面向釀酒行業(yè)的“大學物理實驗”課程改革與實踐

摘"要：針對應用型大學的學生理論基礎薄弱，對“大學物理實驗”課程缺乏興趣，“大學物理實驗”課程與專業(yè)契合度不高的現狀，構建面向釀酒行業(yè)的大學物理實驗項目群，實施了以學生為中心的教學方法改革，同時優(yōu)化了體現學生主動性的成績評價機制。教學實踐表明，這種新型教學方法有效激發(fā)了學生的學習興趣，顯著提升了動手能力和實踐應用能力；項目群的建立不僅促進了學生對物理實驗的理解和應用，更為他們將來在釀酒行業(yè)的職業(yè)發(fā)展奠定了一定基礎，展示了理論與實踐相結合的重要性。

關鍵詞：大學物理實驗；教學改革；實踐應用能力

中圖分類號：G420

Abstract：In"response"to"weak"theoretical"foundations"among"students"in"applied"universities，their"lack"of"interest"among"students"in"applied"universities"in"the"course"of"College"Physics"Experiments，and"the"low"relevance"of"physics"experiments"to"their"majors，a"college"physics"experiment"project"group"focused"on"the"brewing"industry"has"been"established.A"studentcentered"teaching"method"reform"was"implemented，along"with"an"optimized"assessment"mechanism"that"reflects"student"initiative.Teaching"practices"have"shown"that"this"innovative"teaching"approach"effectively"stimulates"students'"interest"in"learning"and"significantly"enhances"their"handson"skills"and"practical"application"abilities.The"establishment"of"this"project"group"not"only"facilitates"students'"understanding"and"application"of"physics"experiments"but"also"lays"a"solid"foundation"for"their"future"career"development"in"the"brewing"industry，highlighting"the"importance"of"combining"theory"with"practice.

Keywords：College"physics"experiment；Instructional"reform；Practical"ability

“大學物理實驗”是加深對物理規(guī)律理解的重要環(huán)節(jié)，是非物理類理工科專業(yè)學生的一門基礎公共課程，為理工科學生觀察自然界提供了必要的手段，為進一步學習后續(xù)課程打下堅實的實驗技能基礎。傳統(tǒng)的大學物理教學模式主要是在力學、流體力學、聲學、光學、電學以及磁學等學科各選擇一到兩個方向開展一些驗證性實驗。這樣的課程設計具有一定的系統(tǒng)性且在某種程度上能讓學生將物理知識學以致用，但存在實驗教學模式單一［1］，實驗安排與后續(xù)課程以及專業(yè)方向的契合度不高等問題，很大程度上影響了對學生的學習興趣和創(chuàng)新能力以及專業(yè)能力的培養(yǎng)［2］，已不能滿足面向釀酒行業(yè)相關專業(yè)的學生的培養(yǎng)要求。在面向釀酒行業(yè)辦學的應用型高校，大學物理理論與實驗的課程應為后續(xù)開展的專業(yè)主干課，特別是有關釀酒工藝教學的課程提供知識積累與實驗技能的培訓。因此，大學物理實驗也需要充分考慮與專業(yè)的契合度，適當增加從設計性與綜合性實驗等角度來進行課程改革。

針對釀酒行業(yè)的“大學物理實驗”課程改革與設計國內尚未有研究，面向釀酒行業(yè)的大學物理實驗改革可以為此類應用型高校的物理實驗改革提供參考意見。釀酒是一個系統(tǒng)完善且非常復雜的工程，從糧食的含水量監(jiān)測與處理、曲藥的磨碎［3］及發(fā)酵過程中溫度和濕度等細節(jié)的把控，摘酒過程中根據酒花特征判斷白酒濃度及白酒其他物性關系［46］，從勾酒過程中各組分的配比［7］，到各環(huán)節(jié)中品控檢驗流程，都需要專門的涉及物理的工具協(xié)助完成，每一個環(huán)節(jié)都涉及大量的物理知識。在以培養(yǎng)釀酒行業(yè)的應用型人才為目的的學校，以茅臺學院為例，“大學物理實驗”課程設計可以將物理知識與這些白酒基本物理性質測量等的素材結合起來，一方面通過實驗內容的改革提高課程與專業(yè)的契合度，另一方面，通過在實驗體系中增加設計性實驗和綜合性實驗來提升學生的學習興趣和動手實踐能力。

1"學生學習“大學物理實驗”課程常見問題成因分析

1.1"學生大學物理理論知識基礎薄弱

“物理理論”課程是實驗課程開設的基礎，只有在充分理解理論的前提下，才能理解實驗的本質，這樣實驗結果和結論才具有可靠性。在地方性的應用型高校中，很多工科專業(yè)學生物理基礎相對比較薄弱，在民辦高校中這種現象較多，甚至有學生害怕學習物理。此外，應用型高校一般把“大學物理”的課時壓縮得非常少，如果照搬傳統(tǒng)“大學物理”的課程內容來授課的話，學生很難消化相對較多的物理知識。因此，地方性應用型高校物理實驗教學改革首先需要結合專業(yè)特色和培養(yǎng)方案精簡物理理論課程，讓學生在有限的課時中把理論知識學得更透徹，做到知其然也知其所以然。

