地方性應(yīng)用型工科大學(xué)物理實驗教學(xué)模式改革探索

高潭華，蘇春燕，張明文，劉雪梅，葉靖瑩

（武夷學(xué)院機電工程學(xué)院，福建武夷山354300）

地方性應(yīng)用型工科大學(xué)物理實驗教學(xué)模式改革探索

高潭華，蘇春燕，張明文，劉雪梅，葉靖瑩

（武夷學(xué)院機電工程學(xué)院，福建武夷山354300）

以地方性應(yīng)用型工科院校人才培養(yǎng)目標(biāo)為出發(fā)點，指出傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗教學(xué)中存在的問題，通過建設(shè)多通道、立體化、網(wǎng)絡(luò)化的大學(xué)物理實驗的教學(xué)資源，改革教學(xué)內(nèi)容、實驗課堂教學(xué)以及學(xué)生實驗的評價，創(chuàng)建新型的大學(xué)物理實驗教學(xué)模式。

大學(xué)物理實驗；教學(xué)模式；微視頻課程；虛擬實驗平臺；評價方式

當(dāng)今科技飛速發(fā)展，高等學(xué)校的人才培養(yǎng)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，實驗教學(xué)作為工科教育結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、工程技術(shù)素質(zhì)、文化素質(zhì)以及創(chuàng)新意識的培養(yǎng)具有不可替代的地位和作用。大學(xué)物理實驗是工科學(xué)生開始接受系統(tǒng)科學(xué)實驗和技能訓(xùn)練的開端，其豐富的實驗思想、方法和手段，對于工科學(xué)生是非常重要的，它不僅會影響學(xué)生后續(xù)實驗課程的學(xué)習(xí)，而且在某種程度上將影響他們今后的專業(yè)生涯。傳統(tǒng)的大學(xué)物理實驗教學(xué)從內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)過程以及評價方式等方面都存在明顯的缺點，例如：學(xué)生完成一個物理實驗的基本過程一般是：學(xué)生通過實驗教材進行預(yù)習(xí)，到實驗課堂后先由教師講解、演示實驗，然后再由學(xué)生自己動手做實驗，完成實驗后經(jīng)教師檢查實驗數(shù)據(jù)并簽字，課后由學(xué)生處理實驗數(shù)據(jù)撰寫實驗報告。這種教學(xué)模式的教學(xué)效率低，學(xué)生實驗的操作訓(xùn)練和思維訓(xùn)練都不足，實際情況是很大一部分學(xué)生是“依葫蘆畫瓢”完成實驗，有的學(xué)生甚至編造實驗數(shù)據(jù)、抄習(xí)實驗報告，浪費了寶貴的實驗資源和時間。另一方面，由于上實驗課的學(xué)生人數(shù)眾多，指導(dǎo)教師辛苦異常、疲于奔命?；诖爽F(xiàn)狀，我們在現(xiàn)代教育理論指導(dǎo)下，充分利用迅速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過多通道、立體化、網(wǎng)絡(luò)化的大學(xué)物理實驗教學(xué)資源的建設(shè)，從實驗教學(xué)內(nèi)容、實驗教學(xué)資源建設(shè)、實驗課堂教學(xué)以及學(xué)生實驗的教學(xué)評價等多方面對大學(xué)物理實驗教學(xué)進行改革，建立新型的適應(yīng)應(yīng)用型工科人才培養(yǎng)目標(biāo)的大學(xué)物理實驗教學(xué)模式。

1　建立層次化的適合應(yīng)用型工科要求的大學(xué)物理實驗教學(xué)內(nèi)容體系

以大學(xué)物理實驗教材建設(shè)為主線，改變傳統(tǒng)以力、熱、聲、電、光進行分類的課程模式，建立以引導(dǎo)性、基礎(chǔ)性、綜合性、設(shè)計性實驗的層次化的適合應(yīng)用型工科要求的大學(xué)物理實驗教學(xué)內(nèi)容體系。

