基于创新能力培养的物理实验教学质量监控体系建设

史智平

（宝鸡文理学院物理与光电技术学院，陕西 宝鸡 721013）

实验教学是本科基础教学的重要组成部分，是培养和造就具有一定创新能力的应用型技术人才不可缺少的重要环节。其对于培养学生的自主学习能力，观察分析、发现问题、解决问题和创新能力起着关键作用。课程培养目标的基本任务是通过实验课程学习使学生掌握初步科学实验技能，培养学生理论联系实际、解决实际问题的能力。因此，实验教学内容和方法多样与开放，实验教学规范和合理的评价，是提高实验教学质量，达到培养目标的基本途径。

一、物理实验教与学中存在的问题

基础物理实验课程的重点是学习和掌握物理实验的基本知识、基本方法以及培养基本的实验技能，培养学生的实际操作和动手能力。但现行实验课程的教学内容、模式和方法等仍存在许多与培养应用型人才不相匹配的地方。

1.因受教学设备条件的限制，大部分实验课程内容更新慢，多是验证性实验，如在基础物理光学实验中传统、经典的几何光学、干涉、衍射实验占比多，而与现代光学实验内容有关的实验占比少，实验项目验证性实验多，综合性、设计性实验少，内容单一，学生只是在教师指导下通过实验完成对某一个物理原理或物理量的验证，没有进一步深入设计和研究的内容。实验内容也不能完全反映学科的发展和学生对新知识了解的要求。从教学内容和实际效果上来看学生只是简单地重复，而没有通过实验完成将理论知识与实践相结合并运用理论知识去研究和解决实际问题的环节，从而不能很好地完成培养学生运用理论知识解决实际问题的能力的课程目标。

2.传统实验教学基本上是在固定的时间、固定的地点，教师讲学生重复做，按教师的要求去完成学习内容，学生几乎没有选择的余地。这种教学模式无法很好地满足学生的个性化需求，不利于激发学生的创新积极性。

3.由于实验课程的教学内容和形式的特殊性，完全照搬理论课的模式对实验教学的质量和效果进行评价显然是不合适的，因此，必须建立符合实验课程特点的质量标准和评价体系，从而保证实验教学质量，达到培养目标，这也是实验教学改革的一个重要方面。

二、以实验教学多方位优化为基础，推动实验教学目标的更好实现

1.从2017年开始，我校在总结以往在实验教学体系、综合性、设计性实验开设，实验评价等方面工作的基础上，以物理实验教学中心现有的课程资源为平台，以学院第十二批教改项目“创新能力培养的物理实验教学质量监控体系建设”，根据实验课程特点，以培养与逐步提高学生的科学实验素质和创新能力为目标，从实验教学内容、实验教学方法、实验教学质量、实验教学效果等方面入手，重新构建实验课程内容和体系、利用信息技术建立多形式教学模式，制定完善的实验教学质量标准和评价体系，从而实现从内容、方法、目标全方位的完善，为课程培养目标的实现奠定良好的基础。

2.根据现有的教学资源和学科发展要求，重新编写基础物理实验教材，在实验教材的编写中，在实验内容的选择上要体现基础物理实验的课程目标，通过实验学生能够比较全面地了解和掌握基础物理实验基本内容和方法，且各实验项目内容上相对独立，可根据教学要求灵活选择和安排。基础性实验突出基本物理量的测量、常用物理实验方法和技术、常用实验仪器的调节与使用等，而综合实验项目所涉及的实验方法、技术和仪器等大多与基础性实验内容相关联，也是对原有实验内容的扩展。这不仅有利于学生学习的过渡，而且也是对学生运用所学实验知识与技能解决实际问题的很好训练。从要求上体现物理实验课的基础性，考虑到中学物理实验教学的现实状况以及学生后续实验课程学习的需要，突出实验课学习的基本程序与要求，在实验仪器操作、实验数据的记录与处理等方面都要对学生提供明确的示范并提出要求，从而培养学生的科学实验技能，为学生后续实验课程的学习打下良好的基础。从单一内容上体现基础物理实验的拓展性。大部分实验项目包含必做和选做内容。同时，根据实验内容介绍相关物理学家在研究物理规律与变化过程中的思想方法和对物理学发展的重大贡献。如在“迈克尔逊干涉仪的调节与使用”实验中，实验教学从“以太漂移”的提出及解决的过程开始到“引力波理论与验证”结束，通过学习学生可以了解到实验在物理学以及自然科学技术发展中的重要作用，增强实验学习的真实感和生动感，丰富实验内容，同时学生也了解了科学发展的规律、科学研究的方法以及科学家的精神，形成科学的学习方法和研究方法，从而激发自身的学习兴趣和培养学生的创新能力。

3.在实验教学中充分利用信息技术实现虚拟仿真实验和课堂实验教学相结合，开放实验内容扩展学习空间和时间，实现实验教学“课内与课外、实体与仿真、集中与开放”的有机结合。虚拟仿真实验资源以虚拟现实、人工智能、自动控制等技术，对物理实验仪器使用和实验操作过程进行高度仿真的虚拟模拟，学生可在仿真环境中开展实验，通过虚拟实验教学资源与平台，教师将实验预习、实验报告评阅、实验考试评判等教学内容有机融合为一体，完成实验教学的各项内容，学生可通过虚拟仿真教学资源进行实验预习，了解实验仪器、实验原理、实验方法、实验基本操作等内容，拟定实验方案，再到实验室进行真实实验。学生也可在做完真实实验后，再做虚拟仿真实验，完成对真实实验的深入学习和扩展实验学习内容。

三、建立完善的实验课质量标准和评价体系，促进教学质量提高

建立完善的实验课质量标准和评价体系是提高实验教学质量的有效手段。根据培养目标和课程要求，我校制定了“实验教学质量标准及评价体系”从“实验教学基本要求、实验教学质量标准、实验教学质量评价”等方面，建立了完善的物理实验教学质量评价监控体系，从实验教学准备、实验教学实施、实验效果评价、实验教学考核、学生实验能力评价等方面进行了全面的规范和评价。

通过几年实验教学内容和教学手段、方法的改革，实验内容逐年更新，教学方法和手段更加多样，质量考核体系更加完善，合作编写了《大学物理实验》《基础物理实验》和《综合提高物理实验》，主编的《大学物理实验》《基础物理实验》教材已在教学中使用，每学年有近2000名学生通过虚拟仿真实验教学平台，实现了网上实验预习、实验试做、实验考核，特别是大型化、复杂化、精细化、危险性强以及实体实验中没有的教学内容通过虚拟仿真实验平台使学生得以了解和学习，开拓了教学资源、扩展了学生的知识面，增加了学生的实践机会。同时，在实验报告批改、实验考核等方面减轻了教师负担，受到师生一致好评，实验教学内容和方法的改革取得了可喜的成果。