新工科理念下地方本科高校大学物理实验课程教学改革研究

【摘要】在新工科理念下，工程教育教学改革的落脚点是重构后课程体系内每一门课程的教学改革。大学物理实验是工科大学生必修的一门重要基础实验课程，是学生进入大学后进行系统的实验技能和实验方法训练的关键开端。本文将从教学内容、教学方式、课程评价这几个方面探讨新工科理念下地方本科高校大学物理实验课程的教学改革思路。

【关键词】新工科 地方本科高校 大学物理实验 教学改革

【基金项目】江西省高等学校教学改革研究课题“基于学生创新思维培养的《理论力学》课程教学模式及应用研究”（编号：JXJG-16-2-2）。

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）33-0170-02

引言

新工科这一概念自2016年提出以来，教育部组织高校进行深入研讨，在不到一年的时间里，2017年2月，复旦大学举行的综合性高校工程教育发展战略研讨会达成了“新工科建设复旦共识”[1]；天津大学提出“新工科”建设行动路线[2]。“新工科”的内涵是以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才，具有战略型、创新性、系统化、开放式的特征。随后教育部发布《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》要求新工科研究和实践围绕工程教育改革的新理念、新结构、新模式、新质量、新体系开展[3]。其中对地方高校提出指导性建议，希望地方高校发挥自身优势，充分利用地方资源，对接地方经济社会发展需要和企业技术创新要求，深化产教融合、校企合作、协同育人，推动传统工科专业改造升级，开展地方高校新工科研究和实践。

新工科教育研究和实践的诸多问题依旧在探索中，但课程教学改革作为新工科教育理念的落脚点值得我们去做深入的剖析与热烈的探讨。大学物理实验是工科大学生必修的一门重要基础实验课程，是学生进入大学后进行系统的实验技能和实验方法训练的关键开端。本课程的学习目的，是使学生不仅能了解到科学实验的主要过程与基本方法；还能激发其想象力、创造力，培养和提高学生独立开展科学研究工作的素质和能力。本文拟围绕大学物理实验课程的学习目的，结合地方高校使命，从教学内容选择、教学方式方法、课程考核评价这几个方面探讨地方高校大学物理实验课程的教学改革思路。

1.教学内容选择

大学物理实验课程首先是基本实验仪器、基本实验规范、基本实验技能的学习和掌握，然后在教学过程中激发学生的想象力、创造力，培养和提高学生自主开展科学研究工作的素质和能力。

目前一般地方高校大学物理实验的教学内容安排大致为：绪论，一般安排讲授内容有物理实验课的地位和作用，物理实验基本要求和基本程序，不确定度概念，有效数字运算规则，实验数据处理基本方法，基本测量方法介绍，基本实验仪器介绍；力、热、光、电、近代物理实验等二三十个传统实验，主要目的是熟悉基本实验仪器、了解基本实验规范、掌握基本实验技能，实验的程序固定、结果可以预见，以验证性实验为主；开放性实验，近几年对大学物理实验课程要求实验项目要有一定的更新并增加开放性实验，目前取得一定成效，但被动式完成相关指数要求为目的的现象也客观存在。

新工科要求以技术发展为导向更新教学内容，结合大学物理实验的课程教学目的，这里我们建议把大学物理教学内容中的实验项目设置分为验证性实验、综合性实验、设计性实验三种类型[4]，分别占40%、30%、30%。开展验证性实验项目的目的是让学生学习基本实验规范和流程，掌握基本实验技能和基本实验仪器，一般置于同学科实验前段教学。为此，我们需要从力、热、光、电、近代物理等传统实验项目中，分门别类按照实验的经典性和仪器使用情况去筛选精选。验证性实验的精心设计与开展是确保学生夯实大学物理实验基础，为进一步顺利提升学生的综合实验能力打好基础。加大综合性实验项目的目的是锻炼学生对所学知识、技能的准确科学的灵活运用能力，适宜安排在验证性实验项目之后进行。我们需要按照工程认证的思想，根据学生所学专业的培养计划，以力、热、光、电、近代物理中某一学科为主其它为辅，来理解相关专业工程应用中的基本物理现象，或掌握专业应用中涉及的典型而具体的物理问题的处理方法。综合性实验项目的开展是培养学生细致而严谨的逻辑思维能力，独立且自主科学研究素质。设计性实验的开展目的是紧跟专业发展前沿，对接地方产业与服务区域，在大学物理实验教学内容范围内，以相关工程问题为背景提出验证或解决其中一些具体的基本物理现象或问题，让学生根据实验室能够提供的仪器来设计并完成实验。设计性实验虽然由学生设计并完成，但结合学生专业、地方相关产业去寻找合适在大学物理实验课程中开设的实验项目并持续改进，这本身对于教师来说就是一个很高的要求。设计性实验项目是大学物理实验课程教学内容中体现新工科教育理念的关键点，学生的想象力、创造力得到充分的锻炼。

