基于高校辦學特色的大學物理實驗課程教學改革探索與實踐

［摘 要］高校的特色辦學不僅展示了高校的獨特魅力和競爭優勢，也為高校的長遠發展奠定了堅實的基礎。文章依托高校辦學特色，針對當前大學物理實驗教學中存在的問題，實施了基于辦學特色的大學生物理實驗課程教學體系的構建和推進社會服務的大學物理實驗課程教學改革，促進了學生能力的培養、實驗中心的建設。

［關鍵詞］辦學特色；物理實驗；課程改革

［中圖分類號］G642.0 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2025）09-0052-05

辦學特色是各級院校在長期辦學過程中受到政策導向、社會需求、師資力量和文化傳承等多種因素的共同影響而形成的獨特風格和特征[1-3]。在高等教育日益普及和競爭日益激烈的背景下，高校之間的差異化競爭成為焦點。辦學特色作為高校獨特的標識和優勢，有助于高校在眾多競爭者中脫穎而出，形成差異化的競爭優勢[4-5]。

大學物理實驗課程是高校人才培養體系的重要組成部分，旨在培養理工科學生的實踐能力和創新能力[6-7]。隨著我國教育改革的持續深入，對實驗課程進行教學改革探索，能夠更好地適應時代需求，促進學生的全面發展。在此形勢下，各高校依據自身情況積極開展大學物理實驗教學改革探索。如浙江農林大學天目學院[8]根據大學物理實驗課程在獨立學院中的地位和作用，探討了獨立學院的大學物理實驗教學的改革和創新舉措；陸軍步兵學院基礎部[9]研究了軍隊院校在軍民融合背景下的大學物理實驗課程建設，并嘗試為該校其他專業建設提供經驗；青島農業大學理學與信息科學學院[10]對農業院校大學物理實驗教學情況進行了分析，探索在新工科背景下的教學改革實踐。以上研究主要圍繞高校自身的辦學性質、專業建設進行大學物理實驗的教學改革，對實驗教學具有重要的指導意義，但對高校如何結合自身辦學特色進行教學改革探索和實踐仍然缺乏研究。

中國計量大學是一所以計量、標準、質量、市場監管和檢驗檢疫為辦學特色的高等院校。實踐表明，在大學物理實驗課程教學中增加計量知識的教學，對學生以后的工作與學習有著積極的影響[11-13]。本文將總結中國計量大學大學物理實驗課程教學經驗，對大學物理實驗課程教學改革進行探索與實踐，以促進人才能力培養和中國計量大學物理實驗教學中心（以下簡稱實驗中心）建設。

一、大學物理實驗課程教學現狀

大學物理實驗課程是一門面向高校理工科學生的重要必修基礎課程，但在實際的教學中存在著一些常見的問題。以中國計量大學為例，這些問題主要體現在教學內容、教學模式、考核方法以及服務功能四個方面。

（一）教學內容亟待更新

大學物理實驗課程的教學內容以驗證性和綜合性的基礎實驗為主，偏重對物理原理的驗證、實驗過程的復現和實驗數據的測量等，滿足人才培養的基礎需求。但目前的實驗課程沒有充分依托學校的辦學特色和優勢進行內容設計，導致創新不足，實驗內容與學生的專業學習相脫節，不利于學生能力的培養。

（二）教學模式難以滿足新需求

為保障實驗操作的規范性和安全性、知識傳授的系統性和高效性等，大學物理實驗課程常采用以教師為主導的教學模式，即教師講解實驗原理、實驗步驟，然后進行示范，最后由學生進行實驗。這種教學模式一方面未能注重個性化教學，在有限的課堂時間里無法給學有余力的學生提供具有挑戰性的內容；另一方面也使得實驗中教師的注意力無法完全覆蓋所有學生。在傳統大學物理實驗教學中，實驗教師往往“駐點”某個或某幾個實驗，學生完成該實驗后即轉入下個實驗學習，師生交流有限，學生與實驗老師只有“一面之緣”。隨著信息化技術的普遍應用及學生信息素養的提高[14]， 傳統教學模式已難以滿足新教育時代的學情需求，不利于學生創新思維與動手能力的培養。

