大學(xué)物理實驗教學(xué)改革與創(chuàng)新探究
——以遵義師范學(xué)院為例

周庭艷，賈維海，李 平，黃海深，吳 波

（遵義師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院，貴州 遵義 563006）

1 大學(xué)物理實驗課程的背景和意義

“實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，實驗是普通高等院?；A(chǔ)和專業(yè)課程的重要部分，實驗是檢驗學(xué)生對理論知識的理解和將抽象的理論知識形象化的具體形式，是理論與實踐的有機融合，更是培養(yǎng)當(dāng)代大學(xué)生動手操作能力的關(guān)鍵課程[1，2]。大學(xué)物理實驗是普通高等學(xué)校理工科專業(yè)的公共基礎(chǔ)課，開課年級較低，實驗基礎(chǔ)薄弱[3]。通過大學(xué)物理實驗課程的學(xué)習(xí)，規(guī)范學(xué)生的實驗行為習(xí)慣，提高學(xué)生的實驗動手操作能力，加強學(xué)生對自然科學(xué)基礎(chǔ)知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生對自然科學(xué)的熱愛和積極端正的科學(xué)作風(fēng)，為后續(xù)學(xué)習(xí)專業(yè)實驗課程奠定基礎(chǔ)[4-6]。然而，傳統(tǒng)的大學(xué)物理實驗課程教學(xué)存在不少弊端。

以遵義師范學(xué)院為例，大學(xué)物理實驗以前在很長一段時間內(nèi)一直采用以教師講授為主的教學(xué)模式，導(dǎo)致很多學(xué)生對大學(xué)物理實驗的意義存在誤解，認(rèn)為這門課程學(xué)習(xí)“毫無意義”。在過去的教學(xué)中，大學(xué)物理實驗課程由于實驗儀器“老、舊、少”，將50人的教學(xué)班級分為四個組，每組12人左右，同一個實驗，老師要講授四次，傳統(tǒng)的教學(xué)模式，需要老師講解和指導(dǎo)更詳細(xì)，才能完成一個班的教學(xué)任務(wù)。新校區(qū)綜合實驗樓的建成，新儀器新設(shè)備的增加，教室的擴大，同為50人的班級，只分成兩個組，每組人數(shù)增加一倍，課時減少一半，教師依舊采用“教師講授、演示，學(xué)生被動操作”的模式已經(jīng)行不通。大學(xué)物理實驗教學(xué)團隊對課程進行改革，提出了“分級管理，四維評價”的教學(xué)改革方案。在規(guī)范的管理制度，完善的教學(xué)大綱，有效的組織形式，合理的課程安排下，經(jīng)過三輪的教學(xué)運行，按平時評價60%(課前預(yù)習(xí)準(zhǔn)入10%，課中實驗操作50%，課后實驗報告40%)和期末綜合測評40%的多元評價機制，學(xué)生綜合成績很好地符合正態(tài)分布，課程目標(biāo)可計算達(dá)成度85%，學(xué)生到課率99%，期末掛科率為0，合格率達(dá)到 100%。在 2020年的科學(xué)教育師范專業(yè)評估中，作為專家評估課程，我們的大學(xué)物理實驗教學(xué)改革模式得到了專家的一致認(rèn)可，目前已在全校理工科十幾個專業(yè)，三十幾個班全面推廣，均取得不錯的教學(xué)效果，基本滿足了遵義師范學(xué)院應(yīng)用型人才培養(yǎng)和課程發(fā)展的需要，為實驗教學(xué)改革提供了一定的參考。

2 傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗教學(xué)模式及弊端

隨著教育改革的深入和素質(zhì)教育的實施,國內(nèi)高等學(xué)校的人才培養(yǎng)模式有了很大的改變[7，8]，由知識型人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰π腿瞬排囵B(yǎng)模式。然而，大學(xué)物理實驗教學(xué)過去以“教師講解實驗原理、目的、儀器，演示實驗操作過程”的模式為主，學(xué)生“依葫蘆畫瓢”地被動開展實驗。其主要弊端如下。

2.1 教師包攬全程，學(xué)生陪同性學(xué)習(xí)

學(xué)生課前對實驗內(nèi)容和原理沒有提前預(yù)習(xí)，在課堂上，教師花大量時間講解原理和儀器，演示實驗操作過程，教師占主導(dǎo)地位，學(xué)生被動聽取教師所授內(nèi)容，按照演示的過程完成實驗數(shù)據(jù)，課后根據(jù)提供的實驗報告模版完成實驗數(shù)據(jù)處理。

2.2 實驗項目少而簡單，缺乏綜合設(shè)計性實驗

實驗項目多年不變，且多為驗證性基礎(chǔ)實驗，綜合性和設(shè)計創(chuàng)新性實驗較少，學(xué)生沒有創(chuàng)新的空間和機會，按部就班地完成實驗項目和內(nèi)容，導(dǎo)致實驗枯燥乏味，加上學(xué)生實驗基礎(chǔ)薄弱，實驗操作被動，最終實驗數(shù)據(jù)和報告內(nèi)容千篇一律。

