、新實驗體系和新實驗內容，對傳統大學物理實驗教學進行了一些有益的探索和實踐。在國外大學，大學物理實驗多以開放式、自主討論探索式、研究型實驗教學模式為主［56］。主要以學習者為中心開展教學及教學研究改革。

經過多年的課程教學實踐，可以看到，目前的傳統教學模式體系完整，層次清晰，能夠較好達成基本教學目標，能夠基本滿足學生需求。不過，也明顯存在學生實驗不透徹、實驗項目挑戰度不足、優秀實驗報告比例與高水平要求不匹配等實際情況。從高質量高水平教學定位和國內外環境角度分析，對大學物理實驗課程進行深入仔細適度的教學新模式、新思路、新方法、新內容的探索和改革有60c1833f57e4eeca29d2df77279f834af5204e373b1d5537aaea75b18efd6df9必要性和重要意義。

本文在分析大學物理實驗當前的機遇和挑戰等背景下，探討了大學物理實驗教學研究改革，提出OBE教學理念下研究型大學物理實驗教學新模式，并給出實驗項目、實驗內容、課程教學資源建設的舉措和建議，構建新型大學物理實驗課程體系。

1課程的機遇及挑戰

近年來，大學物理實驗也和其他專業基礎和專業課程一樣，面臨著不少的機遇和挑戰。新時期，外部處于“雙一流”和“四新建設”的大背景［5］，內部學生主體需求變化明顯，新興教育技術快速發展，網絡課堂方興未艾。新體系、新模式、新方法的建立和大面積推廣需要經歷時間和過程，這給新時期的大學物理實驗教學改革提供了機遇，同時也提出了新的任務和要求，具體體現為如下幾個方面。

機遇一：2015年11月，國務院“雙一流建設方案”對拔尖創新型人才培養提出明確要求［4］，明確提出，需培養“富有創新精神和實踐能力的各類創新型、應用型、復合型優秀人才”，大學物理實驗作為通識基礎實驗課程，對創新型、應用型人才的實踐能力、創新能力培養擔負著重要使命和責任。2019年教育部六卓越一拔尖2.0大會進一步明確［7］，全面實施一流專業建設“雙萬計劃”、一流課程建設“雙萬計劃”、建設基礎學科拔尖學生培養一流基地，也就是建金專、建金課、建高地。

機遇二：2014年8月，教育部高等學校大學物理課程教學指導委員會發出“進一步推進基礎物理教學改革創新的倡議［3］”，明確提出“進一步深入研究基礎物理教學中面臨的新問題、新任務和新挑戰”，以及要求“全面推進基礎物理教育教學的改革創新”，大學物理實驗是基礎物理教學不可或缺的部分，對課程的教學理念、教學模式、教學方法、教學資源建設改革，對促進學生全面發展有著重要作用。

挑戰一：學生主體需求變化明顯，傳統教學在一定程度上不能滿足學生主體需求。2015到2016年，歷時20個月，江蘇大學和復旦大學牽頭［6］，對華東地區六省一市53所高校的大學物理、大學物理實驗課程進行了問卷調查和情況摸底，數據具有一定代表性和典型性。調查數據顯示，師生均認為大學物理、大學物理實驗課程對專業學習有重要作用。不過，73%的教師認為教學內容需要調整，近64%的教師仍然采用教師主講的傳統教學方式，而50%的學生喜歡教師精講、學生質疑、教師答疑的討論研究型教學方式，可見教師和學生對教學內容、方式和方法等方面存在理解上的偏差和喜好沖突，這也體現出傳統教學在一定程度不能滿足學生主體需求，考慮學生的時代和群體特征，可對教學內容、教學方式和方法進行漸進適度的改革，以進一步提高大學物理實驗課程的教育教學水平，更好地為拔尖創新型和應用型人才的培養服務。

