地方性应用型工科大学物理实验教学模式改革探索

高潭华，苏春燕，张明文，刘雪梅，叶靖莹

（武夷学院机电工程学院，福建武夷山354300）

地方性应用型工科大学物理实验教学模式改革探索

高潭华，苏春燕，张明文，刘雪梅，叶靖莹

（武夷学院机电工程学院，福建武夷山354300）

以地方性应用型工科院校人才培养目标为出发点，指出传统大学物理实验教学中存在的问题，通过建设多通道、立体化、网络化的大学物理实验的教学资源，改革教学内容、实验课堂教学以及学生实验的评价，创建新型的大学物理实验教学模式。

大学物理实验；教学模式；微视频课程；虚拟实验平台；评价方式

当今科技飞速发展，高等学校的人才培养面临严峻的挑战，实验教学作为工科教育结构中的重要组成部分，对学生科学素养、工程技术素质、文化素质以及创新意识的培养具有不可替代的地位和作用。大学物理实验是工科学生开始接受系统科学实验和技能训练的开端，其丰富的实验思想、方法和手段，对于工科学生是非常重要的，它不仅会影响学生后续实验课程的学习，而且在某种程度上将影响他们今后的专业生涯。传统的大学物理实验教学从内容、教学方式、教学过程以及评价方式等方面都存在明显的缺点，例如：学生完成一个物理实验的基本过程一般是：学生通过实验教材进行预习，到实验课堂后先由教师讲解、演示实验，然后再由学生自己动手做实验，完成实验后经教师检查实验数据并签字，课后由学生处理实验数据撰写实验报告。这种教学模式的教学效率低，学生实验的操作训练和思维训练都不足，实际情况是很大一部分学生是“依葫芦画瓢”完成实验，有的学生甚至编造实验数据、抄习实验报告，浪费了宝贵的实验资源和时间。另一方面，由于上实验课的学生人数众多，指导教师辛苦异常、疲于奔命。基于此现状，我们在现代教育理论指导下，充分利用迅速发展的网络技术，通过多通道、立体化、网络化的大学物理实验教学资源的建设，从实验教学内容、实验教学资源建设、实验课堂教学以及学生实验的教学评价等多方面对大学物理实验教学进行改革，建立新型的适应应用型工科人才培养目标的大学物理实验教学模式。

1　建立层次化的适合应用型工科要求的大学物理实验教学内容体系

以大学物理实验教材建设为主线，改变传统以力、热、声、电、光进行分类的课程模式，建立以引导性、基础性、综合性、设计性实验的层次化的适合应用型工科要求的大学物理实验教学内容体系。

1.1注重物理实验思想、方法和技能的基础训练

根据应用型工科人才的培养目标，系统地训练学生物理实验的基本技能。由于教学时数的限制，精选两个引导性实验和十个基础性实验，通过这些基础性的验证实验，使学生形成以下四个方面的能力，即：（1）掌握测量误差的基本知识，形成正确记录和处理实验数据的能力（如掌握握列表法、逐差法、作图法和最小二乘法等数据处理方法）；（2）掌握常用物理实验方法（如：利用理论知识，设计物理量测量的各种方法），特别是与工程相关的实验方法；（3）常用物理仪器（如：游标卡尺、螺旋测微计、移测显微镜、水银温度计、福廷气压计、秒表、各种电表、示波器、迈克尔逊干涉仪等）的使用方法；（4）掌握常用的实验操作技术测量基本的物理量（如：长度、质量、温度、压强、压力、电流、电压、电阻、磁感应强度、光强度、折射率等）。

