新工科理念下地方本科高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革研究

【摘要】在新工科理念下，工程教育教學(xué)改革的落腳點(diǎn)是重構(gòu)后課程體系內(nèi)每一門課程的教學(xué)改革。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是工科大學(xué)生必修的一門重要基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)方法訓(xùn)練的關(guān)鍵開端。本文將從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、課程評價這幾個方面探討新工科理念下地方本科高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革思路。

【關(guān)鍵詞】新工科 地方本科高校 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 教學(xué)改革

【基金項(xiàng)目】江西省高等學(xué)校教學(xué)改革研究課題“基于學(xué)生創(chuàng)新思維培養(yǎng)的《理論力學(xué)》課程教學(xué)模式及應(yīng)用研究”（編號：JXJG-16-2-2）。

【中圖分類號】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）33-0170-02

引言

新工科這一概念自2016年提出以來，教育部組織高校進(jìn)行深入研討，在不到一年的時間里，2017年2月，復(fù)旦大學(xué)舉行的綜合性高校工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會達(dá)成了“新工科建設(shè)復(fù)旦共識”[1]；天津大學(xué)提出“新工科”建設(shè)行動路線[2]?！靶鹿た啤钡膬?nèi)涵是以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才，具有戰(zhàn)略型、創(chuàng)新性、系統(tǒng)化、開放式的特征。隨后教育部發(fā)布《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》要求新工科研究和實(shí)踐圍繞工程教育改革的新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系開展[3]。其中對地方高校提出指導(dǎo)性建議，希望地方高校發(fā)揮自身優(yōu)勢，充分利用地方資源，對接地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要和企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新要求，深化產(chǎn)教融合、校企合作、協(xié)同育人，推動傳統(tǒng)工科專業(yè)改造升級，開展地方高校新工科研究和實(shí)踐。

新工科教育研究和實(shí)踐的諸多問題依舊在探索中，但課程教學(xué)改革作為新工科教育理念的落腳點(diǎn)值得我們?nèi)プ錾钊氲钠饰雠c熱烈的探討。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是工科大學(xué)生必修的一門重要基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)方法訓(xùn)練的關(guān)鍵開端。本課程的學(xué)習(xí)目的，是使學(xué)生不僅能了解到科學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要過程與基本方法；還能激發(fā)其想象力、創(chuàng)造力，培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立開展科學(xué)研究工作的素質(zhì)和能力。本文擬圍繞大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)目的，結(jié)合地方高校使命，從教學(xué)內(nèi)容選擇、教學(xué)方式方法、課程考核評價這幾個方面探討地方高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革思路。

1.教學(xué)內(nèi)容選擇

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程首先是基本實(shí)驗(yàn)儀器、基本實(shí)驗(yàn)規(guī)范、基本實(shí)驗(yàn)技能的學(xué)習(xí)和掌握，然后在教學(xué)過程中激發(fā)學(xué)生的想象力、創(chuàng)造力，培養(yǎng)和提高學(xué)生自主開展科學(xué)研究工作的素質(zhì)和能力。

目前一般地方高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容安排大致為：緒論，一般安排講授內(nèi)容有物理實(shí)驗(yàn)課的地位和作用，物理實(shí)驗(yàn)基本要求和基本程序，不確定度概念，有效數(shù)字運(yùn)算規(guī)則，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理基本方法，基本測量方法介紹，基本實(shí)驗(yàn)儀器介紹；力、熱、光、電、近代物理實(shí)驗(yàn)等二三十個傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，主要目的是熟悉基本實(shí)驗(yàn)儀器、了解基本實(shí)驗(yàn)規(guī)范、掌握基本實(shí)驗(yàn)技能，實(shí)驗(yàn)的程序固定、結(jié)果可以預(yù)見，以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主；開放性實(shí)驗(yàn)，近幾年對大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程要求實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要有一定的更新并增加開放性實(shí)驗(yàn)，目前取得一定成效，但被動式完成相關(guān)指數(shù)要求為目的的現(xiàn)象也客觀存在。

