中医药类专业物理实验教学改革的研究与实践

邬家成，张文俊，杨振丽

（安徽中医药大学 医药信息工程学院，安徽合肥 230012）

1 研究背景及意义

近年来，我国逐步加强对基础学科人才的培养，大学物理作为各个学科的基础，愈发受到重视[1-2]。在培养大学生物理思维时，实验是一项必不可少的内容。物理学是理论分析与实验验证相结合的一门学科，培养大学生的物理实验能力，可以提高学生的物理思维，提升学生的动手能力和创新能力。以往的大学物理实验往往是教师教、学生跟着做。学生将实验当成一项任务，缺乏主观能动性。物理实验生动有趣，不仅可以提高物理实验的教学效果，也能提高学生学习物理的兴趣，因此对物理实验教学进行改革势在必行。

2 物理实验教学改革的主要方向及存在的问题

物理实验的重要性已获得广泛认可[3-5]，通过与中医药类院校同行的交流，笔者发现物理实验教学普遍存在以下几个问题：（1）实验教学学时偏少，教辅资源匮乏。物理实验课是一门理论结合实际，培养学生动手能力的课程，学生需要在实践中提高实验技能和创新能力。通过交流，笔者了解到目前中医药类院校物理实验教学学时普遍在16 学时到24 学时之间，相对较少。在学时偏少、辅助教学资源匮乏的情况下，物理实验的教学效果大打折扣。（2）实验内容比较陈旧。目前开设的实验项目基本以验证性的基础实验项目为主，如液体粘滞系数的测量、声速的测定、分光光度计的使用、旋光仪的使用等，缺少能够培养学生创新能力的设计性与综合性实验。（3）实验考核方式单一。受到实验条件的限制，物理实验无法开展单独的实验技能考核，这使得实验考核方式主要为实验报告加平时情况。这种考核方式容易使学生在完成实验后机械地完成实验报告，违背了开设物理实验课的初衷。

目前针对物理实验的教学改革也有不少探索，主要改革方向为：（1）从实验内容进行改革。如徐瑛等认为大学物理实验内容应当更具深度，建立不同的实验模块，以丰富学生的实验方式[6]。林二妹提出在实验中提高设计性和综合性实验占比，并且将教学内容和实验内容相结合[7]。李道勇等提出将实验教学内容分为不同层次，以针对不同专业的学生，并且把实验内容进行拓展，以提高学生的创新能力和创新意识[8]。段雪松认为建设虚拟仿真平台可以在实验预习、开放教学、复习、考核环节中实现真实实验不具备或难以完成的教学功能[9]。（2）对实验考核方式进行改革。如李道勇提出将实验报告作为理论总成绩的一部分。郭伟杰提出应该参加学生参与的考核方式。这样更能激发学生的主观能动性[10]。孙云提出利用无纸化实验报告，既方便学生，也方便教师随时统计和研究学生的实验学习情况[11]。徐瑛认为针对实验课程的评价不应当仅针对实验报告，而是对实验的预习、学习过程和结果进行综合评价。（3）利用互联网进行大学物理实验改革。如刘红丽利用互联网的方法组建了一整套网上教学、交互和考核平台，该平台同样也注重多样性的考核方式[12]。孙云基于互联网建立起一套方便学生提前预习，并且提供相应多媒体资源的教学体系，最后设定了相应的任务。秦平力等认为互联网可以优化大学物理实验的教学内容和体系，并且建立平台，促进师生之间的交流[13]。多数改革策略是将以上几种改革方式进行协同，以达到改革效果最大化。

目前的改革策略存在以下几个问题：（1）改革内容难以实现。一些改革方法实施起来有难度，有些是经济上难以实现，有些是人力难以实现。比如搭建一个新的网络平台，或者建立开放式物理实验室[14]，对经费和人力的需求都比较大。（2）改革要以学生为中心。改革要基于学生的需求，提升学生学习物理的兴趣，同时提高学生的逻辑思维能力。（3）物理实验拓展性不足。大学物理实验除了可提高大学生基本的物理实验能力，对于学生创新能力、动手能力和协作能力也是一种锻炼。因此物理实验体系改革要能体现出对基本物理实验的拓展。

