基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的物理實驗教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控體系建設(shè)

史智平

（寶雞文理學(xué)院物理與光電技術(shù)學(xué)院，陜西 寶雞 721013）

實驗教學(xué)是本科基礎(chǔ)教學(xué)的重要組成部分，是培養(yǎng)和造就具有一定創(chuàng)新能力的應(yīng)用型技術(shù)人才不可缺少的重要環(huán)節(jié)。其對于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，觀察分析、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題和創(chuàng)新能力起著關(guān)鍵作用。課程培養(yǎng)目標(biāo)的基本任務(wù)是通過實驗課程學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握初步科學(xué)實驗技能，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、解決實際問題的能力。因此，實驗教學(xué)內(nèi)容和方法多樣與開放，實驗教學(xué)規(guī)范和合理的評價，是提高實驗教學(xué)質(zhì)量，達到培養(yǎng)目標(biāo)的基本途徑。

一、物理實驗教與學(xué)中存在的問題

基礎(chǔ)物理實驗課程的重點是學(xué)習(xí)和掌握物理實驗的基本知識、基本方法以及培養(yǎng)基本的實驗技能，培養(yǎng)學(xué)生的實際操作和動手能力。但現(xiàn)行實驗課程的教學(xué)內(nèi)容、模式和方法等仍存在許多與培養(yǎng)應(yīng)用型人才不相匹配的地方。

1.因受教學(xué)設(shè)備條件的限制，大部分實驗課程內(nèi)容更新慢，多是驗證性實驗，如在基礎(chǔ)物理光學(xué)實驗中傳統(tǒng)、經(jīng)典的幾何光學(xué)、干涉、衍射實驗占比多，而與現(xiàn)代光學(xué)實驗內(nèi)容有關(guān)的實驗占比少，實驗項目驗證性實驗多，綜合性、設(shè)計性實驗少，內(nèi)容單一，學(xué)生只是在教師指導(dǎo)下通過實驗完成對某一個物理原理或物理量的驗證，沒有進一步深入設(shè)計和研究的內(nèi)容。實驗內(nèi)容也不能完全反映學(xué)科的發(fā)展和學(xué)生對新知識了解的要求。從教學(xué)內(nèi)容和實際效果上來看學(xué)生只是簡單地重復(fù)，而沒有通過實驗完成將理論知識與實踐相結(jié)合并運用理論知識去研究和解決實際問題的環(huán)節(jié)，從而不能很好地完成培養(yǎng)學(xué)生運用理論知識解決實際問題的能力的課程目標(biāo)。

2.傳統(tǒng)實驗教學(xué)基本上是在固定的時間、固定的地點，教師講學(xué)生重復(fù)做，按教師的要求去完成學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生幾乎沒有選擇的余地。這種教學(xué)模式無法很好地滿足學(xué)生的個性化需求，不利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新積極性。

3.由于實驗課程的教學(xué)內(nèi)容和形式的特殊性，完全照搬理論課的模式對實驗教學(xué)的質(zhì)量和效果進行評價顯然是不合適的，因此，必須建立符合實驗課程特點的質(zhì)量標(biāo)準和評價體系，從而保證實驗教學(xué)質(zhì)量，達到培養(yǎng)目標(biāo)，這也是實驗教學(xué)改革的一個重要方面。

二、以實驗教學(xué)多方位優(yōu)化為基礎(chǔ)，推動實驗教學(xué)目標(biāo)的更好實現(xiàn)

1.從2017年開始，我校在總結(jié)以往在實驗教學(xué)體系、綜合性、設(shè)計性實驗開設(shè)，實驗評價等方面工作的基礎(chǔ)上，以物理實驗教學(xué)中心現(xiàn)有的課程資源為平臺，以學(xué)院第十二批教改項目“創(chuàng)新能力培養(yǎng)的物理實驗教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控體系建設(shè)”，根據(jù)實驗課程特點，以培養(yǎng)與逐步提高學(xué)生的科學(xué)實驗素質(zhì)和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，從實驗教學(xué)內(nèi)容、實驗教學(xué)方法、實驗教學(xué)質(zhì)量、實驗教學(xué)效果等方面入手，重新構(gòu)建實驗課程內(nèi)容和體系、利用信息技術(shù)建立多形式教學(xué)模式，制定完善的實驗教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準和評價體系，從而實現(xiàn)從內(nèi)容、方法、目標(biāo)全方位的完善，為課程培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)奠定良好的基礎(chǔ)。