（三）考核方法片面

大學物理實驗課程偏重對學生的實驗報告完成情況和實驗結果進行考核，而忽視了學生在實驗過程中的表現、思考和創新，這容易挫傷學生的積極性。這種片面的考核方法難以全面、客觀地評價學生的實驗能力和綜合素質。新形勢下的人才培養需要通過豐富考核方法來激發學生的學習興趣，提升學生的學習效率，從而有效培養學生的自我管理、主動學習及獨立思考的意識與能力。

（四）社會服務功能不足

增強實驗中心的社會服務功能，不僅能夠提升高校的社會影響力，還能促進科學知識的普及與技術創新，為社區、企業乃至整個社會帶來積極的影響。但實驗中心的課后利用率不高，多數儀器只用于日常教學，造成了一定的資源浪費。

二、基于高校辦學特色的大學物理實驗課程教學改革策略

針對當前大學物理實驗課程教學的實際問題，課題組嘗試從學校教學和社會服務兩個方面進行探索和實踐，以促進大學物理實驗課程教學質量的提高、物理實驗中心的建設發展和學校影響力的提升。

（一）構建基于高校辦學特色的大學物理實驗課程教學體系

課題組從教學目標、課程內容、教學方法和教學評價四個主要方面進行改革探索，嘗試構建基于高校辦學特色的大學物理實驗課程教學體系。在大學物理實驗課程教學目標方面，在“培養學生實踐能力和創新能力”的基礎上增加“計量意識和標準意識的培養”；在課程內容方面，除了基礎實驗，還開發了特色創新實驗；在教學方法方面，廣泛采用輔助教學手段，直觀展現辦學特色；在教學評價方面，注重對測量方法、測量原理、測量標準和儀器校準等計量和標準知識的考查。同時，師資隊伍是教育事業的核心力量，是教學體系得以正常運行的基礎，課題組因此加強了師資隊伍建設。課題組通過以上探索嘗試，最終構建了基于高校辦學特色的大學物理實驗課程教學體系（見圖1）。

1.優化課程內容

當前，實驗中心所開設的驗證性、綜合性和特色創新性實驗項目如表1所示。通過驗證性和綜合性基礎實驗課程，讓學生更直觀地感受物理定律和原理的實際應用，如霍爾效應在“霍爾效應法測量螺線管磁場”實驗中的體現、干涉現象在邁克爾遜干涉儀中的演示等，幫助學生將抽象的理論知識具體化、形象化。系統教授實驗室安全規范和基本儀器設備的校準與使用方法，以確保每名學生在進入實驗前都能熟練掌握基本操作方法。設計從簡單到復雜的階梯式實驗項目，逐步提升學生的動手能力和實驗設計能力，如從簡單的“碰撞打靶”實驗到復雜的光學測量實驗“分光計的調整與使用”等。教授基本的數據處理方法，如數據記錄、整理、誤差分析，圖表繪制等，讓學生能夠科學、準確地分析實驗結果。在教學中注重儀器的校準、量值和單位制的換算、測量誤差和測量不確定度的分析、量值的傳遞與溯源等標準和計量知識在實驗中的應用。

實驗中心基于學校在計量、標準方面的辦學特色，設計開發了極具特色的創新實驗項目。例如，實驗中心聯合測控技術與儀器專業教師，設計了“國際單位‘米’的量子基準復現”實驗，讓學生直觀地感受標準和計量的魅力，引導學生認識不同學科之間的聯系與差異，培養學生的計量意識、標準意識和跨學科意識[15]。該實驗裝置如圖2所示，其由分光干涉裝置、量塊定位裝置和自動計數裝置三部分組成。利用以上裝置，可以將長度的測量和光波波長聯系起來，并轉化為對干涉圓環中心變化數的測量，實現國際計量單位“米”的量子基準復現和長度非接觸式的精準測量。

