開放—分類—創(chuàng)新：農(nóng)林高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)體系化改革與實(shí)踐

李景奎，張中興，蘇潤洲

（東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040）

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是理工科專業(yè)的第一門基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后接受系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開端，是后續(xù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的基礎(chǔ)，也是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的關(guān)鍵一環(huán)[1]。東北林業(yè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心承擔(dān)全校理、工、林科等26 個專業(yè)，110 多個班級，每學(xué)年約4000 人的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)授課任務(wù)，年實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作量超過4000 學(xué)時，而專職教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員不足20 人，教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)非常繁重。另外，按照教學(xué)大綱要求，每名學(xué)生將要完成26～30 個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，而每個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目擁有儀器臺數(shù)非常有限?；诖?，東北林業(yè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在以下幾個突出問題。（1）開課班級多、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多、教師人數(shù)少、儀器數(shù)量有限和排課困難，授課教師和管理人員工作量特別大；學(xué)生不能自主選擇感興趣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不以學(xué)生為主體、限制發(fā)揮個性特點(diǎn)，不能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，不利于創(chuàng)新能力培養(yǎng)；如此多的班級同時開課，教務(wù)部門安排實(shí)驗(yàn)課表也是非常困難的。（2）傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)沒有結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，不注重專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，采取“一刀切”的培養(yǎng)模式，不符合OBE 培養(yǎng)理念和創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，不能滿足專業(yè)人才培養(yǎng)需求。（3）傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法上一般采用學(xué)生預(yù)習(xí)、教師講解、學(xué)生實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)處理四步教學(xué)方式，教學(xué)內(nèi)容固定、陳舊；學(xué)習(xí)時間固定，學(xué)生很難在有限的課堂時間內(nèi)完成教師所要求的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，教學(xué)效果一般；傳統(tǒng)模式化的教學(xué)方式會影響學(xué)生物理思想的豐富、個性特長的發(fā)揮和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生對實(shí)驗(yàn)失去興趣。（4）由于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)儀器使用率高、儀器數(shù)量少和儀器損壞速度快，需要自制和改進(jìn)儀器設(shè)備，補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的指導(dǎo)思想單一，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊，授課形式單調(diào)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣嚴(yán)重不足，無法滿足現(xiàn)代化高等教育的育人要求；應(yīng)試教育背景下，學(xué)生動手能力較差，實(shí)踐創(chuàng)新能力不足，這些都不利于實(shí)踐創(chuàng)新育人。

基于東北林業(yè)大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面存在的問題，文章對大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)體系化教學(xué)改革與實(shí)踐進(jìn)行了探討，創(chuàng)造性提出了“開放—分類—創(chuàng)新”的改革理念，構(gòu)建大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)開放教學(xué)管理體系，制定分類培養(yǎng)教學(xué)體系，建立大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)新體系和人才培養(yǎng)新模式，實(shí)現(xiàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)開放教學(xué)、分類培養(yǎng)和創(chuàng)新育人。

一、構(gòu)建大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)開放教學(xué)管理體系

構(gòu)建大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)開放教學(xué)管理體系，從上課時間選擇、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇和授課教師選擇等方面對學(xué)生全面開放教學(xué)管理。不設(shè)固定課表，學(xué)生根據(jù)自己的時間進(jìn)行自由選課。突破傳統(tǒng)教學(xué)方式，注重以學(xué)生為主體、發(fā)揮學(xué)生個性特點(diǎn)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神[2-3]。同時，提高了實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室的使用率，緩解了儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室的壓力，緩解了教師的壓力和減少了實(shí)驗(yàn)時間安排上的困難，特別是減輕了教務(wù)部門安排課表的巨大壓力。與此同時，采取編排班級代碼、設(shè)置實(shí)驗(yàn)報告箱、選擇題考試由閱卷機(jī)批卷、充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺等多種措施，有效減少教師和管理者的工作量。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)開放教學(xué)改革主要體現(xiàn)在以下幾方面。

（一）開放教學(xué)管理

建設(shè)網(wǎng)絡(luò)選課服務(wù)器，開發(fā)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)開放選課系統(tǒng)（圖1），經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐，不斷完善開放教學(xué)管理模式。從上課時間選擇、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇和授課教師選擇等方面對學(xué)生全面開放；不設(shè)置固定課表，學(xué)生根據(jù)自己的時間自由選課，注重以學(xué)生為主體、發(fā)揮學(xué)生個性特點(diǎn)和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神；學(xué)生自己挑選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的積極性；提高實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)室使用率，緩解儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室的壓力，同時，緩解教師的壓力，減輕了教務(wù)部門安排課表的巨大壓力。

圖1 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)開放選課系統(tǒng)

