關(guān)于新工科背景下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革的思索

付林杰　王獻(xiàn)立　許坤　段向陽(yáng)

摘 要：現(xiàn)如今，在新工科背景下，為了能夠培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的工科人才，高校在開(kāi)展物理課程時(shí)，要轉(zhuǎn)變教學(xué)思路，創(chuàng)新教學(xué)手段，重視物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革與創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)秀的動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神，從而培養(yǎng)出契合我國(guó)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)發(fā)展的多樣化人才。本文結(jié)合新工科背景、建設(shè)理念和基本要求，重點(diǎn)對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)進(jìn)行改革，通過(guò)多種物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式來(lái)培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)技能，從而更加深刻地認(rèn)知、掌握、運(yùn)用所學(xué)的物理知識(shí)，推動(dòng)大學(xué)生更好地開(kāi)拓創(chuàng)新，培養(yǎng)“雙創(chuàng)”人才。

關(guān)鍵詞：新工科;大學(xué)物理;實(shí)驗(yàn)課程;教學(xué)改革;探索

近幾年來(lái)，國(guó)家的教育部門(mén)正在積極地推進(jìn)新工科的建設(shè)，旨在更加主動(dòng)地應(yīng)對(duì)新一輪的產(chǎn)業(yè)變革和科技革命，并對(duì)國(guó)家的“中國(guó)制造2025”、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展等眾多戰(zhàn)略進(jìn)行支撐與服務(wù)，積極、全面、奮力的探索出領(lǐng)跑全球工科教育的中國(guó)經(jīng)驗(yàn)、中國(guó)模式，促進(jìn)高等教育能夠更好地發(fā)揮出建設(shè)和富強(qiáng)國(guó)家的作用與意義，為國(guó)家的健康、可持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)有力的人才保障。與此同時(shí)，新工科理念的提出，給眾多高等院校的改革與發(fā)展提供了新的挑戰(zhàn)和機(jī)會(huì)。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程是一門(mén)實(shí)踐性較強(qiáng)的工科基礎(chǔ)性課程，能夠有效的培養(yǎng)大學(xué)生的探究意識(shí)與實(shí)踐能力。但是目前，很多高校在物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方面還存在很多的局限和問(wèn)題，沒(méi)有從根本上克服物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題和薄弱環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀、物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重要性進(jìn)行全面的認(rèn)知與把握，才能夠更好地結(jié)合新工科理念來(lái)創(chuàng)新大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)策略和方法，更好地培養(yǎng)大學(xué)生良好的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，促進(jìn)高校物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果與教學(xué)水平得到更好的提升。

一、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)實(shí)狀況分析

目前，在大學(xué)物理課程教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)課程是必不可少的教學(xué)內(nèi)容，也是物理教學(xué)的主要內(nèi)容。目前很多高校的物理教材中都包含了小篇幅的理論知識(shí)，大篇幅的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。如測(cè)量誤差、不確定度與數(shù)量處理的定義或者概念;物理實(shí)驗(yàn)的基本方法，如模擬法、轉(zhuǎn)換法、放大法和比較法等。物理實(shí)驗(yàn)的基本訓(xùn)練、物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)性訓(xùn)練、物理實(shí)驗(yàn)的綜合性訓(xùn)練、物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、物理實(shí)驗(yàn)的研究性實(shí)驗(yàn)等等。這些理論與實(shí)驗(yàn)課程逐漸培養(yǎng)了學(xué)生良好的物理學(xué)習(xí)興趣，拓展了學(xué)生的物理思維。但是當(dāng)前很多高校的物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果并不理想，實(shí)驗(yàn)設(shè)置、教學(xué)安排以及實(shí)驗(yàn)管理等都存在很多的局限和不足，制約了大學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)水平的提升，也不利于提升高校大學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新能力。下面對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)實(shí)狀況進(jìn)行具體的分析和研究：