1.2"學生對物理實驗缺乏熱情和興趣

傳統(tǒng)物理實驗的課程是圍繞基礎物理各方向設置的驗證性物理實驗體系。學生在做實驗的時候更多是重復老師的演示，很多學生在完成實驗之后依然對實驗原理和結論不清楚，只是獲得一些實驗數據，并對實驗數據進行簡單處理。學生對實驗的目的不清晰，更不清楚物理實驗與專業(yè)的關聯(lián)性。因此，學生缺乏對物理實驗課程的熱情和興趣，需要對實驗內容、實驗類型、教學方法等方面進行改革。

2"“大學物理實驗”課程教學改革初步探索

以茅臺學院為例，針對學生基礎薄弱，缺乏學習熱情，實驗設置與專業(yè)契合度不夠等問題，此次大學物理實驗教學改革從以下幾個方面著手。（1）面向釀酒行業(yè)的專業(yè)，重新構建大學物理實驗項目群。實驗內容包括：緒論以及由液體表面性質和電磁光聲等與白酒性質或白酒檢測相關實驗組成，并由淺入深構建有驗證性、設計性和綜合性實驗組成的實驗體系，提高實驗與專業(yè)的契合度，提升學生的學習興趣，促進學生自主學習能力和實踐動手能力的培養(yǎng)。（2）物理實驗教學方法改革，突出以學生為中心，展現學生的主觀能動性。（3）改革實驗成績評價標準，實驗成績由實驗預習成績、實驗報告成績、實驗操作成績以及參加物理實驗競賽情況四部分組成。其中，實驗報告成績重點突出實驗設計和數據分析兩個部分。

2.1"面向釀酒行業(yè)的專業(yè)，重新構建大學物理實驗項目群

首先，實驗緒論對于大學物理實驗來說非常重要，其重點突出數據處理方法的介紹。實驗緒論主要講解物理實驗的意義、誤差、實驗數據的真值、精確度以及實驗數據的處理方法，讓學生真正理解為何要進行物理實驗，以及如何把握實驗提高實驗數據的可靠性。其次，介紹一些常見的實驗數據處理方法，比如圖示法、列表法、回歸分析法和常見的數據處理和繪圖的軟件。讓學生學會如何處理實驗數據、分析實驗數據，并從實驗數據中分析得到更加可靠的實驗結果和實驗結論。

應用型大學的“大學物理實驗”課程課時較少，同時需考慮實驗課程與專業(yè)的契合度。從白酒釀造過程、白酒相關知識和白酒檢測過程出發(fā)，構建由驗證性、設計性和綜合性實驗梯度組成的并與白酒釀造與檢測相關的實驗群。重新建設了以下的實驗項目：（1）液體表面張力和黏度的測量，該實驗以白酒為研究對象，通過實驗學習表面張力和黏度的測量方法，分析不同濃度白酒的表面張力和黏度變化。（2）剛體轉動慣量的測量。授課過程中重點突出轉動慣量對于釀酒工程自動化中的重要性，把電機轉動慣量的測量這個工業(yè)實際問題點帶到教學實踐中。（3）利用牛頓環(huán)測量透鏡曲率。此實驗除了讓學生學會如何利用牛頓環(huán)光學現象來測量透鏡曲率外，還啟發(fā)學生思考如何進行酒瓶凹型底部曲率半徑測量方法，寫出測量方案。（4）聲速的測量。用白酒替代空氣作為聲音的傳播介質，利用駐波法和李薩如法測量不同濃度白酒中超聲波的傳播速度。（5）螺線管磁場的測量——在酒瓶厚度測量中的應用探索。講解生產實踐中白酒酒瓶厚度測量的必要性和重要性，啟發(fā)學生把霍爾效應應用在白酒酒瓶厚度測量中的探索。（6）邁克遜干涉儀虛擬仿真實驗。學生自學虛擬仿真實驗，并在有限時間內完成實驗內容，以培養(yǎng)學生的自學能力和動手能力。

學生最終選擇兩個方向來進行綜合性的實驗：（1）白酒特性研究方向。比如，結合白酒的表面張力、黏度、濃度等方面分析白酒酒花物理特性的相關性或者利用超聲波聲速測量白酒濃度；（2）將實驗向自動化方向的實現進行延伸，轉動慣量的自動化測量，至少要完成自動化測量中流程圖和所涉及的程序代碼的撰寫，培養(yǎng)學生的動手能力。各實驗性質與專業(yè)契合性如下表所示。

