“以学为中心”的实验教学改革探索

2021-10-12李伟李晶莹

大学教育 2021年10期

李伟李晶莹

[摘要]“以学为中心”包括以学习为中心，以学生为中心，以学术为中心，以教学为中心。在践行“以学为中心”方面，四川大学近年来努力探索“以学为中心”的教育、“探究式-小班化”教学、信息技术与教育教学融合，助力教学质量的全面提升。文章以大学物理实验的教学改革为例，分别从实验方式、授课模式、考评制度、教学质量监控等方面进行改革，探索“以学为中心”的实验教学改革，利用前沿创新实验技术改革实验方式，探索启发式讲授，完善以多样化考评为核心的考评制度，进行多方面的质量监控，全面提高实验教学质量。

[关键词]以学为中心;实验教学;大学物理实验

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2021）10-0101-04

2018年6月，教育部在四川大学（以下简称“我校”）召开新时代全国高等学校本科教育工作会议，会议指出：“坚持‘以本为本，推进‘四个回归，加快建设高水平本科教育、全面提高人才培养能力，造就堪当民族复兴大任的时代新人。”长期以来，我国本科教育都是以教为本、以教为中心，注重课堂教学，注重对学生的共性教育，学生学习以被动接收为主，实验教学更是如此[1]。这种教育方式是中国教育的优良传统，培养出一批又一批的优质毕业生。但21世纪以来，学生的批判性思维、创造性、交流与合作的能力显得越来越重要。实践证明，拥有解决问题能力、好奇心和想象力、合作与领导能力、主动性和创造性以及灵活和适应性的学生更能适应社会需求，满足社会发展。传统的“以教为中心”的教育已不能满足当代学生的发展需求，“以教为中心”的教育须逐步向“以学为中心”转变。实验教学作为本科教育必不可缺的一部分，其发展水平关乎本科教育的整体格局，实验教学也需逐步向“以学为中心”转变。

一、“以学为中心”的教学理念

早在20世纪末，西方国家就提出了“以学为中心”的概念。随着时间的推移，现代社会普遍认为的“以学为中心”教学理念，包括以学习为中心、以学生为中心、以学术为中心、以教学为中心。这就要求教师要更新观念，转变角色，改变课程中注重知识传授的倾向，让学生学会创新，学会合作，倡导学生主动参与，积极表达。在教学中要尊重学生，突显学生的主体地位[2-5]。为推动“以学为中心”的教育，四川大学自2013年以来，已连续6年举办相关研讨会活动，邀请海内外专家进行研讨，以实现高等教育的内涵式发展，提高教师人才培养能力，激发教师教学理念、方法及模式创新。近年来，四川大学把提高本科教学质量、提升学生学习成效作为出发点，努力探索“以学为中心的教育”“探究式-小班化”教学、信息技术与教育教学融合，助力教学质量的全面提升。并致力于培养具有独立思考能力、创新能力、开拓事业能力、国际竞争能力的一流人才[6-9]。“以学为中心”的教学理念在四川大学理论教学方面得到了很好的实践。

二、实验课程现状

目前，四川大学开设有实验教学类课程百余门。其中，有大学物理实验相关课程10余门。大学物理实验（理工）系列、大学物理实验（医学）作为公共基础课，面向全校理、工、医学18个院系60多个专业开放，在教学中起着承上启下的作用，承上作为大学物理理论知识的实践，启下为专业课打好坚实的基础。大学物理实验的教学改革受益面广、作用突出。因此，笔者借由大学物理实验系列课程进行“以学为中心”的改革探索。在实际教学中，受教学资源、师资等影响，大学物理实验课程主要存在以下亟须改进或改革的方面。

1.課前准备方面，大学物理实验多年来都是学生对照课本预习，在开课前熟悉实验原理、实验步骤、实验仪器等。在实际实验时，引导学生读懂实验原理、实验方法以及实验仪器的运行操作是实验教学的第一步，也是实验教学成败的关键。在多年的教学中笔者发现，很多学生在预习时只是照搬书上的理论，收获甚微，不能真正发挥预习的作用。教师仍需花费大量时间对实验背景、实验原理等内容进行讲解。

2.实际教学过程中，各门基础课程开课内容区别不大，不能很好地做到有的放矢、因材施教。如大学物理实验（理工）系列和大学物理实验（医学）系列课程，教学内容与教学方式几乎完全一致，区别不大。没有专门针对实验教学的二次选排课系统，学生实验项目由教学中心统一安排，不能自主选择。每门实验课程下有多个实验项目，如面向电气、电子专业开放的大学物理实验（理工），该课程下可开设的实验项目有20余个，但由于学生人数多，实验项目复杂，目前都由教师安排好每个学生的具体实验项目。这种做法不仅工作量巨大，死板的安排也与四川大学的“以学为中心”的教学理念相悖。

