普通物理實驗課程教學(xué)創(chuàng)新舉措
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摘要:課程教學(xué)創(chuàng)新是教學(xué)工作必不可少的一部分。以應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)目標(biāo)為出發(fā)點，認(rèn)真分析普通物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀，找出存在的問題以及根源，對普通物理實驗教學(xué)進行一系列創(chuàng)新改革與探索，包括普通物理實驗教學(xué)內(nèi)容安排的調(diào)整、混合式教學(xué)模式的探索、課程思政教學(xué)理念的融入、教學(xué)考核與評價制度的建立與實施。一系列創(chuàng)新舉措，目前取得了不錯的教學(xué)成效。
關(guān)鍵詞:普通物理實驗教學(xué);創(chuàng)新改革;教學(xué)成效
普通物理實驗是理工科專業(yè)學(xué)生的一門重要的必修基礎(chǔ)課程，在人才培養(yǎng)中有著非常重要的作用。因此為了適應(yīng)和滿足我國對創(chuàng)新人才培養(yǎng)、新工科人才培養(yǎng)的要求，必須認(rèn)真分析普通物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀，找出存在的問題以及根源，對普通物理實驗教學(xué)進行一系列創(chuàng)新改革與探索。
一、普通物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀
(一)理論知識落后于實驗課程《普通物理》與《普通物理實驗》既是兩門獨立的課程，也是有密切聯(lián)系的課程。理論知識的學(xué)習(xí)與理解離不開實驗，實驗也離不開理論的指導(dǎo)。正所謂“沒有理論的實驗是盲目的，沒有實驗的理論是空洞的”。由于歷史原因，盡管實驗課是一門獨立的課程，但是普通物理實驗與普通物理課程從本質(zhì)上是不可分割的。由于儀器設(shè)備臺套數(shù)少和實驗室空間小以及教師少等原因，在安排實驗課時，本來應(yīng)該與理論課同步的實驗內(nèi)容不得不提前安排。這樣就會導(dǎo)致學(xué)生實驗前對實驗原理理解不透徹，影響理論與實踐相結(jié)合，影響實驗教學(xué)效果和創(chuàng)新思維。
(二)實驗項目沒有創(chuàng)新性目前很多高校開展的實驗項目大多數(shù)是基礎(chǔ)性實驗結(jié)合一些綜合性實驗，而設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗項目占比很少。基礎(chǔ)性實驗項目一般比較中規(guī)中矩，學(xué)生根據(jù)實驗操作步驟一步一步完成即可，這樣的話對學(xué)生動手能力，主動探究能力均有一定程度的限制。而往往設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗更能鍛煉學(xué)生的思維以及解決與分析問題的能力。普通物理實驗分為普通物理實驗(一)和普通物理實驗(二)，分別在兩個學(xué)期開展，大一下學(xué)期做8個實驗，大二上學(xué)期做8個實驗，全年共16個實驗項目，絕大多實驗項目都是傳統(tǒng)的實驗項目，比如長度的測量與密度的測定，三線擺測剛體的轉(zhuǎn)動慣量、空氣中聲速的測定等。這些實驗項目很多年前學(xué)生就在做，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，實驗手段的多樣化，這些項目著實缺乏創(chuàng)新性。
(三)教學(xué)模式和教學(xué)理念過于單一化目前實驗室的教學(xué)管理模式?jīng)]有實現(xiàn)全開放，只在實驗課時間對學(xué)生開放，也就是說學(xué)生在做實驗前是沒有機會提前走進實驗室熟悉儀器設(shè)備的，這樣就會導(dǎo)致學(xué)生在預(yù)習(xí)的過程中對實驗沒有很直觀地認(rèn)識，只是機械式地對著課本抄寫實驗報告，完成任務(wù)而已，實驗教學(xué)效果大大降低。而教學(xué)方式依然是傳統(tǒng)的教師先演示，學(xué)生重復(fù)，缺乏學(xué)生自主探索、自主分析和解決問題的氛圍。課堂上還是以“講學(xué)”為主，學(xué)生“被動”接受知識，這種教學(xué)理念沒有發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，阻礙學(xué)生積極主動思考的動力，教學(xué)效果得不到改善。教師是課堂教學(xué)的實施者，也是教學(xué)實踐的主導(dǎo)者，除了課本中的教學(xué)內(nèi)容以外，教師應(yīng)認(rèn)真思考深挖課程中的“思政”元素，并進一步拓展，滿足學(xué)生成長發(fā)展需求，把正確的世界觀、人生觀、價值觀、思維方法等傳授給學(xué)生，潛移默化地完成更好地教育。