1.1注重物理實驗思想、方法和技能的基礎(chǔ)訓(xùn)練

根據(jù)應(yīng)用型工科人才的培養(yǎng)目標(biāo)，系統(tǒng)地訓(xùn)練學(xué)生物理實驗的基本技能。由于教學(xué)時數(shù)的限制，精選兩個引導(dǎo)性實驗和十個基礎(chǔ)性實驗，通過這些基礎(chǔ)性的驗證實驗，使學(xué)生形成以下四個方面的能力，即：（1）掌握測量誤差的基本知識，形成正確記錄和處理實驗數(shù)據(jù)的能力（如掌握握列表法、逐差法、作圖法和最小二乘法等數(shù)據(jù)處理方法）；（2）掌握常用物理實驗方法（如：利用理論知識，設(shè)計物理量測量的各種方法），特別是與工程相關(guān)的實驗方法；（3）常用物理儀器（如：游標(biāo)卡尺、螺旋測微計、移測顯微鏡、水銀溫度計、福廷氣壓計、秒表、各種電表、示波器、邁克爾遜干涉儀等）的使用方法；（4）掌握常用的實驗操作技術(shù)測量基本的物理量（如：長度、質(zhì)量、溫度、壓強、壓力、電流、電壓、電阻、磁感應(yīng)強度、光強度、折射率等）。

1.2開發(fā)具有專業(yè)特點的大學(xué)物理綜合性實驗

根據(jù)我校開設(shè)的不同專業(yè)，開發(fā)具有工科專業(yè)特點的綜合性大學(xué)物理實驗，目的是引導(dǎo)學(xué)生從各自專業(yè)學(xué)習(xí)的角度來思考分析物理實驗問題，促進學(xué)生對所學(xué)專業(yè)的理解，加深對大學(xué)物理實驗作用的認(rèn)識，強化專業(yè)思維意識，提高學(xué)習(xí)的積極性。在開發(fā)綜合性實驗中盡量做到以下四點，即：（1）實驗具有綜合性，能引導(dǎo)學(xué)生對知識、儀器、技術(shù)和基本實驗方法進行綜合；（2）相應(yīng)專業(yè)需要，但學(xué)校的現(xiàn)有課程中又暫時還沒有覆蓋到；（3）具有現(xiàn)代性，是現(xiàn)行應(yīng)用比較廣泛的成熟技術(shù)；（4）物理原理能講清楚，實驗?zāi)茉谝?guī)定時間內(nèi)完成。為此實驗室用了一年多的時間，要求每一位實驗教師做一個專業(yè)（或?qū)I(yè)群）的調(diào)研，選擇一個具有專業(yè)特點的綜合性物理實驗課題研究，購置相應(yīng)的實驗儀器，完成試驗并撰寫講義。期間實驗室組織了多次的交流和討論，開發(fā)了適合機械類專業(yè)的“光柵傳感器測量位移和角位移”實驗，適合環(huán)境與化工類專業(yè)的“衍射光柵測量及其應(yīng)用”等八個綜合性實驗。在此過程中，教師們付出了巨大的努力，也收獲了成果，特別是年青教師對學(xué)校的專業(yè)設(shè)置及內(nèi)含有了更深的了解，對大學(xué)物理實驗的作用也有更深的認(rèn)識，起到了教學(xué)研究與教師成長相長的作用。

1.3開發(fā)以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力的設(shè)計性實驗；開展以創(chuàng)新為目標(biāo)的大學(xué)生創(chuàng)新實驗

創(chuàng)新意識和能力的培養(yǎng)是知識技能學(xué)習(xí)的最終目標(biāo)，學(xué)生在大學(xué)物理實驗階段的學(xué)習(xí)，重點培養(yǎng)這方面的意識，為此我們在設(shè)計性實驗中只給學(xué)生實驗?zāi)康?、要求、實驗室有的相關(guān)儀器以及推薦參考文獻，學(xué)生必須在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，綜合運用所學(xué)的知識，建立模型、選擇實驗方法及配套的儀器、測量條件等等；提出合理的實驗方案；提交實驗準(zhǔn)備報告；進行實驗，改進方案；撰寫實驗報告；最后完成整個實驗。由簡單到復(fù)雜安排一系列設(shè)計性的實驗。設(shè)計性實驗提高了學(xué)生獲取信息和運用知識的能力，并增強了他們的創(chuàng)新意識。