新工科要求以技術(shù)發(fā)展為導(dǎo)向更新教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的課程教學(xué)目的，這里我們建議把大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)三種類型[4]，分別占40%、30%、30%。開展驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的目的是讓學(xué)生學(xué)習(xí)基本實(shí)驗(yàn)規(guī)范和流程，掌握基本實(shí)驗(yàn)技能和基本實(shí)驗(yàn)儀器，一般置于同學(xué)科實(shí)驗(yàn)前段教學(xué)。為此，我們需要從力、熱、光、電、近代物理等傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，分門別類按照實(shí)驗(yàn)的經(jīng)典性和儀器使用情況去篩選精選。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的精心設(shè)計與開展是確保學(xué)生夯實(shí)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，為進(jìn)一步順利提升學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Υ蚝没A(chǔ)。加大綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的目的是鍛煉學(xué)生對所學(xué)知識、技能的準(zhǔn)確科學(xué)的靈活運(yùn)用能力，適宜安排在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之后進(jìn)行。我們需要按照工程認(rèn)證的思想，根據(jù)學(xué)生所學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)計劃，以力、熱、光、電、近代物理中某一學(xué)科為主其它為輔，來理解相關(guān)專業(yè)工程應(yīng)用中的基本物理現(xiàn)象，或掌握專業(yè)應(yīng)用中涉及的典型而具體的物理問題的處理方法。綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開展是培養(yǎng)學(xué)生細(xì)致而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S能力，獨(dú)立且自主科學(xué)研究素質(zhì)。設(shè)計性實(shí)驗(yàn)的開展目的是緊跟專業(yè)發(fā)展前沿，對接地方產(chǎn)業(yè)與服務(wù)區(qū)域，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容范圍內(nèi)，以相關(guān)工程問題為背景提出驗(yàn)證或解決其中一些具體的基本物理現(xiàn)象或問題，讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)室能夠提供的儀器來設(shè)計并完成實(shí)驗(yàn)。設(shè)計性實(shí)驗(yàn)雖然由學(xué)生設(shè)計并完成，但結(jié)合學(xué)生專業(yè)、地方相關(guān)產(chǎn)業(yè)去尋找合適在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程中開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目并持續(xù)改進(jìn)，這本身對于教師來說就是一個很高的要求。設(shè)計性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容中體現(xiàn)新工科教育理念的關(guān)鍵點(diǎn)，學(xué)生的想象力、創(chuàng)造力得到充分的鍛煉。

2.教學(xué)方式方法

傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法一般是要求學(xué)生課前根據(jù)課本或教學(xué)視頻預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)；由教師講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、示范實(shí)驗(yàn)流程、提示實(shí)驗(yàn)過程中的注意點(diǎn)或難點(diǎn)，這一步也可能已經(jīng)做成教學(xué)視頻讓學(xué)生課前預(yù)習(xí)；學(xué)生聽講后規(guī)范而有序的完成實(shí)驗(yàn)；教師評閱或點(diǎn)評實(shí)驗(yàn)結(jié)果；學(xué)生按要求上交實(shí)驗(yàn)報告。另外也有開設(shè)一些開放性實(shí)驗(yàn)并配備演示實(shí)驗(yàn)室。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的方式方法應(yīng)該根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的類型區(qū)別對待[5]，總的教學(xué)原則是以學(xué)生為中心，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任心，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，讓學(xué)生初步具備自主開展科學(xué)研究工作的素質(zhì)和能力。針對驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目我們建議以翻轉(zhuǎn)課堂為主的教學(xué)方法：學(xué)生課前結(jié)合課本預(yù)習(xí)教師事先做好的教學(xué)視頻，課堂上由教師主持學(xué)生來講解討論對該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的理解、實(shí)驗(yàn)過程中的注意點(diǎn)或難點(diǎn)，充分討論后讓學(xué)生自薦或推薦一名學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)流程示范操作，其余學(xué)生可以針對該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)操作點(diǎn)評，所有學(xué)生獨(dú)立自主完成實(shí)驗(yàn)并上交實(shí)驗(yàn)報告。綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用以案例為主的教學(xué)方法：學(xué)生課前已知實(shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)儀器和大致的實(shí)驗(yàn)步驟，沒有專門的教學(xué)視頻，學(xué)生需要根據(jù)使用的儀器和大致的實(shí)驗(yàn)步驟去選擇性的回看之前提供的教學(xué)視頻，課堂上教師通過多媒體展示一個非常類似的實(shí)驗(yàn)視頻，學(xué)生從中得到啟發(fā)開始設(shè)計本次實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)步驟并展示實(shí)驗(yàn)操作流程，其余同學(xué)可以對此討論補(bǔ)充，綜合性實(shí)驗(yàn)也是要求學(xué)生獨(dú)立自主完成并撰寫實(shí)驗(yàn)報告。開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用以探究式教學(xué)為主的方法：學(xué)生課前只知實(shí)驗(yàn)要求，即運(yùn)用所學(xué)知識和實(shí)驗(yàn)室具備的實(shí)驗(yàn)儀器來驗(yàn)證或解決生產(chǎn)生活中的實(shí)際而具體的物理問題，學(xué)生需要在課前3-4人為一組分工協(xié)作查閱資料，小組討論后確定需要的儀器和實(shí)驗(yàn)操作流程，課堂上需要小組派一名同學(xué)用3-5分鐘向老師闡述實(shí)驗(yàn)思路、流程和預(yù)計結(jié)果，只要不涉及安全問題原則上按學(xué)生要求準(zhǔn)備儀器讓學(xué)生小組協(xié)作組完成實(shí)驗(yàn)并撰寫實(shí)驗(yàn)報告。