2.2"以學生為中心的實驗教學方法改革

在教學實踐中，教師主要起主導作用，引導學生自主學習，自主探索和積極思考。所有實驗均需要學生很強的主動性，每個實驗都需要學生課前預習。課前發(fā)放實驗文件和視頻介紹讓學生完成預習，并通過雨課堂設置兩個問題來檢驗預習效果。驗證性實驗主要以講解拓展為主，啟發(fā)學生思考，教學方法上要注重應用多媒體，用圖片與動畫展示相對抽象的物理過程，將抽象的內容直觀化、復雜的內容簡明化，很好地吸引了學生的注意力。設計性和綜合性實驗主要引導學生進行實驗設計和方案構思，適當的時候提供一些例子啟發(fā)學生以拋磚引玉，同時在學生參與的全過程中及時幫助學生糾正錯誤，引領學生更快更好地完成實驗。實驗完成之后要求學生圖文并茂、有理有據地進行實驗討論和分析。讓學生自主學習，把部分學習和分析時間放在課前和課后，有效地解決了實驗課時較少的問題。與此同時，為提高學生的學習興趣和動力，教研室還和學生社團合作，每年舉辦物理嘉年華活動，把生活物理和科普物理帶進學生的活動中，讓學生在愉快的活動挑戰(zhàn)中感受物理的魅力。

2.3"物理實驗成績考核改革

物理實驗的成績必須體現學生的基礎物理實驗知識的掌握情況，實驗構思設計與分析的能力，以及學生的自主學習和動手能力。因此，實驗成績由實驗預習成績、實驗報告成績、實驗操作成績以及參加物理實驗競賽情況四部分組成，成績占比為1∶6∶2∶1。預習成績主要由雨課堂來提供成績依據。實驗報告成績又重點突出實驗設計和數據分析兩個部分。對于設計性和綜合性實驗，特別要評判學生的實驗設計可行性、全面性。實驗數據分析必須體現實驗數據的可靠性，這一點在上課過程老師必須保證學生實驗數據在可靠范圍才允許學生進行下一步。實驗數據的分析需要有翔實的計算過程，有規(guī)范的圖表和有可靠的數據結果和結論。綜合性實驗中還需體現必要的實驗結論，比如白酒物理特性的實驗，需要分析白酒物理特性的關聯(lián)性；自動化相關實驗需要有流程圖和全部的程序代碼以及設計思路。在實操過程中，依照學生的操作規(guī)范，參與程度、上課積極程度，比如提問和討論等給予每組學生打實操過程分。

與全國高校同學同臺競技是學習和能力提升的直接有效的方法。在教學期間，鼓勵學生參加物理實驗類競賽，從參加校級選拔賽到參加國家級競賽都有不同程度的額外加分鼓勵，獲獎加分可直接加入實驗成績總分，直至滿分。

3"“大學物理實驗”課程教學改革與實踐取得的教學效果

“大學物理實驗”課程的教學改革模式已在茅臺學院的兩屆學生中試用，深受學生的喜愛和歡迎，取得了良好的教學效果，其表現有以下內容。（1）學生學習興趣明顯提升。學生課前預習的雨課堂問題完成率超過96%；課上學生的提問請教和討論更多，提問的問題更專業(yè)和深入。（2）相較于改革前，學生更熟練地掌握實驗方法，實驗數據分析更深入和專業(yè)，為后續(xù)有可能的科研打下了一定基礎。（3）將理論與專業(yè)實踐結合起來，學生學到更多知識，動手能力和實踐應用能力得到顯著增強。學生完成實驗中總是會將釀酒過程中的檢測問題和實驗結合起來思考，提出關于檢測手段的新思路，也總結了部分白酒物理特性相關性，計劃相關論文的發(fā)表。（4）學生參與物理實驗競賽的熱情高漲。在此次教改開展以來不到三年時間里，我校已組織學生開展兩次物理競賽，共獲省級二等獎1次、國家級三等獎2次、優(yōu)秀獎1次。

結語

通過對“大學物理實驗”課程進行基于釀酒的實驗項目群建設、以學生為中心的教學方法改革和學生成績評價機制改革，使“大學物理實驗”課程更契合面向釀酒行業(yè)的專業(yè)。在老師的積極引導下，學生的實驗方法和數據分析手段更為熟練，也激發(fā)了學生對物理實驗的興趣和熱情，學生的動手能力和實踐應用能力得到增強，達到了較好的教學效果。

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基金項目：茅臺學院教育教學研究與改革項目（myj2022006）；茅臺學院高層次人才科研啟動經費項目（mygccrc〔2022〕111）；.遵義市科技合作項目優(yōu)秀青年人才培養(yǎng)專項（遵市科合HZ字〔2022〕170號）；茅臺學院教育教學研究與改革項目（mtxyjg2024003）

作者簡介：羅奎（1991—"），男，漢族，貴州遵義人，碩士研究生，講師，研究方向：物理教學及白酒釀造全過程檢測。