（一）教學(xué)方式傳統(tǒng)化，教學(xué)評(píng)價(jià)單一化

隨著國(guó)家教育制度的持續(xù)創(chuàng)新和改革，很多院校的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)模式與方法也在進(jìn)行有效的革新，陸陸續(xù)續(xù)的經(jīng)歷了幾個(gè)發(fā)展與變革的階段。但是一些高校依然還沿用傳統(tǒng)的教學(xué)形式和手段，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面多是以教師演示、理論灌輸為主，從實(shí)驗(yàn)的原理、儀器介紹、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容講解、記錄數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)等方面，運(yùn)用傳統(tǒng)化、機(jī)械化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性和興趣得不到更好的調(diào)動(dòng)與培養(yǎng)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力得不到更好的拓展和提升。在素質(zhì)教育逐漸受到重視的背景下，盡管很多高校已經(jīng)意識(shí)到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的重要性，一部分高校已經(jīng)逐漸改革了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，打破了傳統(tǒng)光、電、熱、力學(xué)等實(shí)驗(yàn)課程的落后實(shí)驗(yàn)體制，初步建立了基礎(chǔ)、綜合與設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)體系，但是由于課程設(shè)置與安排方面缺乏合理性與科學(xué)性，導(dǎo)致過(guò)分重視實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)性教學(xué)，而拓展性、設(shè)計(jì)性與綜合性實(shí)驗(yàn)課程安排的較少，缺乏健全、完善的考核機(jī)制，考核模式過(guò)于單一，這不利于培養(yǎng)學(xué)生良好的創(chuàng)新能力和探索精神。

（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)置與教學(xué)安排缺乏合理性、科學(xué)性、有效性

物理是一門(mén)實(shí)驗(yàn)性較強(qiáng)的工科課程。為了能夠讓學(xué)生更好地認(rèn)知與掌握物理教學(xué)的深刻內(nèi)涵，扎實(shí)的掌握物理內(nèi)容，很多高校都在積極且全面的開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)，并設(shè)置非常豐富、多樣化的物理實(shí)驗(yàn)課程，但是在實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置與安排上缺乏一定的合理性、有效性與科學(xué)性。很多實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置過(guò)于淺顯化和流程化，發(fā)揮不出真正的教育作用與意義。與此同時(shí)，很多實(shí)驗(yàn)課程的安排流于形式，由于學(xué)生眾多，在開(kāi)展物理課程的具體實(shí)驗(yàn)時(shí)，很多學(xué)生根本沒(méi)有機(jī)會(huì)去接觸實(shí)驗(yàn)的儀器來(lái)真正的去參與實(shí)驗(yàn)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)儀器作用和性能的了解也僅限于演示或者觀看，很少一部分學(xué)生能夠接觸并運(yùn)用實(shí)驗(yàn)儀器來(lái)開(kāi)展相關(guān)物理課程的實(shí)驗(yàn)，這不利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，也不利于更好地引導(dǎo)學(xué)生參與和融合到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程中，不能夠?qū)⑽锢韺?shí)驗(yàn)課程培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作與實(shí)踐創(chuàng)新的作用與價(jià)值發(fā)揮出來(lái)。

（三）大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的系統(tǒng)性、專業(yè)性、關(guān)聯(lián)性和針對(duì)性不足

在開(kāi)展大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程時(shí)，很多學(xué)生對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容缺乏系統(tǒng)的認(rèn)知與學(xué)習(xí)，有些學(xué)生甚至一無(wú)所知，沒(méi)有概念，對(duì)于儀器也不了解，不會(huì)操作和使用，學(xué)生在課前沒(méi)有對(duì)理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行系統(tǒng)且全面的認(rèn)知和學(xué)習(xí)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果和操作效果非常差，教學(xué)效率也十分的低下。與此同時(shí)，在物理實(shí)驗(yàn)課程中，很多學(xué)科之間是存在一定的關(guān)聯(lián)性和相通性的，但是在設(shè)置和安排實(shí)驗(yàn)課程時(shí)，很多教師并沒(méi)有重視物理實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)這一特性，不利于拓展學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)思維和創(chuàng)新意識(shí)，很多學(xué)生不能夠有的放矢的將自己所學(xué)的物理知識(shí)運(yùn)用的具體實(shí)驗(yàn)活動(dòng)當(dāng)中來(lái)，導(dǎo)致物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整體效果并不理想。還有一些大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目設(shè)置的過(guò)于拔高或者過(guò)于基礎(chǔ)，這樣既不利于激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)課程的積極性，由不利于增強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)針對(duì)性。由于學(xué)生學(xué)習(xí)能力不同，在實(shí)驗(yàn)課程安排上也要有針對(duì)性的開(kāi)展，將基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)融合起來(lái)，這樣才能夠激發(fā)不同學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)層次的大學(xué)生參與物理實(shí)驗(yàn)課程的興趣與動(dòng)力，增強(qiáng)物理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性與針對(duì)性。