3.課程考核評價

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程考核大多采用平時成績或平時成績+操作考查等方式評定，其中平時成績一般由所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的平均成績和考勤情況等構(gòu)成，每個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的成績又由預(yù)習(xí)、操作、報告三部分綜合而來。不同的學(xué)?？赡苓€有一些比如參加物理實(shí)驗(yàn)競賽、大創(chuàng)項(xiàng)目、自主實(shí)驗(yàn)等加分項(xiàng)。這些課程考核評價的方法都是在傳統(tǒng)課程考核評價的方法基礎(chǔ)上作些調(diào)整。

課程考核評價是對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的一種價值判斷，同時為教師后續(xù)教學(xué)工作的持續(xù)改進(jìn)提供參考。新工科背景下地方本科高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程考核評價應(yīng)為充分體現(xiàn)新工科教育理念發(fā)揮引領(lǐng)作用。這里我們提倡大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)采用多元化評價與過程性評價相結(jié)合的方式[6]。多元化評價關(guān)注課程教學(xué)中學(xué)生的參與度、知識掌握、學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)結(jié)果的多維度綜合評價；過程性評價關(guān)注學(xué)生知識掌握的積累與創(chuàng)新能力的提升。比如對于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目我們會側(cè)重學(xué)生課堂參與度、實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范掌握和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性；而綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目我們更看重學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力、實(shí)驗(yàn)具體操作流程的設(shè)計和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的合理性；開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目關(guān)注學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計合理性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性。

4.結(jié)束語

本文在新工科工程人才培養(yǎng)思想的指導(dǎo)下，針對地方本科高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革進(jìn)行探索性研究，從教學(xué)內(nèi)容由知識、技能的灌輸為主，向以知識、技能的掌握為基礎(chǔ)，以知識、技能的重構(gòu)運(yùn)用能力培養(yǎng)為重點(diǎn)，以學(xué)生能力、素養(yǎng)的全面協(xié)調(diào)發(fā)展為目的進(jìn)行階梯式調(diào)整；教學(xué)方法方式隨著不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目類型設(shè)置的教學(xué)目的而不同；考核評價側(cè)重過程性評價與多元化評價相結(jié)合更加科學(xué)。我們正在將課程教學(xué)改革研究運(yùn)用于教學(xué)實(shí)踐中，并在教學(xué)實(shí)踐中持續(xù)探索、調(diào)整、改進(jìn)，為實(shí)現(xiàn)新工科服務(wù)地方區(qū)域工業(yè)發(fā)展的創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)奠定好學(xué)科能夠提供知識、技能、能力、素養(yǎng)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]“新工科”建設(shè)行動路線（“天大行動”）[J].高等工程教育研究.2017（2）：24-25.

[3]教育部高等教育司.關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知[Z].教高司函（2017）6號.

[4]“新工科”背景下通信原理的課程優(yōu)化[J].價值工程.2018（3）：258-259.

[5]新工科背景下數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)課程教學(xué)改革[J].學(xué)園.2017（22）：44-45.

[6]新工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)與學(xué)生能力評價方式改革研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備.2017（10）：35-37.

作者簡介：

徐學(xué)翔（1974-），男，江西豐城人，副教授，博士，研究方向：量子光學(xué)。