挑戰二：新興教育技術快速發展［89］，沖擊傳統教學。以互聯網技術為載體的多種新興教育技術和組織模式，近年來不斷進入高等教育領域，對傳統教學形式、教學模式和教學理念形成沖擊和挑戰。大學物理實驗作為實踐課程，線下特征明顯，受互聯網技術沖擊有限，不過可利用互聯網技術的即時交流、過程監控、可個性化學習的優勢，為大學物理實驗課程改革提供新的切入點。

挑戰三：網絡課程方興未艾，課程網絡化已成為一種趨勢。承載著理念、內容、模式和方法的精品教學資源，是網絡化課程的核心內容之一。網絡教學資源不受空間和時間限制，學習便捷、受眾面廣，是傳統課程的有益補充。

2研究型課程改革措施

2.1課程數據收集及分析

進行充分的多角度課程情況調研、分析、總結，走訪調查學生個體、上課教師、學生所在專業及所在學院、開課學院、教學管理部門等多方面信息，從而收集對課程的理解、建議、意見等反饋。設計合理的調查問卷，全面采集獲取課程外部數據。分析上課教師課堂反饋、學生反饋、作業反饋、作業對比、教學效果反饋及對比，設計出合理的評價指標，采集收集課程內部數據。多維度數據的收集、整理和分析，是進一步開展大學物理實驗教學改革的科學性、可行性和有效性的基礎和保證。

2.2制訂研究型實驗課程教學改革實施方案

基于課程內部數據和外部數據分析結果，制訂研究型大學物理實驗課程教學改革研究計劃及實施方案。為使教學改革過程可控、有的放矢，不落入形式化、復雜化，尊重教育教學規律，將利用采集數據的分析結果，以轉變教學理念為主要思路，促進教學質量效果提高為目標，結合漸進適度有益推進原則，吸收傳統教學模式優勢和優點，咨詢專家，集中討論，科學研究，推陳出新，制定合理有效的研究型大學物理實驗課程教學改革研究和實施方案。

重慶理工大學大學物理實驗課程多年來建立了基礎實驗、驗證性實驗、綜合提高性實驗、設計性實驗的多層次課程體系，不過，限于近年來學時數減少等原因，目前主要以驗證性、綜合提高性實驗為主，設計性實驗為輔。實驗內容涉及力、熱、電磁、光、近代物理實驗等方面，實驗項目設置近100個，大面積長期開設項目近50個，研究型探索實驗內容亟待開發。

2.2.1實驗題目及實驗內容設定

結合學生專業及物理學科特點，符合大學物理實驗教育教學規律，以具體的科學/技術問題展開實驗，提煉精華，凝練方法和思想。問題需突出科學技術價值和意義，具有共性和典型性，同時突出時代科學技術發展特征，有利于增加學生學習興趣和好奇心。如在光柵衍射實驗中探討LED光譜分布情況及各色光強度。再比如在牛頓環實驗中討論肥皂泡為什么是彩色的，在邁克爾遜干涉實驗研究微小長度的測量。在電磁學實驗中探討器件或電路的阻抗，使用惠斯頓電橋測量物理量的變化，使用密立根油滴儀測量電子電量，利用變壓器研究鐵磁物質及磁滯回線。在力學和熱學實驗中討論液體的黏度，在液體表面張力系數實驗中討論肥皂泡為什么是圓形。上述問題的提出很好地激發了學生的好奇心，從而依據問題來設定研究型實驗內容。