二、新工科背景下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革的重要性分析

在新工科的環(huán)境與前提下，為了能夠有效培養(yǎng)出更多高精尖的工科人才，高校重視物理實(shí)驗(yàn)課程的改革與創(chuàng)新是非常必要且迫切的。在很多理工院校中，物理實(shí)驗(yàn)課程是學(xué)生必修的一門(mén)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)課程，也是大學(xué)生對(duì)基本實(shí)驗(yàn)知識(shí)、方法和技巧展開(kāi)學(xué)習(xí)得良好開(kāi)端，能夠促進(jìn)學(xué)生理論知識(shí)學(xué)習(xí)、動(dòng)手操作等能力和素質(zhì)的更好提升。

目前，很多高校在開(kāi)展物理課程教學(xué)時(shí)，過(guò)分重視理論教學(xué)，對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺乏有效的重視，學(xué)生缺乏參與實(shí)驗(yàn)課程的積極性和創(chuàng)新意識(shí)，這不利于實(shí)現(xiàn)大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目標(biāo)，也發(fā)揮不出育人的效果?；诖耍咝１仨氁Y(jié)合我國(guó)持續(xù)改革與創(chuàng)新的新工科理念，推動(dòng)物理實(shí)驗(yàn)課程的持續(xù)創(chuàng)新和改革，讓大學(xué)生能夠更好地掌握物理課程教學(xué)知識(shí)的相關(guān)概念和運(yùn)算法則，掌握基本的物理實(shí)驗(yàn)方法和技巧，了解常用儀器的性能和使用方法，懂得實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)和流程，從而推動(dòng)大學(xué)生獨(dú)立自主實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒎治雠c探究物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)的能力、理論與實(shí)際相聯(lián)系的能力、團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)、自主創(chuàng)新等綜合能力得到全面的提升，促進(jìn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程整體教學(xué)效果和教學(xué)水平的更好提高，不斷培養(yǎng)出更多學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力夠強(qiáng)的專業(yè)人才，為國(guó)家的快速發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的人才基礎(chǔ)和保障。

三、新工科背景下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革的方略探究

（一）改革大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容與形式

由于很多大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置和安排缺乏有效性、合理性與科學(xué)性，因而在開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)課程時(shí)，學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)課程的參與度較低，缺乏應(yīng)有的學(xué)習(xí)熱情和探索新知的欲望與動(dòng)力，這使得物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)活動(dòng)很難開(kāi)展，教學(xué)效果很難提升。因此，大學(xué)必須要充分認(rèn)知當(dāng)前物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)現(xiàn)狀，調(diào)整教學(xué)策略，創(chuàng)新教學(xué)方法，在設(shè)置和安排實(shí)驗(yàn)課程時(shí)要結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀與個(gè)性化特征來(lái)增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課程的針對(duì)性與有效性。大學(xué)以及教師在實(shí)驗(yàn)課時(shí)分配上，要重視基礎(chǔ)與拓展相融合，既要重視基本實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，也要重視設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和研究性實(shí)驗(yàn)，這樣使得大學(xué)生能夠在掌握基本、基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)知識(shí)、方法和技巧的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)性、綜合性與研究性實(shí)驗(yàn)，拓展學(xué)生的物理思維，增強(qiáng)學(xué)生的物理素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神。例如在示波器的實(shí)驗(yàn)課程中，示波器是能夠?qū)㈦妷盒盘?hào)隨著時(shí)間產(chǎn)生變化的現(xiàn)象直觀、形象地展示出來(lái)的一種儀器，也是較為常見(jiàn)的一宗電學(xué)測(cè)量?jī)x器。在示波器實(shí)驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中，教師要讓學(xué)生去動(dòng)手操作和觀察，要求學(xué)生必須會(huì)使用示波器，從而更加深入的了解示波器的結(jié)構(gòu)與物理價(jià)值。通過(guò)開(kāi)展示波器實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠更加深刻的理解和掌握示波器的運(yùn)用原理和技巧，促進(jìn)學(xué)生能夠結(jié)合需求來(lái)對(duì)示波器進(jìn)行有效地的選擇，推動(dòng)學(xué)生能夠更好地自主實(shí)踐，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力與精神。