在創新實驗中，允許學生在實驗方案制訂、步驟確定、數據處理等方面進行創新嘗試。通過參與這類實驗項目，學生不僅能夠掌握計量、標準相關知識和技能，還能夠培養實踐能力、創新能力和團隊意識等，為未來的學習和工作打下堅實的基礎。目前，實驗中心仍有多個特色創新實驗項目在開發建設中。

2.豐富教學手段

在傳統演示實驗教學模式的基礎上，積極引入社交軟件、虛擬仿真等數字化輔助教學手段，提高教學效果和學生的學習興趣。在課后開放實驗室，提高實驗室使用率和學生學習的主動性。

（1）數字化教學手段的應用。課前利用微信建立上課班級群，在班級群發布實驗原理、操作演示視頻，注意事項和思考題，并及時回答學生提出的問題，解決實驗教師和學生只在上課時有“一面之緣”的問題。在超星學習通平臺提供預習資料、實驗指導視頻、實驗報告模板等，方便學生隨時隨地自主學習。同時，利用超星學習通平臺的數據分析功能，跟蹤學生的學習進度和表現，為個性化教學提供依據。鑒于智能手機的普及，為學生提供可觀看物理實驗教學視頻的二維碼，方便學生在課中隨時檢驗操作規程和要點，在一定程度上解決了物理實驗中的“教學覆蓋”問題[16]。利用班級群和超星學習通平臺進行實驗課后的學生學習管理，及時解決報告提交、疑問解答，以及與學習和考試相關的其他問題。

（2）虛擬仿真技術的應用。針對創新實驗，進行虛擬仿真教學。虛擬仿真教學資源不僅方便學生進行課前預習與課后復習，也豐富了大學物理實驗課程的教學內容。虛實結合的課程教學模式能夠激發學生的學習興趣和動力，培養學生的綜合能力和創新思維，節約實驗教學資源并提高教學效果。教師可以通過虛擬仿真平臺，有效地采集并分析學生的學習數據，精準地把握學生的學習進展與知識掌握情況，進而靈活調整教學方案，以增強教學的針對性和實效性。經過實驗中心的努力，課題組目前已獲批具有鮮明計量和標準特色的虛擬仿真實驗教學項目3項，其中2項為省級虛擬仿真教學項目“國際單位‘秒’的復現與保持”和“國際單位‘千克’的量子基準復現”，1項為校級虛擬仿真實驗教學項目“國際單位‘米’的量子基準復現”。

（3）開放實驗室的應用。為學有余力的學生提供開放的實驗室，讓學生可以根據自己的時間和進度安排實驗學習。這種靈活的安排方式有利于激發學生的創新靈感，提高他們的實驗技能和解決問題的能力。在課程學習結束之后，鼓勵學生打破專業界限，自由組隊參加學科競賽，這可以讓不同專業的學生在組隊過程中相互學習、取長補短，共同解決跨學科的問題，有助于培養學生的跨學科思維和團隊協作能力。以歷屆校級、省級和國家級理科與工科學科競賽課題為主要實驗內容，讓學生在真實的競賽項目中鍛煉自己的實踐能力和創新能力。鼓勵學生通過參與競賽項目深入了解行業動態、掌握前沿技術，為未來的職業發展打下堅實的基礎。

3.完善評價體系

對物理理論知識的掌握和實驗儀器的規范操作是大學物理實驗課程傳統評價的主要內容。大學物理實驗課程評價注重對計量知識和標準知識的考查，以期全面評估學生的學習成果和綜合能力；注重考核學生對數值修約規則（國家標準文件：GB8170-87）、實驗室安全操作標準、有效數字的運算等計量知識和標準知識的應用能力，強調數據處理的準確性、結果分析的合理性以及格式的規范性等。