3.授课方式单一。目前实验中心开设的所有实验项目均采用传统授课模式进行，上课时由教师介绍实验基本情况，并进行简要的操作指导，然后由学生动手实验，学生在任课教师的督促下测量数据完成实验。在这样的授课方式下，学生只能被动地吸收知识，不利于学生积极思考、主动探索。

4.在考核方面，当前考评制度陈旧，不利于学生进行创新性训练。实验报告的格式和内容比较陈旧，虽然每年在得分点上教师们都会讨论，但是变化很小。学生为了得到高分，经常借阅评阅过的报告，依样画葫芦。

5.在教学监管方面，由于物理实验需要二次排课，学校教务系统的评教数据不能真实地反映学生对教师的课堂评教，缺少教学质量的有效监管方式和手段。

三、“以学为中心”的实验教学改革探索

针对我校大学物理实验课程目前存在的问题，结合“以学为中心”教学理念，物理基础实验教学中心主要从实验方式、授课模式、多样化考评及质量监控四个方面进行实验教学改革的探索[10-13]。

（一）“以学为中心”，利用先进技术，改革实验方式

1.探索线上与线下相结合的实验方式。随着社会的发展，信息技术在日常生活中的应用越来越广泛。在教育行业，各种线上课堂、翻转课堂受到了大家的欢迎。物理实验作为实验类课程，学生除了掌握实验原理、实验方法等理论知识以外，还要亲身实践、动手操作才能取得更好的教学效果，因此物理实验中心对线上线下相结合的授课方式进行了尝试。为了提高课堂效率、激发学生的学习兴趣，物理基础实验教学中心早在2013年开始筹备物理实验课程的网络资源建设。通过前期课堂录像的摄制，课程文本、视频材料的建设与准备，第一门实验类国家精品资源共享课于2014年9月正式投放于四川大学课程中心网站。学生可在网站查看各个实验项目的课程录像和多媒体课件等资料，在线进行实验项目的学习。2018年底，“大学物理实验”慕课也进入紧锣密鼓的筹备阶段。2019年秋季学期，“大学物理实验”慕课也在清华大学学堂在线平台正式投入使用。截至目前，已有5000多名学生加入到“大学物理实验”慕课在线学习中。特别是在2020年初，受新冠疫情影响，学生常规上课模式受到影响，只能暂时采用线上授课的方式进行教学，“大学物理实验”慕课资源正好解决了实验类课程在线学习的困境。

2.建设虚实结合、多层次、智能化的实验教学新体系。随着科技的进步，传统实验已经不能满足学生对实践类课程的需求。为建设具有川大特色的实验教学新体系，促进实验教学质量全面提升的目标，四川大学也鼓励各单位积极建设虚实结合合理、类型层次丰富、教学效果优良的实验教学体系。为此，物理基础实验中心引进模拟仿真实验，作为传统实验的补充，将传统实验与虚拟实验有机结合起来。对学生而言，虚拟实验可以极大地激发学生对大学物理实验的兴趣，提高教学效率，同时让学生在走进实验室之前就对实验仪器及操作建立起生动具体的形象。图1为虚拟仿真实验软件截图。

（二）“以学为中心”，改变传统授课模式

教师队伍的水平是教育质量的关键，而建立“以学为中心”的教学模式是提升教师水平的重要机制。“以学为中心”的教学，鼓励学生发挥学习主动性效果，鼓励自主学习，探索启发式授课。在实际操作中，可以根据学生实验水平、实验项目特点等采取不同的授课方式，采取多种授课模式并行的方式，提高课堂教学质量。

1.根据学生实验水平采取不同的授课方式。大学物理实验是理工类学生的必修课，学生来自不同学院不同专业，其实验水平也不太相同。对于实验水平较高的学生，要改变传统的教师讲授、学生在教师指导下实验的方式，鼓励学生自主探索，增强学生的主动性和积极性。

2.根据实验项目特点采取不同的授课方式。四川大学物理基础实验中心现可开设实验项目约50个，每个项目各有特点。比如有的实验项目属于验证性实验，要求学生在了解实验结果的前提下，对实验结果进行验证。有的项目是探索性实验，实验结果未知，需要学生通过实验获得。有的项目是设计性实验，实验方法有多种，需要学生自己设计实验方案以获得实验结果。在实际教学时，教师可以结合实验项目的特点，不同的实验项目采用不同的授课方式。

3.根据教学需求，开展特色教学。针对不同专业，开设符合专业特色及需求的实验项目，如针对电气专业的学生可专门设置提高性的电学相关实验;针对基地班、试验班的学生，开展探究式-小班化教学等;针对匹兹堡学院学生，开设全英语授课课程。

4.探索校企合作、优质资源共享开放的实验教学新模式。实验中心开设课程物理实验与仪器开发，并与台湾地区企业建立合作方式，试图通过与企业合作的方式，将企业先进的技术和研发能力与学校丰富的教学经验深度融合，优势互补，将高端技术应用到教学活动中。同时将最前沿的科研成果和生产技术转化为实验教学案例，开拓学生视野，优化学生知识结构，对传统实验教学进行补充和创新，不断丰富优质实验教学项目资源并扩大开放共享程度。