2.根據(jù)現(xiàn)有的教學(xué)資源和學(xué)科發(fā)展要求，重新編寫基礎(chǔ)物理實驗教材，在實驗教材的編寫中，在實驗內(nèi)容的選擇上要體現(xiàn)基礎(chǔ)物理實驗的課程目標(biāo)，通過實驗學(xué)生能夠比較全面地了解和掌握基礎(chǔ)物理實驗基本內(nèi)容和方法，且各實驗項目內(nèi)容上相對獨立，可根據(jù)教學(xué)要求靈活選擇和安排?；A(chǔ)性實驗突出基本物理量的測量、常用物理實驗方法和技術(shù)、常用實驗儀器的調(diào)節(jié)與使用等，而綜合實驗項目所涉及的實驗方法、技術(shù)和儀器等大多與基礎(chǔ)性實驗內(nèi)容相關(guān)聯(lián)，也是對原有實驗內(nèi)容的擴展。這不僅有利于學(xué)生學(xué)習(xí)的過渡，而且也是對學(xué)生運用所學(xué)實驗知識與技能解決實際問題的很好訓(xùn)練。從要求上體現(xiàn)物理實驗課的基礎(chǔ)性，考慮到中學(xué)物理實驗教學(xué)的現(xiàn)實狀況以及學(xué)生后續(xù)實驗課程學(xué)習(xí)的需要，突出實驗課學(xué)習(xí)的基本程序與要求，在實驗儀器操作、實驗數(shù)據(jù)的記錄與處理等方面都要對學(xué)生提供明確的示范并提出要求，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實驗技能，為學(xué)生后續(xù)實驗課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。從單一內(nèi)容上體現(xiàn)基礎(chǔ)物理實驗的拓展性。大部分實驗項目包含必做和選做內(nèi)容。同時，根據(jù)實驗內(nèi)容介紹相關(guān)物理學(xué)家在研究物理規(guī)律與變化過程中的思想方法和對物理學(xué)發(fā)展的重大貢獻。如在“邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)與使用”實驗中，實驗教學(xué)從“以太漂移”的提出及解決的過程開始到“引力波理論與驗證”結(jié)束，通過學(xué)習(xí)學(xué)生可以了解到實驗在物理學(xué)以及自然科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的重要作用，增強實驗學(xué)習(xí)的真實感和生動感，豐富實驗內(nèi)容，同時學(xué)生也了解了科學(xué)發(fā)展的規(guī)律、科學(xué)研究的方法以及科學(xué)家的精神，形成科學(xué)的學(xué)習(xí)方法和研究方法，從而激發(fā)自身的學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

3.在實驗教學(xué)中充分利用信息技術(shù)實現(xiàn)虛擬仿真實驗和課堂實驗教學(xué)相結(jié)合，開放實驗內(nèi)容擴展學(xué)習(xí)空間和時間，實現(xiàn)實驗教學(xué)“課內(nèi)與課外、實體與仿真、集中與開放”的有機結(jié)合。虛擬仿真實驗資源以虛擬現(xiàn)實、人工智能、自動控制等技術(shù)，對物理實驗儀器使用和實驗操作過程進行高度仿真的虛擬模擬，學(xué)生可在仿真環(huán)境中開展實驗，通過虛擬實驗教學(xué)資源與平臺，教師將實驗預(yù)習(xí)、實驗報告評閱、實驗考試評判等教學(xué)內(nèi)容有機融合為一體，完成實驗教學(xué)的各項內(nèi)容，學(xué)生可通過虛擬仿真教學(xué)資源進行實驗預(yù)習(xí)，了解實驗儀器、實驗原理、實驗方法、實驗基本操作等內(nèi)容，擬定實驗方案，再到實驗室進行真實實驗。學(xué)生也可在做完真實實驗后，再做虛擬仿真實驗，完成對真實實驗的深入學(xué)習(xí)和擴展實驗學(xué)習(xí)內(nèi)容。

三、建立完善的實驗課質(zhì)量標(biāo)準和評價體系，促進教學(xué)質(zhì)量提高

建立完善的實驗課質(zhì)量標(biāo)準和評價體系是提高實驗教學(xué)質(zhì)量的有效手段。根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)和課程要求，我校制定了“實驗教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準及評價體系”從“實驗教學(xué)基本要求、實驗教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準、實驗教學(xué)質(zhì)量評價”等方面，建立了完善的物理實驗教學(xué)質(zhì)量評價監(jiān)控體系，從實驗教學(xué)準備、實驗教學(xué)實施、實驗效果評價、實驗教學(xué)考核、學(xué)生實驗?zāi)芰υu價等方面進行了全面的規(guī)范和評價。

通過幾年實驗教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段、方法的改革，實驗內(nèi)容逐年更新，教學(xué)方法和手段更加多樣，質(zhì)量考核體系更加完善，合作編寫了《大學(xué)物理實驗》《基礎(chǔ)物理實驗》和《綜合提高物理實驗》，主編的《大學(xué)物理實驗》《基礎(chǔ)物理實驗》教材已在教學(xué)中使用，每學(xué)年有近2000名學(xué)生通過虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，實現(xiàn)了網(wǎng)上實驗預(yù)習(xí)、實驗試做、實驗考核，特別是大型化、復(fù)雜化、精細化、危險性強以及實體實驗中沒有的教學(xué)內(nèi)容通過虛擬仿真實驗平臺使學(xué)生得以了解和學(xué)習(xí)，開拓了教學(xué)資源、擴展了學(xué)生的知識面，增加了學(xué)生的實踐機會。同時，在實驗報告批改、實驗考核等方面減輕了教師負擔(dān)，受到師生一致好評，實驗教學(xué)內(nèi)容和方法的改革取得了可喜的成果。