（二）以班級代碼簡化專業(yè)名稱

東北林業(yè)大學(xué)每學(xué)年上大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的學(xué)生大約來自10 個學(xué)院的110 個班級，專業(yè)名稱較為復(fù)雜、難記，而且容易混淆。實(shí)驗(yàn)報告都是以學(xué)生個體為單位上交，不同班級學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報告也是混在一起的，需要教師將各班級的報告單分揀出來，再登錄學(xué)生平時成績，這項(xiàng)工作非常煩瑣。另外，很多學(xué)生專業(yè)名稱書寫不規(guī)范，更是增加了教師分揀報告的難度。為解決這一問題，學(xué)校借鑒了郵政編碼的設(shè)計靈感，用班級代碼代替專業(yè)班級，班級代碼由一個英文字母和一個數(shù)字組成。例如，用A1 表示環(huán)境科學(xué)2020 級1 班，用E9 表示機(jī)械設(shè)計制造及其自動化（機(jī)械電子）2020 級9 班，等等。這樣，一方面使教師分揀報告單準(zhǔn)確、快捷，另一方面簡化了專業(yè)名稱，容易記憶、便于管理。

（三）巧妙設(shè)置實(shí)驗(yàn)報告箱

實(shí)驗(yàn)開放中因?yàn)榘嗉墶⑷藬?shù)眾多，做實(shí)驗(yàn)不再是以班級為單位，而是學(xué)生自主選擇上課時間及內(nèi)容，所以，教師與學(xué)生之間交報告、發(fā)報告就成了問題，學(xué)生不可能收齊整班的實(shí)驗(yàn)報告后一起交給授課教師，科代表也不可能固定時間到教師那里取回批改過的報告。為了解決這個問題，學(xué)校設(shè)計了實(shí)驗(yàn)報告箱，將報告箱分為班級報告箱和教師報告箱兩種。班級報告箱每班一個，箱上標(biāo)有該班的班級代碼，教師報告箱每名教師一個，箱上標(biāo)有教師的姓名。學(xué)生交報告時投到對應(yīng)的教師報告箱中，教師發(fā)報告時投回學(xué)生對應(yīng)的班級報告箱中。這樣，只要開學(xué)初把報告箱的鑰匙發(fā)到各班科代表手中，本學(xué)期，教師與學(xué)生之間的實(shí)驗(yàn)報告交流就都可以通過報告箱來完成。

（四）簡化考核和閱卷方式

東北林業(yè)大學(xué)每個學(xué)年大約有4000 人參加大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課，期末批卷對教師來說也是一項(xiàng)非常繁重的工作，要花費(fèi)相當(dāng)長的時間，而且容易出錯。為減少教師批卷的工作量，采用選擇題的考試方式，不設(shè)主觀題，這樣一方面避免了批改主觀題產(chǎn)生的扣分分歧，另一方面也大大減少了教師的批卷時間。2006 年，學(xué)校引進(jìn)了閱卷機(jī)，這樣就將教師從繁重的批卷工作中解脫出來。用閱卷機(jī)批卷速度快、準(zhǔn)確率高，并且可以出多套試卷考試，大大減少了因選擇題帶來的作弊現(xiàn)象。

二、制定分類培養(yǎng)教學(xué)體系

打破傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)力、熱、光、電界限，制定專業(yè)分類培養(yǎng)體系，根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)和專業(yè)需求，結(jié)合專業(yè)類別和培養(yǎng)目標(biāo)，設(shè)置不同專業(yè)必做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，制定專業(yè)分類培養(yǎng)細(xì)則，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、必修實(shí)驗(yàn)、自選實(shí)驗(yàn)3 個層次。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)為所有專業(yè)均開設(shè)的實(shí)驗(yàn)；必修實(shí)驗(yàn)則是結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)、學(xué)科分布、專業(yè)需求和培養(yǎng)目標(biāo)，選擇與專業(yè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，如電氣類和電子信息類專業(yè)以電學(xué)類實(shí)驗(yàn)為主，而土木類專業(yè)以力學(xué)、材料實(shí)驗(yàn)為主，等等。采取專業(yè)必修和學(xué)生自選相結(jié)合方式制定大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)分類培養(yǎng)細(xì)則，表1 為東北林業(yè)大學(xué)各專業(yè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)分類培養(yǎng)細(xì)則（以電氣類專業(yè)為例）。最終，形成分類培養(yǎng)教學(xué)體系，為專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量提供強(qiáng)有力支撐。

表1 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目細(xì)則（以電氣類專業(yè)為例）

三、采取多元化教學(xué)方法，實(shí)踐創(chuàng)新育人

探索多元化創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，打破傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)和在線課程建設(shè)，注重大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的虛實(shí)結(jié)合學(xué)習(xí)方式[4]。將慕課視頻與實(shí)際授課結(jié)合、將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與具體實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)合、將學(xué)生預(yù)習(xí)與教師課堂講授結(jié)合，改革實(shí)踐教學(xué)模式，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)技術(shù)與手段，進(jìn)行混合式教學(xué)方式的探索與實(shí)踐，注重虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)，開展多樣化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)從單一型向多元化轉(zhuǎn)化，提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。引導(dǎo)學(xué)生積極參與自制和改進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)儀器，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能，提高其實(shí)踐創(chuàng)新能力。