（二）改革大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)方式與手段

大學(xué)以及教師要想更好、更快地的提升物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量，更好地貫徹和落實(shí)新工科的教學(xué)理念，就要不斷革新教學(xué)方式與手段，破除傳統(tǒng)教學(xué)思維、教學(xué)模式、教學(xué)手段的局限和限制，解放思想、與時(shí)俱進(jìn)、開(kāi)拓創(chuàng)新，積極的將現(xiàn)代化教學(xué)技術(shù)與手段融入到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程當(dāng)中來(lái)，規(guī)范物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程，引導(dǎo)大學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)前的知識(shí)預(yù)習(xí)、流程熟悉;指導(dǎo)大學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不斷去思考、分析、探究知識(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)解決問(wèn)題，最后引導(dǎo)學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)的歸納與總結(jié)，相互探究與討論物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)與內(nèi)容。教師可以制作一些微課視頻，以供學(xué)生來(lái)課前預(yù)習(xí)和課中指導(dǎo)，讓學(xué)生自主探究和學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)與內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)課上鼓勵(lì)學(xué)生之間相互合作，積極的交換意見(jiàn)和想法，共同分析與探究遇到的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，增強(qiáng)學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性和能動(dòng)性，拓展學(xué)生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神，促進(jìn)大學(xué)物理物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)水平的更好提高。此外，大學(xué)也可以組織和開(kāi)展一些物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽，激勵(lì)更多大學(xué)生融入到物理實(shí)驗(yàn)大課堂當(dāng)中來(lái)，培養(yǎng)大學(xué)生優(yōu)秀的創(chuàng)新能力與素養(yǎng)，推動(dòng)大學(xué)生綜合素質(zhì)與能力的更好提高。

（三）改革物理實(shí)驗(yàn)課程的考核與評(píng)價(jià)方式

以前，很多高校在開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)課程時(shí)，過(guò)分重視實(shí)驗(yàn)結(jié)果的展示而忽略了實(shí)驗(yàn)過(guò)程的重要性，過(guò)分重視學(xué)生按部就班的實(shí)驗(yàn)而忽視了學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)與能力的培養(yǎng)。以往的物理實(shí)驗(yàn)考核重視實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)也是以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，這使得物理實(shí)驗(yàn)考核與評(píng)價(jià)有失科學(xué)和合理。在新工科理念和要求下，大學(xué)在開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)課程評(píng)價(jià)時(shí)，要變革物理實(shí)驗(yàn)考核與評(píng)價(jià)的方式，將物理實(shí)驗(yàn)課程的理論成績(jī)、實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果共同納入考核與評(píng)價(jià)的體系或者體制當(dāng)中，并將實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)作為物理實(shí)驗(yàn)課程主要模塊來(lái)進(jìn)行考核，旨在增強(qiáng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、研究實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新能力，并在不同的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中學(xué)習(xí)、探究和掌握不同的知識(shí)、原理、方法與技巧，增強(qiáng)學(xué)生探究物理知識(shí)的主動(dòng)性，豐富了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的評(píng)價(jià)形式與內(nèi)容，完善和提高了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)體系，使得大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的整體改革效果得到很好的提高。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為了能夠更好地將新工科理念和要求融合到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，加強(qiáng)對(duì)當(dāng)前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的深入改革與創(chuàng)新是十分迫切需要的。大學(xué)要不斷革新教學(xué)方式和方法，將一些現(xiàn)代化的教學(xué)元素或者手段融入到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)活動(dòng)當(dāng)中來(lái)，推動(dòng)大學(xué)物理課程的教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)考核、評(píng)價(jià)與管理等內(nèi)容得到更好地改革，促進(jìn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)改革效果與教學(xué)效率的有效提升。

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項(xiàng)目基金：河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目計(jì)劃（19A140020）;國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金（61704156）

作者簡(jiǎn)介：付林杰（1987-），女，漢族，河南睢縣人，碩士研究生，實(shí)驗(yàn)師，研究方向：物理材料。