1.2开发具有专业特点的大学物理综合性实验

根据我校开设的不同专业，开发具有工科专业特点的综合性大学物理实验，目的是引导学生从各自专业学习的角度来思考分析物理实验问题，促进学生对所学专业的理解，加深对大学物理实验作用的认识，强化专业思维意识，提高学习的积极性。在开发综合性实验中尽量做到以下四点，即：（1）实验具有综合性，能引导学生对知识、仪器、技术和基本实验方法进行综合；（2）相应专业需要，但学校的现有课程中又暂时还没有覆盖到；（3）具有现代性，是现行应用比较广泛的成熟技术；（4）物理原理能讲清楚，实验能在规定时间内完成。为此实验室用了一年多的时间，要求每一位实验教师做一个专业（或专业群）的调研，选择一个具有专业特点的综合性物理实验课题研究，购置相应的实验仪器，完成试验并撰写讲义。期间实验室组织了多次的交流和讨论，开发了适合机械类专业的“光栅传感器测量位移和角位移”实验，适合环境与化工类专业的“衍射光栅测量及其应用”等八个综合性实验。在此过程中，教师们付出了巨大的努力，也收获了成果，特别是年青教师对学校的专业设置及内含有了更深的了解，对大学物理实验的作用也有更深的认识，起到了教学研究与教师成长相长的作用。

1.3开发以培养学生应用能力的设计性实验；开展以创新为目标的大学生创新实验

创新意识和能力的培养是知识技能学习的最终目标，学生在大学物理实验阶段的学习，重点培养这方面的意识，为此我们在设计性实验中只给学生实验目的、要求、实验室有的相关仪器以及推荐参考文献，学生必须在充分调研的基础上，综合运用所学的知识，建立模型、选择实验方法及配套的仪器、测量条件等等；提出合理的实验方案；提交实验准备报告；进行实验，改进方案；撰写实验报告；最后完成整个实验。由简单到复杂安排一系列设计性的实验。设计性实验提高了学生获取信息和运用知识的能力，并增强了他们的创新意识。

利用各级大学生创新实验项目的建设，以团队的形式开展科学研究，培养工科学生的创新精神和研究能力，如：2012级微电子学专业卢新柳同学主持的福建省大学生创新实验项目“计算机处理大学物理实验数据的方法研究和软件设计”，经过两年的努力，不仅做出了一套处理大学物理实验数据的模板，而且对一些问题进行了比较深入的探索和研究，解决了在Excel中粗大误差自动剔除问题［1］，论文在本科大学学报公开发表。

2　建立多通道、立体化、网络化的大学物理实验教学资源，促进学生的自主学习

教学资源建设是提高实验教学质量的有效手段，通过建设多通道、立体化、网络化的大学物理实验微视频课程辅助教学平台和虚拟实验平台，能改变学生只通过教材预习不直观、抄录教材写预习报告、预习效果不好的现状。激发学生自主学习的积极性，即使在实验课堂上也能通过手机等移动终端，个性化地学习自己需要的知识和技能，并进行实践，从而提高实验课的课堂效率和教学质量。

2.1制作与教学内容配套的大学物理实验微视课程辅助教学平台

随着网络技术的发展，手机、ipad等移动终端的普及，以微博、微信为代表的“微动力”促进了“微时代”的快速发展，微视频课程已经成为重要的学习资源。借鉴国内外微视频课程建设的经验，［2-3］我们根据实验类操作性课程的特点，开展与教材相配套的大学物理实验微视频课程辅助教学平台的建设，通过全新的教学设计，将实验教师的课堂教学和实验演示分解成一些时长在三至五分钟的微视频，每个微视频讲清楚一至两个知识点或实验内容，每个实验的各个微视频之间存在一定的逻辑关系，但又相对独立，学生在实验过程中遇到问题也可以随时调用观看。微视频课程平台的建设将改变现有的教学模式，促进学生自主学习，提高实验课程的课堂效率和教学效果。

2.2选择引进虚拟大学物理实验平台

仿真实验能有效改善教学受时间和空间的限制，可为学生提供全方位、开放性的操作环境，实现在虚拟环境下近乎真实的实验体验，学生在仿真实验过程中，只有正确理解原理，熟悉实验步骤并正确操作，才能得到较好的实验结果，这能促进学生主动思考，有效的提高了学习的能动性，激发学生探究创新的激情以及培养学生独立思考的良好习惯，通过仿真实验，学生可反复检验自己设计的实验方案，在实验过程中体会设计成功的喜悦和反思设计失败的教训，培养良好的科学探究素养，同时也促使学生建立科学的认识论和方法论，对学生的成长具有深远意义［4］。

