新工科建设背景下大学物理实验教学改革探讨

刘金秀，贺小伟，张景川，楚合营，王 龙，罗华平

（塔里木大学机械电气化工程学院，新疆阿拉尔843300）

0 引言

新工科建设是在“卓越计划”基础上提出的一项以“主动布局、设置和建设服务国家战略、满足产业需求、面向未来发展的工程学科与专业，培养造就一批具有创新创业能力、跨界整合能力、高素质的各类交叉复合型卓越工程科技人才”为主要目标的教育改革行动[1-2]。2019年4月29日，教育部“六卓越一拔尖”计划2.0大会中提出“立足新时代，大力发展新工科、新农科，提升新内涵，强化质量效果，建设高水平本科教育[3]”的目标。新工科建设一方面要求高等教育应该授人以渔，另一方面要求培养综合创新型人才[4]。当代科技与经济发展日新月异，高新技术产业对高等工程教育提出了新要求，使其面临着巨大挑战。

大学物理实验课程是理工科学生开设最早的学科基础课，该课程对加深学生理解和掌握物理概念及规律、激发物理学习兴趣至关重要，并且可为后续科学地开展专业课程实验奠定基础。但由于国内部分高校对常规的实验教学方法未与时俱进实行改革，大学物理实验未能很好地发挥其应有的功能。传统实验教学缺乏反映工程技术和科技领域的新应用、新发展的实验项目，学生被动地模仿操作实验，课堂互动极少，考核评价也存在诸多弊端，教学效果较差，无法达到新工科建设对大学物理实验教学提出的新要求，大学物理实验课程教学改革迫在眉睫[5-6]。

现代信息技术的发展和学生学习方式的改变对传统实验教学形成了多方位挑战，为支撑新工科建设人才培养的需要，课题组提出从以下四个方面进行大学物理实验教学改革探索，以期不断提高大学物理实验课程教学效果和质量，为培养新时代四有拔尖人才奠定基础。

1 以教材为支撑，丰富教学内容

在新工科建设背景下，大学物理实验教材在包含实验基本知识、原理和操作方法的同时，应提供科学探索的研究方法，将物理原理的验证与应用结合起来，培养学生的科学素养和创新精神。以基础性、层次性、综合性、新技术应用性为特点，课题组拟结合本校实验室条件、专业需求并参考国家级优秀教材开展大学物理实验教材的编写工作。

1.1 重视基础实验项目，建设宽泛的拓展项目

教材遵循《理工科类大学物理实验科学教学基本要求》这一纲领，并结合新工科建设和专业人才培养目标，以基础物理实验项目为重点，增加综合性、开放性的探索实验。基础物理实验项目包含常见的力学、热学、声学、电磁学、光学和近代物理实验，按从易到难的顺序层次化编排，而且尽量使每个实验项目也有层次化的要求。充分考虑课程面向学生的差异性，在基础实验项目的基础上设置综合性、开放性的探索实验，将科学内容、研究方法、创新意识有机地融合到物理实验中，使教材适应农机、机械、植保等不同专业、不同层次的学生学习需求，满足学生个性化发展。在综合性、开放性实验项目中，只设定实验要求和目标，让学生自主完成设备组装、步骤安排和数据分析等一系列工作，给予学生较充分的时间、空间自主选择权，更好地发挥学生的主观能动性，培养学生勇于探索的科研精神。

1.2 与时俱进，充实教材内容

当代科学技术日新月异，教材形式应紧跟时代发展，为学生提供更加快捷、方便、丰富的教学资源[7]。将传感器技术、纳米材料、光谱技术等现代科技成果和物理前沿知识融入实验项目中，以附录的形式进行介绍。建立资源链接，将优秀的网络资源以视频、文献或图片的形式转化为二维码嵌入到教材相应章节，学生通过扫码即可形象直观地学习实验仪器及其使用方法等知识，也可了解相关实验项目在实际生活中的应用或推广，提高教材的广度和时代性。学生能及时接触到物理学发展的前沿知识和技术，以便丰富学生的背景知识、扩展物理知识面，激发学生对物理实验探索的兴趣，培养创新意识和创造性思维。

2 以信息技术为载体，开展教学改革

为适应新形势下新工科建设对人才培养的需求，近年来塔里木大学加快了物理实验场地建设和实验仪器更新，课题组也结合信息技术不断调整教学方法和教学手段，使大学物理实验教学从原来只注重知识的传授转变到学生能力和素质培养的目标上来。