2.3 實驗評價不合理，過程性評價不受重視

“實驗操作”是實驗評價體系的核心，但是在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，實驗評價體系不合理，對實驗過程性評價不注重，實驗成績幾乎來源于實驗報告分析，學(xué)生的實驗成績由單一的一張實驗報告來評定，缺乏預(yù)習(xí)、實操、小組協(xié)作等實驗過程環(huán)節(jié)的評價。

當(dāng)然，以前這些問題的存在，主要源于時代局限。首先，早些年網(wǎng)絡(luò)通訊不發(fā)達(dá)，學(xué)生只能依賴書本和老師講解，不能通過互聯(lián)網(wǎng)等平臺搜集和查詢資料；其次，對實驗的教學(xué)重視不夠，實驗儀器“老、舊、少”，不具備學(xué)生創(chuàng)新和綜合實驗的開展，教師在學(xué)生人數(shù)較少的情況下，以實驗演示法完成教學(xué)。然而，現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)平臺多樣化，國家對實驗室建設(shè)的投入加大，儀器設(shè)備完善，學(xué)生人數(shù)增多，課時數(shù)量壓縮，教師依舊采取傳統(tǒng)教學(xué)模式已經(jīng)不能滿足大多數(shù)學(xué)生的求知欲，因此，實驗教學(xué)的改革必須進行。

3 “分級管理，四維一體”的教學(xué)模式改革

3.1 教學(xué)目標(biāo)改革

大學(xué)物理實驗的教學(xué)對象為理工科一年級、二年級學(xué)生，對實驗教學(xué)還停留在高中時期的“聽、說”狀態(tài)，實驗基礎(chǔ)和技能較為薄弱，提高學(xué)生的實驗操作技能，培養(yǎng)學(xué)生的實驗素養(yǎng)和實事求是的科學(xué)態(tài)度是本課程所要達(dá)到的基本目的，也為后續(xù)專業(yè)知識的理解和專業(yè)實驗的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)[9]。本課程打破傳統(tǒng)單一的“教師教，學(xué)生學(xué)”的實驗教學(xué)方式，根據(jù)學(xué)生的實際情況，遵循以“學(xué)生的學(xué)習(xí)為中心，教師的教學(xué)為主導(dǎo)”的教學(xué)理念[10]，對實驗教學(xué)進行“分級管理，四維評價”模式的改革，通過教學(xué)大綱，教學(xué)過程規(guī)范化建設(shè)，“必做+選做”的實驗內(nèi)容改革，以及“過程”為主體的教學(xué)評價體系構(gòu)建，切實提高學(xué)生動手操作能力和創(chuàng)新能力，達(dá)到課程教學(xué)目標(biāo)。

3.2 教學(xué)改革的內(nèi)容

3.2.1 教學(xué)大綱的重新編訂

教學(xué)大綱，是教學(xué)改革的根基和靈魂。2019年，物電學(xué)院組織對大學(xué)物理實驗教學(xué)大綱重新進行了嚴(yán)格的修訂，從教學(xué)目標(biāo)設(shè)定，人才培養(yǎng)方案的編寫，教材的選取，實驗項目的選定（必做+選做，基礎(chǔ)+綜合+設(shè)計），課時和課程的設(shè)置都進行了全方位的編寫和審核，再根據(jù)具體的專業(yè)和方向，給出不同的教學(xué)方法和思路。其中，最具創(chuàng)新特色的是以“過程”考核為核心的教學(xué)評價體系改革，將教學(xué)目標(biāo)分為幾個過程，課程要素、評價模式按百分比數(shù)值化，通過計算達(dá)成度計算出課程每個環(huán)節(jié)是否達(dá)到課程總目標(biāo)。達(dá)成度的計算，是教學(xué)大綱中的核心所在，也是本輪實驗教學(xué)評價模式改革的關(guān)鍵。

3.2.2 實驗室的分級管理

“無規(guī)矩，不成方圓”，實驗室是實驗教學(xué)的平臺，實驗室的規(guī)范管理，是開展實驗教學(xué)改革的首要條件。首先根據(jù)教學(xué)大綱，將實驗室按“必做+選做，基礎(chǔ)+綜合+設(shè)計”所占比例的多少，分為四個等級，大學(xué)物理實驗屬于“二級”實驗室，“必做”和“選做”實驗所占比例為3:16，學(xué)生可選擇性實驗占必做實驗的五倍之多；基礎(chǔ)實驗與綜合創(chuàng)新設(shè)計實驗比例為6:13，綜合創(chuàng)新設(shè)計實驗是基礎(chǔ)實驗的兩倍多，實驗室配有專職實驗教師管理，保證實驗儀器能夠正常使用。