利用各級大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目的建設(shè)，以團隊的形式開展科學(xué)研究，培養(yǎng)工科學(xué)生的創(chuàng)新精神和研究能力，如：2012級微電子學(xué)專業(yè)盧新柳同學(xué)主持的福建省大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目“計算機處理大學(xué)物理實驗數(shù)據(jù)的方法研究和軟件設(shè)計”，經(jīng)過兩年的努力，不僅做出了一套處理大學(xué)物理實驗數(shù)據(jù)的模板，而且對一些問題進行了比較深入的探索和研究，解決了在Excel中粗大誤差自動剔除問題［1］，論文在本科大學(xué)學(xué)報公開發(fā)表。

2　建立多通道、立體化、網(wǎng)絡(luò)化的大學(xué)物理實驗教學(xué)資源，促進學(xué)生的自主學(xué)習(xí)

教學(xué)資源建設(shè)是提高實驗教學(xué)質(zhì)量的有效手段，通過建設(shè)多通道、立體化、網(wǎng)絡(luò)化的大學(xué)物理實驗微視頻課程輔助教學(xué)平臺和虛擬實驗平臺，能改變學(xué)生只通過教材預(yù)習(xí)不直觀、抄錄教材寫預(yù)習(xí)報告、預(yù)習(xí)效果不好的現(xiàn)狀。激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，即使在實驗課堂上也能通過手機等移動終端，個性化地學(xué)習(xí)自己需要的知識和技能，并進行實踐，從而提高實驗課的課堂效率和教學(xué)質(zhì)量。

2.1制作與教學(xué)內(nèi)容配套的大學(xué)物理實驗微視課程輔助教學(xué)平臺

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，手機、ipad等移動終端的普及，以微博、微信為代表的“微動力”促進了“微時代”的快速發(fā)展，微視頻課程已經(jīng)成為重要的學(xué)習(xí)資源。借鑒國內(nèi)外微視頻課程建設(shè)的經(jīng)驗，［2-3］我們根據(jù)實驗類操作性課程的特點，開展與教材相配套的大學(xué)物理實驗微視頻課程輔助教學(xué)平臺的建設(shè)，通過全新的教學(xué)設(shè)計，將實驗教師的課堂教學(xué)和實驗演示分解成一些時長在三至五分鐘的微視頻，每個微視頻講清楚一至兩個知識點或?qū)嶒瀮?nèi)容，每個實驗的各個微視頻之間存在一定的邏輯關(guān)系，但又相對獨立，學(xué)生在實驗過程中遇到問題也可以隨時調(diào)用觀看。微視頻課程平臺的建設(shè)將改變現(xiàn)有的教學(xué)模式，促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高實驗課程的課堂效率和教學(xué)效果。

2.2選擇引進虛擬大學(xué)物理實驗平臺

仿真實驗?zāi)苡行Ц纳平虒W(xué)受時間和空間的限制，可為學(xué)生提供全方位、開放性的操作環(huán)境，實現(xiàn)在虛擬環(huán)境下近乎真實的實驗體驗，學(xué)生在仿真實驗過程中，只有正確理解原理，熟悉實驗步驟并正確操作，才能得到較好的實驗結(jié)果，這能促進學(xué)生主動思考，有效的提高了學(xué)習(xí)的能動性，激發(fā)學(xué)生探究創(chuàng)新的激情以及培養(yǎng)學(xué)生獨立思考的良好習(xí)慣，通過仿真實驗，學(xué)生可反復(fù)檢驗自己設(shè)計的實驗方案，在實驗過程中體會設(shè)計成功的喜悅和反思設(shè)計失敗的教訓(xùn)，培養(yǎng)良好的科學(xué)探究素養(yǎng)，同時也促使學(xué)生建立科學(xué)的認(rèn)識論和方法論，對學(xué)生的成長具有深遠(yuǎn)意義［4］。

學(xué)習(xí)兄弟院校大學(xué)物理實驗教學(xué)的成功經(jīng)驗［4-8］，引進由中國科技大學(xué)霍劍青、王曉蒲等開發(fā)的“大學(xué)物理仿真實驗系統(tǒng)2010版”，主要選擇與我校實驗相對應(yīng)的20個實驗項目。通過虛擬實驗平臺的建設(shè)，為學(xué)生進入實驗室進行具體實驗前后的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)提供了方便，使課堂實驗過程更加高效。同時此平臺還為學(xué)有余力的學(xué)生提供了深入學(xué)習(xí)的條件，豐富了大學(xué)物理實驗的教學(xué)內(nèi)容。