（三）“以学为中心”，完善考评制度

从2011年开始，四川大学全面启动实施了“全过程考核-非标准答案”考试改革，核心就是打破传统的应试教育模式，使学生在学习运用知识的同时，更要去想象、去独立思考、去自由探索，以激发学生的创新创造能力，培养学生的批判精神和独立思考的能力[5]。实践类课程更是如此。大学物理实验课程注重过程化考核，取消了期末考试制度，学生的课程成绩由平时的项目成绩累积而成。在项目成绩的考核方面，重视操作与预习，不以实验报告做唯一评分标准，具体做法如下。

1.基础实验项目制订详细的评分细则，做到不同教师标准统一。大学物理实验课程的目的在于培养学生实事求是、一丝不苟、严格认真的科学态度与工作作风，学习现代物理实验的基本理论，典型的物理实验方法及其物理思想，使学生获得必要的实验知识，通过操作技能训练，培养学生的实验动手能力。因此基础实验项目要求学生实验报告中实验原理、实验仪器、实验数据记录与处理、实验结果讨论等内容完整。长期以来，实践类课程的考评或因教师主观因素占比太大，无法做到统一标准。物理基础实验教学中心为了做到公平公正，同一实验项目的任课教师每学期开课前都会召开研讨会对学生实验内容、实验数据处理、实验思考题等进行讨论，分值分布统一，做到不同教师相同项目标准统一。

2.鼓励学生进行创意实验设计。除了原有的预习、操作、报告3项评分条目外，增加创新性得分，锻炼学生自己发现问题、设计实验解决问题、举一反三创新实验的能力。

3.打破原有考评制度，做到考评多样化。对于不同课程采取不同的考评方式，如文化素质公选课综合设计与创新物理实验，鼓励学生以科学论文或专利申请文件的方式提交期末考评作业。

（四）“以学为中心”，把好教学质量关

教学质量是学校教育的灵魂，任何形式的改革都应以提高教学质量为目的。为保证教学质量，实验中心不仅强化实验教学的组织管理，定期对实验教学工作进行专项自查，并从督导、教师、学生三个方面进行全方位的教学质量监控。

1.实验教学的组织管理。实验中心实行分工负责制，配备实验教学和实验教辅人员;所有实验仪器设备由中心统一调配和管理，确保实验中心职责明确、运行顺畅、管理高效。为保证实验教学质量，实验中心引进优秀青年教师加入，并且规定首次上岗指导实验的教师必须试讲、试做;由实验中心组织考核小组对其进行考核，并给出考核意见，考核通过后方可上岗。同时，实验中心也在招聘高水平的博士毕业生加入教辅队伍，这为实验中心注入了年轻血液。

2.加强实验教学过程的有效运行与持续改进。实验教师要记录整个教学过程，使整个教学过程都处于可控状态，并定期汇总分析。根据检查阶段的结果，中心主任将检查不合格项及时反馈于实验室教学人员，督促其改进。教学组长以及中心主任结合学生、教师的反馈意见，总结实验课程，修订新的教学计划、教学大纲。定期对实验教学工作进行专项自查，找出实验教学与管理中出現的问题;分析问题存在的原因，针对发现的问题，制订和实施改进措施，总结成功经验，予以巩固，并将其作为标准化程序确定下来。

3.教学质量监控措施。（1）教师自查：教师通过问卷调研以及学生的反馈进行自查。（2）管理层定期检查：校、院两级督导组不定期进行听课，并将问题总结反应给学院及中心主任。中心根据反应的情况及时做出整改或回复。（3）和同行互评等：实验中心要求每位任课教师每学期至少听其他教师两次以上的实验课，并填写听课记录表，便于相互之间的交流与自查。（4）教学研讨会：物理基础实验教学中心每两周组织教学研讨会，教师之间相互交流实验经验，分享好的实验技巧，并讨论实验讲义以及报告的评分标准是否准确，如有不妥之处及时修改。同时，实验中心每年还组织教师参加学术会议，参观仪器展览会等活动，与其他高校教师以及实验仪器厂家技术人员的交流，开阔了教师的视野。

四、总结

实验教学是培养学生学习能力、科学素养、创新开拓精神的重要环节，为推动学校打造一流大学的目标，同时也为了适应社会发展需要，实验教学在积极尝试改变。物理基礎实验教学中心围绕“以学为中心”的教学理念，在教学资源、教学模式、考评体系等方面进行了初步的改革探索，改革成效显著。但是“以学为中心”的教学改革，仍有长远的征程。这将是一项具有长远意义的改革和建设工程，需要坚定的信念和较长的时间才能克服种种问题，高校要重视实验教学，不断推进实验教学改革，推动教学质量的整体提高[14]。

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