2.2.2實驗過程及解決途徑設計

主要以物理學解決途徑構建實驗過程，注重對物理現象/理論/過程/方法/物理量/基本儀器的應用，同時注意使解決途徑遵循由易到難，由簡單到復雜，由特殊問題到一般問題，由理想模型到實際模型，由簡單儀器到復雜儀器。實驗過程設計，強調主動性引導，注重學生透徹實驗，系統地掌握多種解決途徑的邏輯關系及發展情況，有利于學生建立研究、創新的實驗習慣和思維習慣。具體在實驗項目中，引入分光計、光強分布測定儀以及積木式光柵光譜儀來研究光柵衍射實驗的干涉和衍射理論，將一般光柵衍射實驗中的定性分光問題量化為分光光速強度測量問題，從而評價LED燈具的發光性能參數，深刻認識光譜的形成和應用，將理論和應用有機地銜接起來。在電學實驗中，使用電表、電橋來測量電阻和阻抗，進一步分析討論基爾霍夫定律，使用諧振電路來研究阻抗對諧振頻率的影響，深刻認識濾波器的設計和應用。

2.2.3實驗數據及結果分析

主要以深入的數據分析和結果討論，并以前沿科技、基礎理論、重要工程應用構建分析擴展方向，獲得深刻的實驗結論和科學思維訓練。數據及結果分析要求需體現基本的分析工具/軟件的使用，數據和結果分析的基本方法、基本思路、基本思維規律。注重落腳點是科學思維能力的訓練和創新思維的培養。

2.3建設精品教學資源庫

深入開展研究型大學物理實驗課程改革研究實踐，建設精品教學資源庫。基于已經制訂的改革計劃和實施方案，集思廣益，結合翻轉課堂、微課、慕課等教學組織形式和方法，深入實踐，優化教學過程中各環節，探索研究型大學物理實驗課程的新體系、新模式、新內容和新方法。課程改革研究的核心之一，是研發支撐課程體系的教材體系和課程資源庫?？紤]周期和漸進實施原則，本論文暫不涉及課程體系及教材建設，僅針對教學資源庫建設展開。教學資源建設分為課件、實驗原理微課視頻、實驗操作演示微課視頻。對每個實驗分別開展分析，重構課程內容和課程目標，以OBE工程教育為理念，梳理教學目標，新加課程思政，重構教學內容，制作產出導向教學資源。目前已形成教學課件30份、實驗原理視頻30個、實驗演示視頻30個，并將教學資源在微信公眾號內面向全體學生發布。學生在課前通過微信公眾號內教學資源的學習進行實驗預習，較好地熟悉實驗原理及實驗教學儀器的使用和操作，單日視頻播放量突破500余次，在學生的學習中得到良好反響，達到較好教學效果。

2.4注重實驗過程引導和指導

幫助每一位學生掌握實驗技能，在教師講解完成后，主動開展巡查，檢查學生調節的實驗現象和測量的實驗數據，發現沒有理解透徹的學生，進行精準的指導和幫扶，解決學生實驗過程中的疑難問題和細節問題，使每位學生從理解實驗原理升華到理解實驗思想，掌握基本實驗技能及方法，從而形成教師講解和學生學習理解操作的閉環教學。

2.5課程評價改革

收集課程改革實踐過程和短期實踐結果數據，開展有效性和效果評價，并與預期目標進行對比驗證。為更好地評價課程教學改革實踐的有效性及效果，針對前期設計的評價指標體系，在學生主體收獲、教師教學評價、教師課堂反饋、學生課堂反饋、學生作業對比、學生成績對比、OEB認證分析、資源庫建設等多個角度開展教學改革實踐評價和分析，分析低效原因，評價教學理念轉變的有效性和效果，這些工作為科學有序推廣高效成果，以及進一步教學改革工作提供方向。

3總結

論文調研了近年來國內外大學物理實驗教學改革情況，分析了大學物理實驗所面臨的問題，以及當前的機遇和挑戰，提出在大學物理實驗課程中，進行研究型大學物理實驗教學改革的想法和措施，并在此基礎上，給出新課程體系、新實驗內容設置、新教學模式以及課程資源建設建議。

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基金項目：重慶理工大學本科教育教學改革研究項目（No.2018YB03）

作者簡介：廖飛（1982—），男，漢族，湖北利川人，碩士，實驗師，主要從事大學物理實驗教學及研究工作。