2.教学方式方法

传统的大学物理实验教学方法一般是要求学生课前根据课本或教学视频预习实验；由教师讲解实验内容、示范实验流程、提示实验过程中的注意点或难点，这一步也可能已经做成教学视频让学生课前预习；学生听讲后规范而有序的完成实验；教师评阅或点评实验结果；学生按要求上交实验报告。另外也有开设一些开放性实验并配备演示实验室。

大学物理实验课教学的方式方法应该根据实验项目的类型区别对待[5]，总的教学原则是以学生为中心，充分调动学生的积极性，培养学生的责任心，激发学生的创造力，让学生初步具备自主开展科学研究工作的素质和能力。针对验证性实验项目我们建议以翻转课堂为主的教学方法：学生课前结合课本预习教师事先做好的教学视频，课堂上由教师主持学生来讲解讨论对该实验项目的理解、实验过程中的注意点或难点，充分讨论后让学生自荐或推荐一名学生进行实验流程示范操作，其余学生可以针对该同学的实验操作点评，所有学生独立自主完成实验并上交实验报告。综合性实验项目采用以案例为主的教学方法：学生课前已知实验要求、实验仪器和大致的实验步骤，没有专门的教学视频，学生需要根据使用的仪器和大致的实验步骤去选择性的回看之前提供的教学视频，课堂上教师通过多媒体展示一个非常类似的实验视频，学生从中得到启发开始设计本次實验的详细步骤并展示实验操作流程，其余同学可以对此讨论补充，综合性实验也是要求学生独立自主完成并撰写实验报告。开放性实验项目采用以探究式教学为主的方法：学生课前只知实验要求，即运用所学知识和实验室具备的实验仪器来验证或解决生产生活中的实际而具体的物理问题，学生需要在课前3-4人为一组分工协作查阅资料，小组讨论后确定需要的仪器和实验操作流程，课堂上需要小组派一名同学用3-5分钟向老师阐述实验思路、流程和预计结果，只要不涉及安全问题原则上按学生要求准备仪器让学生小组协作组完成实验并撰写实验报告。

3.课程考核评价

大学物理实验课程考核大多采用平时成绩或平时成绩+操作考查等方式评定，其中平时成绩一般由所有实验项目的平均成绩和考勤情况等构成，每个实验项目的成绩又由预习、操作、报告三部分综合而来。不同的学校可能还有一些比如参加物理实验竞赛、大创项目、自主实验等加分项。这些课程考核评价的方法都是在传统课程考核评价的方法基础上作些调整。

课程考核评价是对学生学习效果的一种价值判断，同时为教师后续教学工作的持续改进提供参考。新工科背景下地方本科高校大学物理实验课程考核评价应为充分体现新工科教育理念发挥引领作用。这里我们提倡大学物理实验采用多元化评价与过程性评价相结合的方式[6]。多元化评价关注课程教学中学生的参与度、知识掌握、学习能力、学习结果的多维度综合评价；过程性评价关注学生知识掌握的积累与创新能力的提升。比如对于验证性实验项目我们会侧重学生课堂参与度、实验操作的规范掌握和实验结果的准确性；而综合性实验项目我们更看重學生综合运用知识的能力、实验具体操作流程的设计和实验结果的合理性；开放性实验项目关注学生团队协作能力、实验设计合理性和实验结果的科学性。

4.结束语

本文在新工科工程人才培养思想的指导下，针对地方本科高校大学物理实验课程教学改革进行探索性研究，从教学内容由知识、技能的灌输为主，向以知识、技能的掌握为基础，以知识、技能的重构运用能力培养为重点，以学生能力、素养的全面协调发展为目的进行阶梯式调整；教学方法方式随着不同实验项目类型设置的教学目的而不同；考核评价侧重过程性评价与多元化评价相结合更加科学。我们正在将课程教学改革研究运用于教学实践中，并在教学实践中持续探索、调整、改进，为实现新工科服务地方区域工业发展的创新工程人才培养奠定好学科能够提供知识、技能、能力、素养基础。

参考文献：

[1]“新工科”建设复旦共识（“复旦共识”）[J].高等工程教育研究.2017（2）：10-11.

[2]“新工科”建设行动路线（“天大行动”）[J].高等工程教育研究.2017（2）：24-25.

[3]教育部高等教育司.关于开展新工科研究与实践的通知[Z].教高司函（2017）6号.

[4]“新工科”背景下通信原理的课程优化[J].价值工程.2018（3）：258-259.

[5]新工科背景下数据机构课程教学改革[J].学园.2017（22）：44-45.

[6]新工科创新人才培养与学生能力评价方式改革研究[J].中国现代教育装备.2017（10）：35-37.

作者简介：

徐学翔（1974-），男，江西丰城人，副教授，博士，研究方向：量子光学。