2.1 利用信息平台，构建“线上+线下”教学模式

在现代化高等教育中，信息化教学模式和互动式教学手段优势明显，突破了传统教学在时间、空间上的限制，将学习的主动权从教师转移给学生，有利于构建“以学生为中心”的主动、探究式学习模式，提高学生分析、解决问题的能力。

大学物理实验模块化明显，制作微课方便，课题组借助“学习通”平台开展大学物理实验翻转课堂教学（图1），采用“线上+线下”相结合的授课模式，实现课前知识传递、课上知识内化和课后知识巩固。学生可以随时在线上做好充分的预习，将更多时间投入到实验操作和探究环节，也有足够的时间进行“线上+线下”的师生、生生互动讨论。

图1 大学物理实验“线上+线下”翻转课堂教学模式

2.2 有效利用信息技术，多方位提升教学效果

互联网技术的高速发展为教学改革提供了技术支持[8]，在大学物理实验教学中应有效利用信息技术整合多用途的信息平台，不断拓展大学物理实验课程的信息化教学空间。如利用信息技术开展虚拟实验建设，弥补因实验室条件设备缺乏致使部分实验无法开展的弊端；再如进行实验仪器数字化教学、开展数字化教材建设[9]，便于学生通过计算机或者手机及时观看实验演示视频、学习相关实验知识。

在大学物理实验教学中充分利用微信、QQ等交流工具，根据不同的专业和课程建立不同的微信群和QQ群，通过群发布学习任务、分享资料、交流问题，也便于及时补充相关实验知识，有效协助开展物理实验教学，提高学习效率，优化教学效果。

3 以课程建设为契机，开设实验选修课

3.1 在《大学物理实验》课程之前开设选修课

由于农机、计算机、动医等各专业学生物理基础知识参差不齐，而且物理实验教材中增添了新的实验项目，应综合各实际情况，课题组将专门开设大学物理实验的公共选修课程《大学物理实验方法与技术》，让基础薄弱的同学能够预先了解和学习物理实验仪器和基本理论知识，提前掌握实验仪器的操作方法。

3.2 在《大学物理实验》课程之后开设选修课

目前理工科学生的物理实验课时在减少，为了巩固实践能力，课题组将专门开设大学物理实验的后续选修课程《大学物理实验拓展》。组建选修课教师团队，团队教师需不断提高理论和业务水平、提升自身创新能力，在课程教学中分享各自在物理领域有关的科研进展，介绍历届大学生创新创业项目的成果案例，激发学生的创新热情，鼓励学生组建创新团队并积极申报大创项目。通过后续选修课的教学实现师生教学相长，同时提升教师和学生的实践探究能力，促进农机、机械、动医、食品科学、化工、生物科学、计算机等专业教育的发展。

4 以过程考核为重点，优化评价方式

4.1 加强实验过程考核，调动学生的学习积极性

基础物理实验教学是集预习、操作、数据分析、实验报告等环节为一体的过程教学，对单一环节和整体过程的考核比对实验结果的考核更重要[10]。首先，从预习环节的考核着手，通过学生在线上提交的预习报告给出一部分预习成绩，再根据线下课堂开始前学生对实验原理、操作等课前知识的掌握程度给出另一部分预习成绩；其次，注重实验操作环节的考核，不仅关注学生操作实验的具体情况，而且随时进行提问、开展互动交流，根据学生在实验环节的整体表现给出考核成绩；最后，结合实验报告的完整性及数据分析的合理性给出基础物理实验的评定成绩。过程考核能更客观地反映学生对实验的掌握程度，有利于调动学生的学习积极性。

4.2 实行多元化考核，引导学生开展个性化学习

在基础实验项目过程考核的基础上实行多元化考核。要求学生以小组形式分别完成一个综合性实验和一个开放性探索实验，完成实验后需分别提交一份包括实验设计、实验步骤、数据处理及实验问题的综合报告，并进行现场答辩，根据答辩情况给出评定成绩，计入大学物理实验最终成绩，通过多元化考核充分引导学生开展个性化学习。

5 总结

针对目前大学物理实验教学中存在的问题，围绕新工科建设要求，基于现代信息技术和高等教育发展战略，提出从教材建设、教学方式、选修课程、考核评价等方面对大学物理实验教学进行改革的举措。教学实践表明，经过阶段性改革，学生预习、开展实验的积极性明显提高，师生、生生互动交流更密切，实验报告质量相比以前有了较大提升。