2.3改善大學(xué)物理實驗室的儀器設(shè)備，增加學(xué)生實踐操作的時間、提高實驗課堂效率

作為地方性應(yīng)用型的工科院校，學(xué)生的實踐操作能力的培養(yǎng)始終是教學(xué)的主要目標(biāo)之一，必須通過改善儀器設(shè)備，增加學(xué)生獨立的實踐操作和實驗操作的時間是提高教學(xué)質(zhì)量的根本手段，我們的目標(biāo)是：對于可以單人完成的基礎(chǔ)性實驗，盡量做到一人一組完成實驗，需合作完成的實驗才安排兩人一組完成實驗，保證每個學(xué)生都有條件得到很好的實驗技能的訓(xùn)練。

3　改革實驗課堂教學(xué)，合理分配實驗課時間

傳統(tǒng)實驗課堂效率不高的主要原因是：（1）學(xué)生預(yù)習(xí)不夠充分；（2）課堂實驗時由于學(xué)生人數(shù)眾多，有些學(xué)生性格靦腆羞于提問，教師不能及時關(guān)照到所有學(xué)生；通過微視頻課程、虛擬實驗等大學(xué)物理教學(xué)資源的建設(shè)后，這些情況會得到改變。在此基礎(chǔ)上可以對實驗課堂進行優(yōu)化，主要在以下三個方面：

3.1取消學(xué)生實驗操作前三十分鐘的教師講課，改成互動的學(xué)生預(yù)習(xí)情況檢查

由于建立了可視化、交互式的大學(xué)物理實驗教學(xué)資源，學(xué)生預(yù)習(xí)不再是只閱讀教材，而是教材、微視頻和虛擬實驗這樣立體化、多通道的學(xué)習(xí)資源庫，預(yù)習(xí)的質(zhì)量能大大提高，進入實驗課堂著重進行的實踐操作訓(xùn)練、解決更深層次的問題。在實驗課堂教學(xué)中完全可以取消學(xué)生實驗操作前三十分鐘的教師講課和演示，學(xué)生進入實驗室后直接開始實驗，增加學(xué)生實驗操作的時間。教師則利用課堂時間檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，通過面對面的交流，及時對學(xué)生的預(yù)習(xí)情況進行點評和指導(dǎo)。

3.2優(yōu)化教師實驗課堂的輔導(dǎo)，針對性的解決學(xué)生在實驗中出現(xiàn)的問題

學(xué)生在實驗過程中遇到問題時，可以通過手機即時查閱相關(guān)微視頻以解決實驗中遇到的困難，教師則只需解決微視頻課程中未考慮到的情況，有針對性的解決學(xué)生實驗中出現(xiàn)的問題，大大減輕了教師課堂的強度，提高了教學(xué)效率。

3.3及時評價并記錄學(xué)生實驗過程中的表現(xiàn)

建立了微視頻課程輔助教學(xué)平臺后，學(xué)生在實驗中遇到的許多問題都可以通過查閱微視頻得到解決，學(xué)生在實驗課堂中走動會大大的減少，實驗課堂會更加有序。教師則可通過對每一組實驗學(xué)生觀察和交流，及時評價并記錄學(xué)生在實驗過程中的表現(xiàn)，評價的內(nèi)容包括學(xué)生的實驗過程表現(xiàn)和實驗數(shù)據(jù)記錄情況等內(nèi)容，并加權(quán)計入實驗成績。

4　改革實驗成績的評價方式，促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)和實踐操作訓(xùn)練

傳統(tǒng)的學(xué)生大學(xué)物理實驗成績一般包括平時成績和期末考試成績，平時成績是對每個實驗的評價，依據(jù)通常是預(yù)習(xí)報告和實驗報告。在實際的操作過程中由于時間、人員、儀器和經(jīng)費等原因，期末考試往往流于形式，有的為了應(yīng)付檢查，甚至把學(xué)生的某一次實驗作為期末考試。這是一種對學(xué)生實驗的總結(jié)性評價方式，而實驗過程的評價沒有給予足夠重視，忽略了評價的激勵和調(diào)節(jié)作用，不利于學(xué)生改進和調(diào)整學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效果。