對于創新實驗，將課程總結和答辯作為重要的考核內容。課程總結環節要求學生全面回顧實驗過程，分析實驗數據，總結實驗成果與不足，并提出改進意見。答辯環節則強調培養學生的口頭表達能力和團隊合作精神，鼓勵學生提出新穎的實驗思路或解決方案，并在答辯中突出其創新性和實用性。教師可以根據學生在實驗設計、實驗操作、數據記錄與分析等環節中的表現進行過程性評價，并及時反饋學生的學習情況，幫助他們及時調整學習策略。

此外，為學有余力并樂意參與學科競賽的學生積極提供資源和輔導。鼓勵學生分工合作撰寫課程論文，總結競賽項目的背景、目標、方法、結果及意義等。論文應體現學生的文獻綜述能力、數據分析能力和批判思維能力。以競賽成績、獲獎情況、項目展示等作為重要的評價指標。競賽成果不僅反映了學生的專業技能和創新實踐能力，還體現了他們的團隊合作精神和競爭意識。在評價競賽成果時，還應關注學生對思政元素的挖掘，這有助于學生的全面發展。通過近三年的實踐，實驗中心輔導的學生在浙江省大學生物理科技創新競賽中獲得一等獎21項、二等獎15項、三等獎12項，其中一等獎獲獎數量排名全省第一，實現了中國計量大學在該項賽事的“三連冠”。

4.加強師資建設

加強實驗中心教師團隊的建設，是提升大學物理實驗課程教學質量的保證，也是推動實驗中心建設的關鍵。根據學校辦學特色、整體發展戰略和大學物理實驗課程教學的特點，明確實驗中心教師團隊的中長期發展目標是提高大學物理實驗課程教學質量、加強實驗教師教研和管理能力、夯實省級物理實驗教學示范中心建設、進一步建成特色鮮明的省級和國家級實驗與科普中心的重要基礎。

加強師資建設的具體舉措包括定期開展教學能力培訓和教學研討會議。邀請校外專家舉辦講座，對實驗教學技能、科研方法、儀器設備操作與維護等方面內容進行培訓。支持教師開展科研活動，鼓勵教師根據學校辦學特色申請校級、市級乃至更高級別的科研項目，以提升科研能力。將科研成果轉化為實驗教學資源，以豐富實驗教學內容，提高實驗教學的創新性和實用性。通過觀摩名師教學、教學問題研討等形式，促進教師之間的教學科研交流，實現教學質量提升。通過以上具體舉措的實施，實驗中心教師團隊的建設與發展質量逐步提升。

（二）推進社會服務

實驗中心先后獲批為浙江省物理實驗教學示范中心、浙江省重點實驗室、浙江省智能制造質量大數據溯源與應用重點實驗室、浙江省“十四五”省級大學生校外實踐教育基地。為了進一步推動社會服務功能的提升，實驗中心開展了特色科普中心建設和“科普進小學”活動，在此過程中獲得了學校的多項資源支持。實驗中心利用基于學校辦學特色設計的實驗裝置開展科普活動，推動科普教育深入發展。如“國際單位‘米’的量子基準復現”實驗裝置包含了我國古代利用“黃鐘律管”的共振頻率對“尺”進行定義、現代對“米”的定義的歷次革新等內容，蘊含著豐富的中國傳統文化和基礎科學知識，有助于培養學生的計量意識和標準意識。儀器展示、講解和操作等科普活動提高了學生的科學素質和科學認識，培養了學生的科學探究能力和創新精神，使他們認識到計量和標準的重要意義。

實驗中心將蘊含豐富計量知識和標準知識的實驗儀器用于科普活動，為提升全民科學素養和創新能力貢獻了力量，同時鍛煉了實驗中心教師的業務能力。實驗中心利用科普活動充分發揮了服務社會的作用，獲得了社會的廣泛好評，《光明日報》等媒體對此進行了報道。

三、結語

大學物理實驗教學改革是適應時代發展和教育需求變化的必然要求，對于解決當前實驗教學存在的問題以及滿足社會對人才的培養需求具有重要意義。實踐表明，基于高校辦學特色的大學物理實驗課程教學改革，能推動教學質量的提高、實驗中心的發展和學校影響力的提升。

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［責任編輯：鐘 嵐］