(四)實驗考核與評價方式不夠科學(xué)以往學(xué)生實驗總成績由兩部分組成，一部分是平時成績，就是學(xué)生提交上來的紙質(zhì)報告，占60%;這部分傳統(tǒng)的考核方式就是簡單地把所做的每個實驗的成績?nèi)∑骄鳛樽罱K的考核成績。每個實驗的成績僅僅由實驗報告三個部分，分別是課前預(yù)習(xí)、課堂操作和總結(jié)報告成績得到。這種考核方式簡單易行，但是弊端也日漸暴露。整個考核過程只把實驗報告作為唯一的考核指標(biāo)，太具有片面性，無法客觀地評價學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，也無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另一部分是期末理論考試，占40%。由于實驗室空間以及教師安排等原因，最后的期末考試只是在教室里的理論考試。而普通物理實驗作為一門重要的實驗課程，這種考核方式顯然是不符合人才培養(yǎng)目標(biāo)的，也無法客觀地對學(xué)生真實學(xué)習(xí)情況進行評價。
二、普通物理實驗教學(xué)創(chuàng)新思路與舉措
(一)教學(xué)內(nèi)容安排的調(diào)整為了應(yīng)對理論知識落后于實驗課程這一問題，我們調(diào)研后發(fā)現(xiàn)主要問題是部分學(xué)生的4個光學(xué)實驗存在實驗超前于理論的現(xiàn)象，而力學(xué)、熱學(xué)和電磁學(xué)基本沒有發(fā)現(xiàn)上述問題。因此，經(jīng)慎重研究決定采取如下解決方案:(1)力學(xué)、熱學(xué)實驗時間安排保持不變，即開設(shè)時間仍為第二學(xué)期。(2)電磁學(xué)、光學(xué)實驗從如下兩方面進行調(diào)整:第一，1～8周安排4個電磁學(xué)實驗;9～16周安排4個光學(xué)實驗。第二，增設(shè)儀器臺套數(shù)。4個光學(xué)實驗的主要內(nèi)容是干涉和衍射。理論部分大約第9周講授，因此光學(xué)實驗只能安排在第9周之后，即9～16周做4個光學(xué)實驗。學(xué)生在學(xué)完理論知識后走進實驗室進行實驗，這樣可以達到理論支撐實驗，實驗反哺理論的效果。有助于學(xué)生將理論知識與實驗結(jié)合起來，加深理解。為了應(yīng)對實驗項目偏于傳統(tǒng)這一問題，我們調(diào)研發(fā)現(xiàn)北京大學(xué)、同濟大學(xué)等研究型高校在基礎(chǔ)型實驗之外，還把科研引進普通物理實驗，通過設(shè)置探究性實驗課題訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新能力，用科研倒逼實驗教學(xué)的改革與創(chuàng)新;而應(yīng)用型高校的普通物理實驗教學(xué)內(nèi)容改革的特點是與學(xué)科深度契合，根據(jù)不同專業(yè)的性質(zhì)與特點，開設(shè)的不同實驗項目，同時注重培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力，讓學(xué)生根據(jù)自己興趣選擇實驗，起到了很好的實際教學(xué)效果。
(二)教學(xué)模式的改革創(chuàng)新為了應(yīng)對教學(xué)模式單一化這一問題，自2017級，為了給學(xué)生提供更多的實驗時間，提高課程教學(xué)質(zhì)量，本課程團隊錄制了實驗講解視頻，并要求學(xué)生在上課前自行觀看視頻完成預(yù)習(xí)工作，進入實驗室即可開始實驗。視頻在“文正物理”微信公眾號，學(xué)生隨時隨地都可以點擊進行學(xué)習(xí)，突破傳統(tǒng)教學(xué)的時間地點限制。這種線上線下混合式教學(xué)模式的核心教學(xué)理念是將傳統(tǒng)的“以教師為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為中心”，將“先教后學(xué)”，轉(zhuǎn)變?yōu)椤跋葘W(xué)后教”，將學(xué)生由“被動學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃訉W(xué)習(xí)”。