3.2.3 有效的“四維評價”教學(xué)體系

實驗課程的核心是學(xué)生“動起手來”，如何讓學(xué)生在實驗課中多動手，能動手，敢動手，以“學(xué)生學(xué)習(xí)為中心，教師教學(xué)為主導(dǎo)”的新型教學(xué)理念，“四維評價”（即課前預(yù)習(xí)提問，課中實驗操作，課后實驗報告分析，期末實驗考核）教學(xué)體系打破了傳統(tǒng)單一的教學(xué)模式。第一，“課前預(yù)習(xí)提問”使得學(xué)生能夠通過網(wǎng)絡(luò)平臺，教材，教輔資料，查閱跟實驗項目相關(guān)的資料，對實驗內(nèi)容進行提前學(xué)習(xí)，拓寬知識面，加強對理論知識的理解。第二，“課中實驗操作”鍛煉學(xué)生的實驗動手能力，對實驗現(xiàn)象的觀察、數(shù)據(jù)的記錄、實驗現(xiàn)象的解釋，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力。第三，“課后實驗報告”的分析和撰寫，培養(yǎng)學(xué)生對實驗結(jié)果有明確的認(rèn)識和分析。第四，“期末綜合測評”的方式多樣化，學(xué)生可以選擇抽考實驗，選擇設(shè)計實驗等完成，考核方式靈活多樣。

3.3 教學(xué)改革的可行性分析

大學(xué)物理實驗教學(xué)的改革，離不開規(guī)范的管理制度，完善的教學(xué)大綱，有效的組織形式，合理的課程安排，強大的師資團隊，本課程能夠得到實施和推廣，具備以下可行性條件。

3.3.1 制度和經(jīng)費的保障

領(lǐng)導(dǎo)班子極其重視實驗教學(xué)改革，從教學(xué)大綱的制定，培養(yǎng)方案的編寫，課程的合理設(shè)置等都是經(jīng)過領(lǐng)導(dǎo)班子多次牽頭討論，多次實施推進，得到最有效的制度保障，例如：“院發(fā)〔2020〕10號實驗教學(xué)改革”文件，給出具體的實驗改革方向和方案，是實驗課程改革最強大的制度保障；此外，實驗室的儀器不斷更新，實驗耗材的及時補給，由實驗中心統(tǒng)一調(diào)配，保障了課程的順利運行。

3.3.2 實驗平臺的供給

學(xué)院共有實驗室五十多間，其中大學(xué)物理實驗室包含力、熱、電、光四個版塊，實驗室八間，每個版塊至少兩個實驗室，每個實驗室至少三十余萬元的儀器設(shè)備，且根據(jù)每年學(xué)生人數(shù)及開課數(shù)量多少，及時調(diào)整實驗室的數(shù)量，能夠保證全校十幾個專業(yè)，三十幾個班大學(xué)物理實驗的開設(shè)。

3.3.3 實驗儀器的匹配

每個實驗項目按每組“12套+3套”的方案匹配儀器，保證實驗項目能夠有效地開展，其中12套（24人次每組）是最基本配套，3套是備用替補實驗儀器；力、熱、電、光實驗室的“必做”實驗和“選做”實驗項目達(dá)到38項之多，學(xué)生的可選擇性很強，實驗儀器是課程改革可行性的最根本的保障。

3.3.4 強大的師資隊伍

大學(xué)物理實驗有專職實驗教師8人，其中正高級1人，副高級3人，中級4人；兼職實驗教師12人，其中正高級3人，副高級9人，能夠有效地保障實驗課程的順利開展。

3.4 教學(xué)改革預(yù)期成效

大學(xué)物理實驗教學(xué)改革的建設(shè)和推廣，為提高應(yīng)用型技術(shù)人才動手能力奠定基礎(chǔ)，使得教學(xué)方法、教學(xué)資源、教學(xué)團隊、教學(xué)平臺、人才培養(yǎng)和社會聲譽等方面得到了全面提升，最終建立了有效的實驗教學(xué)評價體系，為全校實驗教學(xué)改革提供參考和奠定基礎(chǔ)[11]。

4 結(jié)束語

實驗教學(xué)改革之路任重而道遠(yuǎn)，許多問題需要不斷地探索和改進，尤其是學(xué)生和教師角色的變換，不僅是對學(xué)生的考驗，也對教師職業(yè)技能和教師素養(yǎng)提出了更高的要求。首先，教師要緊跟時代的步伐，不斷更新知識和教學(xué)理念，加強專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，課前備好課，將科技前沿，思想政治教育有機融入實驗教學(xué)中。其次，學(xué)生要轉(zhuǎn)變觀念，自己才是課堂的主角，課前做好充足的預(yù)習(xí)，帶著問題走進實驗室，通過實踐、發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題，學(xué)會溝通和協(xié)作，培養(yǎng)良好的實驗作風(fēng)和科學(xué)的態(tài)度。最后，完善的制度保障，規(guī)范的教學(xué)管理，充裕的儀器設(shè)備，強大的師資隊伍等都是實驗教學(xué)改革的后勤保障。此外，實驗教學(xué)改革需要得到學(xué)校、各教學(xué)單位的大力支持和幫助，才能使實驗改革走上一個新臺階。