学习兄弟院校大学物理实验教学的成功经验［4-8］，引进由中国科技大学霍剑青、王晓蒲等开发的“大学物理仿真实验系统2010版”，主要选择与我校实验相对应的20个实验项目。通过虚拟实验平台的建设，为学生进入实验室进行具体实验前后的预习和复习提供了方便，使课堂实验过程更加高效。同时此平台还为学有余力的学生提供了深入学习的条件，丰富了大学物理实验的教学内容。

2.3改善大学物理实验室的仪器设备，增加学生实践操作的时间、提高实验课堂效率

作为地方性应用型的工科院校，学生的实践操作能力的培养始终是教学的主要目标之一，必须通过改善仪器设备，增加学生独立的实践操作和实验操作的时间是提高教学质量的根本手段，我们的目标是：对于可以单人完成的基础性实验，尽量做到一人一组完成实验，需合作完成的实验才安排两人一组完成实验，保证每个学生都有条件得到很好的实验技能的训练。

3　改革实验课堂教学，合理分配实验课时间

传统实验课堂效率不高的主要原因是：（1）学生预习不够充分；（2）课堂实验时由于学生人数众多，有些学生性格腼腆羞于提问，教师不能及时关照到所有学生；通过微视频课程、虚拟实验等大学物理教学资源的建设后，这些情况会得到改变。在此基础上可以对实验课堂进行优化，主要在以下三个方面：

3.1取消学生实验操作前三十分钟的教师讲课，改成互动的学生预习情况检查

由于建立了可视化、交互式的大学物理实验教学资源，学生预习不再是只阅读教材，而是教材、微视频和虚拟实验这样立体化、多通道的学习资源库，预习的质量能大大提高，进入实验课堂着重进行的实践操作训练、解决更深层次的问题。在实验课堂教学中完全可以取消学生实验操作前三十分钟的教师讲课和演示，学生进入实验室后直接开始实验，增加学生实验操作的时间。教师则利用课堂时间检查学生的预习情况，通过面对面的交流，及时对学生的预习情况进行点评和指导。

3.2优化教师实验课堂的辅导，针对性的解决学生在实验中出现的问题

学生在实验过程中遇到问题时，可以通过手机即时查阅相关微视频以解决实验中遇到的困难，教师则只需解决微视频课程中未考虑到的情况，有针对性的解决学生实验中出现的问题，大大减轻了教师课堂的强度，提高了教学效率。

3.3及时评价并记录学生实验过程中的表现

建立了微视频课程辅助教学平台后，学生在实验中遇到的许多问题都可以通过查阅微视频得到解决，学生在实验课堂中走动会大大的减少，实验课堂会更加有序。教师则可通过对每一组实验学生观察和交流，及时评价并记录学生在实验过程中的表现，评价的内容包括学生的实验过程表现和实验数据记录情况等内容，并加权计入实验成绩。

4　改革实验成绩的评价方式，促进学生自主学习和实践操作训练

传统的学生大学物理实验成绩一般包括平时成绩和期末考试成绩，平时成绩是对每个实验的评价，依据通常是预习报告和实验报告。在实际的操作过程中由于时间、人员、仪器和经费等原因，期末考试往往流于形式，有的为了应付检查，甚至把学生的某一次实验作为期末考试。这是一种对学生实验的总结性评价方式，而实验过程的评价没有给予足够重视，忽略了评价的激励和调节作用，不利于学生改进和调整学习，提高学习效果。

通过建立丰富的大学物理实验教学资源，在实验课堂上，教师有时间和精力关注学生在实验过程中的表现，及时对其预习情况、学习态度、实验操作等进行实时评价，帮助他们调整和改进学习，主要通过以下两个方面对学生实验成绩评价进行改革。

4.1注重过程评价，通过师生互动，促进学生动手操作训练

借鉴其他高校的经验［9-13］和我校的实际情况，将每一个实验过程分为三个阶段（即预习、实验操作和实验报告），每个阶段都建立相应的评价指标。（1）预习部分的测评项目包括：检查预习报告和简单的提问，这部分内容在实验课堂上通过面对面与学生互动形式完成，成绩占平时成绩的30%。（2）教师课堂对每一组的课堂巡视，考察学生实验过程的关键操作、动手能力情况和实验原始数据记录等内容，占平时成绩的40%。（3）实验报告的测评则包括：实验数据的真实性、实验数据的处理正确性、实验结果的分析、实验知识的拓展和思考题回答等，占平时成绩的30%。在此评价体系中能较真实有效的评价学生的学习过程，并能及时帮助学生进行改进，促进学生的发展。