另外還可以:(1)利用中國大學(xué)MOOC線上資源，包括實驗課件、視頻、習(xí)題、測驗等;(2)利用虛擬仿真平臺，讓學(xué)生在平臺完成實驗預(yù)習(xí)、線上仿真操作、考試等;(3)采用雨課堂、翻轉(zhuǎn)課堂，將實驗講解環(huán)節(jié)中的很多理論知識的講授放到了實驗課堂教學(xué)之前。這種線上線下混合式教學(xué)模式在普通物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用響應(yīng)了“互聯(lián)網(wǎng)+教育”時代的教學(xué)理念，能徹底改變“教師先演示，學(xué)生后模仿”的不利于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的傳統(tǒng)教學(xué)模式，學(xué)生會在教師引導(dǎo)下，預(yù)先在線上進行高效率的預(yù)習(xí)，為課堂上自主開展實驗的創(chuàng)新探索、自主解決問題奠定基礎(chǔ)，有助于學(xué)生養(yǎng)成良好的自主探索習(xí)慣，能極大提高學(xué)生的實驗技能與創(chuàng)新思維。
(三)教學(xué)理念的融合升華為了積極響應(yīng)國家政策，普通物理實驗教學(xué)團隊決定融入課程思政升華普物實驗教學(xué)內(nèi)容。具體舉措如下:一方面從實驗室環(huán)境建設(shè)、儀器規(guī)范化管理、安全文化建設(shè)等方面加強文化育人;另一方面在課堂教學(xué)中從實驗教學(xué)內(nèi)容上培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷、科學(xué)理性、嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度等優(yōu)良品質(zhì)，提升學(xué)生質(zhì)疑思辨、敢于實踐和創(chuàng)新等學(xué)科素養(yǎng)。在上課前，教師都會強調(diào)做完實驗，實驗儀器的擺放，做個有始有終的人;實驗過程中，不得抄襲數(shù)據(jù)，尊重實驗結(jié)果;拓展實驗原理背后的物理人物以及現(xiàn)階段國內(nèi)外研究現(xiàn)狀等?！镀胀ㄎ锢韺嶒灐贰罢n程思政”教學(xué)必須緊緊圍繞立德樹人的根本任務(wù)，既需要發(fā)揮教師的積極性、主動性及創(chuàng)造性，轉(zhuǎn)變教師的物理實驗教學(xué)理念，又需要改變學(xué)生對物理實驗學(xué)習(xí)的心態(tài)。通過物理知識體系和實踐技能的教育教學(xué)，把“愛國情、強國志、報國行”自覺融入《普通物理實驗》“課程思政”教學(xué)中，對激發(fā)學(xué)生為國家為民族學(xué)習(xí)物理的熱情和動力，幫助學(xué)生解答思想困惑、價值困惑、情感困惑，培養(yǎng)學(xué)生成長成才等具有重要的意義。
(四)教學(xué)考核方式的改革為了改進以往不科學(xué)的考核方式，從2016年開始，期末在教室里理論考試形式改為在實驗室操作和理論相結(jié)合考試形式，加大對學(xué)生動手能力和實踐能力的培養(yǎng)和考查，實施下來取得了較好的教學(xué)效果。另外平時成績也由只看實驗報告給出成績形式，改為融入過程化，口頭答辯等考核方式。例如預(yù)習(xí)報告成績，教師不僅僅是看學(xué)生書寫情況，還會對每一位學(xué)生進行課前提問，結(jié)合學(xué)生回答問題質(zhì)量進行綜合評分。普通物理實驗作為理工科專業(yè)學(xué)生進入大學(xué)第一門必須要修的實驗課程，承擔(dān)著非常重要的角色。養(yǎng)成規(guī)范的實驗習(xí)慣，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度對學(xué)生后續(xù)做專業(yè)實驗至關(guān)重要。因此在教學(xué)中我們切實保障實驗過程中一人一組進行實驗操作，杜絕多人一組，防止濫竽充數(shù)。保證每位同學(xué)都能動手操作，自主思考琢磨實驗步驟，觀察實驗現(xiàn)象。期末操作考試是從平時做的實驗項目中隨機抽取一個進行考核，保證學(xué)生復(fù)習(xí)的全面性。
三、普通物理實驗教學(xué)創(chuàng)新成效