四、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)體系化改革創(chuàng)新點(diǎn)

（一）理念創(chuàng)新

文章創(chuàng)造性提出了“開放—分類—創(chuàng)新”的體系化改革理念，并進(jìn)行了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)體系化改革與實(shí)踐，以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量為宗旨，基于OBE 理念以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為目標(biāo)。其內(nèi)涵覆蓋了教學(xué)體系的頂層設(shè)計和模塊化研究，教學(xué)改革具有系統(tǒng)性、綜合性和體系化的特征，著力培養(yǎng)學(xué)生品德、知識、素養(yǎng)，發(fā)展個性特長，激發(fā)全面發(fā)展的潛質(zhì)和能力，倡導(dǎo)實(shí)踐育人。

（二）開放管理體系創(chuàng)新

構(gòu)建大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)開放教學(xué)管理體系，從上課時間選擇、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇和授課教師選擇等方面對學(xué)生全面開放。學(xué)生根據(jù)自己的時間，實(shí)現(xiàn)自由選課，突破傳統(tǒng)教學(xué)方式，注重以學(xué)生為主體，發(fā)揮學(xué)生個性特點(diǎn)，調(diào)動和激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的積極性。開放管理體系中，學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)課的上課時間，有效提高了實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室的使用率。

（三）分類培養(yǎng)體系創(chuàng)新

新培養(yǎng)體系打破傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)力、熱、光、電界限，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、必修實(shí)驗(yàn)、自選實(shí)驗(yàn)3個層次；結(jié)合專業(yè)類別和培養(yǎng)目標(biāo)，設(shè)置專業(yè)必修實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，采取專業(yè)必修和學(xué)生自選相結(jié)合方式制定分類培養(yǎng)細(xì)則，構(gòu)建符合OBE 理念的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)分類培養(yǎng)體系。

（四）授課模式和實(shí)踐育人創(chuàng)新

將慕課視頻與實(shí)際授課結(jié)合、將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與具體實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)合、將學(xué)生預(yù)習(xí)與教師課堂講授結(jié)合，打造全新的授課模式。同時，加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)，將在線課程、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和物理實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)三者有機(jī)結(jié)合，采用虛實(shí)結(jié)合的學(xué)習(xí)方式，打破傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，采用混合式教學(xué)模式和多元化授課方法。教師積極引導(dǎo)學(xué)生參與改進(jìn)和自制物理實(shí)驗(yàn)儀器，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能，提高學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力，也是貫徹落實(shí)教育部《關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》的精神，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐育人。

五、實(shí)踐應(yīng)用效果

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)體系化改革，突出了基礎(chǔ)學(xué)科的支撐引領(lǐng)作用，有利于培育專業(yè)創(chuàng)新人才。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)開放教學(xué)，從實(shí)驗(yàn)時間選擇、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇和授課教師選擇等方面對學(xué)生全面開放，學(xué)生根據(jù)自己的時間，實(shí)現(xiàn)自由選課，打破傳統(tǒng)教學(xué)方式的瓶頸，減輕了教務(wù)部門安排課表的巨大壓力。采取編排班級代碼，設(shè)置實(shí)驗(yàn)報告箱，選擇題考試、閱卷機(jī)批卷，充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺等多種措施，有效減少了教師和管理者的工作量，逐漸形成良性循環(huán)。構(gòu)建符合OBE 理念的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)分類培養(yǎng)體系，為專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量提供了強(qiáng)有力支撐，有利于培養(yǎng)專業(yè)創(chuàng)新人才和提高人才培養(yǎng)質(zhì)量達(dá)成度。開展多樣化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，改革大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)從單一型向多元化轉(zhuǎn)化。經(jīng)過多年實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生在競賽中取得了豐碩成果，2016—2020 年，東北林業(yè)大學(xué)學(xué)生獲得國際級、國家級、省部級各類學(xué)科競賽獎項(xiàng)數(shù)量達(dá)到3000 余項(xiàng)，連續(xù)三年占據(jù)全國農(nóng)林類本科院校大學(xué)生競賽排行榜榜首。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課深受學(xué)生喜愛，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的興趣，使學(xué)生由被動學(xué)習(xí)變成主動學(xué)習(xí)，學(xué)生對這門課程的滿意度達(dá)到95.6%。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)被評為校級精品課程，“開放—分類—創(chuàng)新”的體系化改革成果為省內(nèi)高校和全國農(nóng)林高校起到引領(lǐng)和示范作用。