4.2建立大学物理实验成绩管理和考试系统

客观、准确的实验考试是评判实验教学效果、提高实验教学质量的重要手段。但长期以来，由于受到实验室条件和师资力量的限制，全体学生的物理实验考试难于有效实施，为了解决大学物理实验考试的困难，准备购置由合肥中科奥锐有限公司开发的“物理实验考试和自动判卷系统”，并准备在此基础上建立适合我校的物理实验成绩管理和考试系统。

5　结语

作为一所升本不久的地方性、应用型本科院校，教学条件急需改善和教学水平需要提高，在福建省基础实验教学平台建设项目的支持下，我们正努力从教材建设、网络教学资源建设、实验课堂教学改革以及学生实验评价等多方面对传统的大学物理实验教学模式进行改革，创建新型的大学物理实验教学模式。

［1］卢新柳，高潭华.用Excel处理实验数据粗大误差剔除的方法［J］.福建师大福清分校学报，2015（2）：65-70.

［2］王觅.面向碎片化学习时代微视频课程的内容设计［D］.上海：华东师范大学，2013.

［3］宋金璠，郭新峰，王生钊，等.微课在大学物理实验教学中的应用［J］.物理实验，2015（2）：12-17.

［4］唐锋意，张翼，赵瑞，等.大学物理仿真实验在民族医学院校中的应用浅谈［J］.大学物理，2011，30（2）：31-33.

［5］邢永强，李国峰，武娥，等.地方工科院校大学物理实验开放教学对策［J］.实验科学与技术，2015，13（1）：121-122.

［6］霍剑青，王晓蒲，汤家骏，等.分层次的物理实验教学研究［J］.实验室研究与探索2009，28（4）：232-234.

［7］王小兰，戴亚文.信息化环境下大学物理实验教学新模式的研究与实践［J］.大学物理实验2013，26（3）：144-148.

［8］霍剑青.应用信息技术培养新型人才实验教学模式的思考与实践［J］.物理与工程2013，23（6）：26-29.

［9］王化忠.中美大学物理实验教学模式的比较研究［J］.云南农业大学学报2013，7（1）：54-58.

［10］陈洪叶，曹学成，陈军，等.大学物理实验成绩的形成性评价模式［J］.大学物理实验2014，27（4）：129-131.

［11］黎珉，洪炜宁，钱良存，等.大学物理实验综合性考核方式的实践［J］.大学物理实验2011，24（2）：104-105.

［12］袁艳红.技术应用型院校大学物理实验课程教学改革的研究与实践［J］.大学物理实验2013，26（3）：107-110.

［13］吴肖，熊建文.基于工作单和观察评价的大学物理实验操作考试［J］.实验室研究与探索2012，31（2）：141-143.

（责任编辑：华伟平）

Exploration on Innovation in Teaching Mode of College Physics Experiments for Application-oriented University

GAO Tanhua，SU Chunyan，ZHANGMingwen，LIU Xuemei YE Jingying
（School of Machine and Electronic Enginearing，Wuyi University，Wuyishan，Fujian 354300）

According to the personnel traning goals of applications-oriented universities，The existing problems in the traditional college physics experiment teaching were pointed out，through multi-channel，three-dimensional，networked college physics experiment teaching resourceswere constructed，the teaching content，experiment teaching in class and students'experimentevaluation were reformed，a new teachingmodel of college physics experimentswas created.

college physics experiment；teachingmode；micro-video courses；platform of virtual experiment；evaluationmethods

G642.0

A

1674-2109（2016）06-0093-04

2016-02-25

福建省基础物理实验教学平台建设项目（Sj2013004）。

高潭华（1963-）男，汉族，教授，主要从事大学物理及实验教学、计算凝聚态物理方面研究。