(1)教學(xué)內(nèi)容安排的調(diào)整。目前光學(xué)實驗和普通物理理論課進度基本一致，學(xué)生做光學(xué)實驗時不會因為理論知識的缺失，而出現(xiàn)難理解的情況。這樣的安排自2019年下半年執(zhí)行下來，受到任課老師和學(xué)生的一致好評。任課老師表示課堂上對實驗原理的講解輕松了，因為學(xué)生都有了光學(xué)基礎(chǔ)知識，這樣課堂上就能有更多地時間給學(xué)生進行自主探索。學(xué)生則表示有了理論知識作為支撐，做起實驗來也更加輕松了。從最后操作考試的成績上看，學(xué)生對光學(xué)實驗的操作明顯好于改革前。教學(xué)和科研是高校的重要職能之一，大學(xué)生參與科研是培養(yǎng)符合社會需求的高素質(zhì)人才的要求，設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗項目的開展更是大學(xué)生參與科研的重要途徑，必將在人才的培養(yǎng)中發(fā)揮日益重要的作用。(2)引入微課教學(xué)之后，從學(xué)生角度，學(xué)生可以根據(jù)自己個人的時間、環(huán)境、條件進行實驗前的預(yù)習(xí)，了解其實驗原理、熟悉實驗儀器以及使用操作方法等，學(xué)生有身臨其境之感，且可反復(fù)利用，大大方便了學(xué)生。同時還能作為學(xué)生期末考試前復(fù)習(xí)的平臺，學(xué)生很喜歡，公眾號點擊量很高。從教師角度，教師也無須每次在課堂上花費很多時間講解實驗原理、演示實驗過程，為學(xué)生留出了更多的實驗操作時間，大大提高了教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。從實驗室管理者角度，減少了因?qū)W生操作不當(dāng)而引起的儀器設(shè)備的損壞和故障，保護了儀器設(shè)備，延長了使用壽命。(3)在普通物理實驗課教學(xué)過程中融入課程思政元素，長時間的教學(xué)，激發(fā)了學(xué)生自主探索物理規(guī)律和本質(zhì)的興趣和動力，培養(yǎng)了學(xué)生的開放性、創(chuàng)新性思維，從而全面提升學(xué)生的知識、能力和素質(zhì)。學(xué)院每年報名江蘇省大學(xué)生物理實驗創(chuàng)新競賽人數(shù)越來越多，并且獲獎的比例也越來越高。學(xué)生們都愿意花時間去琢磨物理現(xiàn)象，而不是討厭物理，他們在物理實驗室找到了學(xué)習(xí)物理的樂趣。(4)新的考核和評價方式有利于促進學(xué)生主動學(xué)習(xí)，認(rèn)真對待普通物理實驗，重視物理實驗這門課，不再把它當(dāng)作是“走過場”的課程，從而為提升學(xué)生的實踐能力、綜合素質(zhì)，培養(yǎng)創(chuàng)新人才真正發(fā)揮普通物理實驗課程的作用。重在理解，回答教師提問而不是抄寫實驗報告，學(xué)生們能真正去理解實驗原理，解釋實驗現(xiàn)象，主動學(xué)習(xí)，實施下來取得了較好的教學(xué)效果。比如經(jīng)常會有同學(xué)，面對疑惑，主動提問而不是糊弄;因為還有些許疑惑，還會主動要求走進實驗室再做一遍等。
四、推廣應(yīng)用的價值
(1)實驗課程配合理論知識教學(xué)安排的調(diào)整，對其他學(xué)校普通物理實驗教學(xué)具有一定的推廣意義。(2)全面梳理物理實驗知識脈絡(luò)，分專業(yè)設(shè)置創(chuàng)新型實驗項目，根據(jù)專業(yè)目標(biāo)設(shè)置教學(xué)方案的做法對其他實驗課程方案的制定具有一定的推廣價值。(3)線上線下混合式教學(xué)模式在當(dāng)前其他課程教學(xué)中具有一定的推廣意義。(4)普通物理實驗課中融入課程思政元素，對學(xué)生德育的培養(yǎng)和其他實驗課程來說具有一定的推廣意義。(5)過程化評價方式在創(chuàng)新能力評價中具有推廣意義。
五、結(jié)語
大學(xué)物理實驗作為高校理工科專業(yè)基礎(chǔ)課程，是大學(xué)生入校后的第一門實驗課程，是一門集學(xué)習(xí)態(tài)度、思維方式、動手能力和自我認(rèn)知于一體的啟蒙課程。因此大學(xué)物理實驗課程改革是一項長期艱巨的任務(wù)，我們需要在實踐中不斷地發(fā)展創(chuàng)新，找到適合應(yīng)用型本科院校學(xué)生的教學(xué)體系。大學(xué)物理實驗教學(xué)改革是提升實驗教學(xué)質(zhì)量的保證，對培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)有著積極作用，培養(yǎng)社會所需要的應(yīng)用型人才，更好地為地方經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展服務(wù)。
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作者：沈桓羽 孫寶印 單位：蘇州大學(xué)文正學(xué)院實驗教學(xué)中心