通過建立豐富的大學(xué)物理實驗教學(xué)資源，在實驗課堂上，教師有時間和精力關(guān)注學(xué)生在實驗過程中的表現(xiàn)，及時對其預(yù)習(xí)情況、學(xué)習(xí)態(tài)度、實驗操作等進行實時評價，幫助他們調(diào)整和改進學(xué)習(xí)，主要通過以下兩個方面對學(xué)生實驗成績評價進行改革。

4.1注重過程評價，通過師生互動，促進學(xué)生動手操作訓(xùn)練

借鑒其他高校的經(jīng)驗［9-13］和我校的實際情況，將每一個實驗過程分為三個階段（即預(yù)習(xí)、實驗操作和實驗報告），每個階段都建立相應(yīng)的評價指標(biāo)。（1）預(yù)習(xí)部分的測評項目包括：檢查預(yù)習(xí)報告和簡單的提問，這部分內(nèi)容在實驗課堂上通過面對面與學(xué)生互動形式完成，成績占平時成績的30%。（2）教師課堂對每一組的課堂巡視，考察學(xué)生實驗過程的關(guān)鍵操作、動手能力情況和實驗原始數(shù)據(jù)記錄等內(nèi)容，占平時成績的40%。（3）實驗報告的測評則包括：實驗數(shù)據(jù)的真實性、實驗數(shù)據(jù)的處理正確性、實驗結(jié)果的分析、實驗知識的拓展和思考題回答等，占平時成績的30%。在此評價體系中能較真實有效的評價學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，并能及時幫助學(xué)生進行改進，促進學(xué)生的發(fā)展。

4.2建立大學(xué)物理實驗成績管理和考試系統(tǒng)

客觀、準(zhǔn)確的實驗考試是評判實驗教學(xué)效果、提高實驗教學(xué)質(zhì)量的重要手段。但長期以來，由于受到實驗室條件和師資力量的限制，全體學(xué)生的物理實驗考試難于有效實施，為了解決大學(xué)物理實驗考試的困難，準(zhǔn)備購置由合肥中科奧銳有限公司開發(fā)的“物理實驗考試和自動判卷系統(tǒng)”，并準(zhǔn)備在此基礎(chǔ)上建立適合我校的物理實驗成績管理和考試系統(tǒng)。

5　結(jié)語

作為一所升本不久的地方性、應(yīng)用型本科院校，教學(xué)條件急需改善和教學(xué)水平需要提高，在福建省基礎(chǔ)實驗教學(xué)平臺建設(shè)項目的支持下，我們正努力從教材建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源建設(shè)、實驗課堂教學(xué)改革以及學(xué)生實驗評價等多方面對傳統(tǒng)的大學(xué)物理實驗教學(xué)模式進行改革，創(chuàng)建新型的大學(xué)物理實驗教學(xué)模式。

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（責(zé)任編輯：華偉平）

Exploration on Innovation in Teaching Mode of College Physics Experiments for Application-oriented University

GAO Tanhua，SU Chunyan，ZHANGMingwen，LIU Xuemei YE Jingying
（School of Machine and Electronic Enginearing，Wuyi University，Wuyishan，F(xiàn)ujian 354300）

According to the personnel traning goals of applications-oriented universities，The existing problems in the traditional college physics experiment teaching were pointed out，through multi-channel，three-dimensional，networked college physics experiment teaching resourceswere constructed，the teaching content，experiment teaching in class and students'experimentevaluation were reformed，a new teachingmodel of college physics experimentswas created.

college physics experiment；teachingmode；micro-video courses；platform of virtual experiment；evaluationmethods

G642.0

A

1674-2109（2016）06-0093-04

2016-02-25

福建省基礎(chǔ)物理實驗教學(xué)平臺建設(shè)項目（Sj2013004）。

高潭華（1963-）男，漢族，教授，主要從事大學(xué)物理及實驗教學(xué)、計算凝聚態(tài)物理方面研究。