3 物理实验教学改革的方案

3.1 改革教学方式

笔者所在学校为中医药大学，教学对象主要为中医药类专业学生，该类学生普遍具有一定的实验动手能力。笔者在教学中发现，学生在物理实验课中，对于一些实验要求和操作细则理解不够清晰。主要有两个原因：一是实验学时有限，无法将实验过程进行详细讲解；二是学生容易遗忘，而且部分学生不愿主动提问，这使得教学效果大打折扣。笔者结合现代大学生喜欢逛Bilibili 视频网站（B 站）的习惯，基于B 站设计一套短视频，可以有效提高学生的学习效率。教师提前将讲课内容录制成视频，上传到B 站。在视频中，教师可以将实验过程讲解得更为细致，并且对于实验操作细节也能更好地进行展示。学生在做实验过程中如果不熟悉某些细节，可以及时查看视频。学生也可以在视频中留言，增加师生之间的互动。实践表明，学生普遍比较乐于接受在B 站看教学视频的教学方式。由于学生提前学习了课程，因此在课上时间，可以增加学生和教师、学生和学生之间的沟通。物理实验课的自主性比较强，一定要和学生讨论实验中的一些操作，这样更有助于学生理解实验过程中的物理含义和设计相应实验步骤的原因。

通过这种线上线下相结合的混合教学方式，物理实验教学由原先的单一课堂教学延伸到了课堂之外，打破了时间和空间的限制，提升了实验教学的效率。

3.2 改革评价方法

以往的实验评价尽管结合一些其他方式，但主要是基于实验报告，这会导致评价不够客观全面。因此课程组建立了平时考核和结束考核相结合的评价方式。考核的方式可以灵活多样，如可以采用面试问答、书面问答、操作考查、实验小课题考查、实验设计考查、实验创新考查等，学生可以自行选择。用灵活的考核方式来提升实验课程学习的挑战性，以促进学生能力的培养。然后将考核结果以一定比例作为期末考试成绩，这样可以有效提高学生的积极性。

此外，运用网络平台进行评价方式的选择和结果的管理。在评价方式的选择中设置一定的说明，方便学生理解并做出有效选择。评价结果也可以直接录入现有成绩分析系统，将结果利用系统进行数据处理。该系统可以方便教师掌握学生的学习情况，并为下一步选拔对物理实验有兴趣的学生进行更深层次的培训提供参考。目前已经开发完成了大学物理实验教学系统APP，极大地方便了物理实验教学。

3.3 拓展实验内容

3.3.1 自主实验

依据物理实验教学要求，课程组选了8 个实验，分别是液体表面张力系数的测定、冰的熔解热简易测量、液体折射率的测量、测量光盘的光栅常数、利用光的衍射测量圆孔直径、漫反射测量玻璃折射率、自组光学干涉仪、单摆测量重力加速度。在向学生发布实验指南后，指导学生进行主题式的实验设计。学生可以任意选择其中的一个实验，从实验器材、实验原理、测量误差等方面对实验的可行性进行探究，结合利用手机中的phyphox 软件（物理手机工坊）进行实验的下一步工作，最后完成实验报告并上交。另外，课程组还鼓励学生针对目前物理实验大纲列出的相应实验的实验器材自行重新设计与改进，学生可以充分发挥自主学习能力和动手能力，如已对光栅衍射测量光波波长实验仪、模拟电冰箱装置、恒温控制电路等实验仪器进行了改进，效果较好。

3.3.2 实验竞赛拓展

在学生完成必修的物理课堂内容后，对于部分擅长物理实验、创新能力较强的学生，可以进一步培养。主要分为两个阶段，第一个阶段是进行校内物理实验竞赛。此项内容不固定，可以自由发挥，也可以按照当年全国大学生物理实验竞赛的题目进行设计实验。参赛学生为各个专业的学生，不同专业的学生可以自由组合成不同团队。这样可以大大提高学生的热情，并激发学生的创新能力。组队后由学生自由选择指导教师，学校提供必要的实验设备，供学生进行实验，指导教师给予学生充分的指导。后期团队进行实验作品的讲解与展示，由专家评审并点评，优秀的作品获得校级竞赛奖项，并推选相应作品团队参加国家级竞赛。第二个阶段主要是作品打磨阶段。学生对实验作品进行更加充分的调研，同时学习优秀的实验设计方案，进行改进，指导教师进一步进行指导。在设计实验中，创新和效率并重。在全力完成自己设计的实验作品的过程中，学生的创新能力、协同能力、设计能力和意志品质都能很好地得到锻炼。以赛促学的氛围也更能激发学生的原创力和好胜心。目前经过近3年的实践，我校已获得物理实验竞赛全国三等奖4 项，优秀奖2 项。学生在获得成就感的同时，能力也得到了提升，实验教学效果也得到了很好的体现。

4 培养实验指导教师

课程所面临问题的解决及实验方式方法、实验内容的改革与执行，都需要一支能胜任物理实验教学的教师队伍。指导教师应具备丰富的教学经验，大量的学科知识储备，并兼有一定的交叉学科背景。我校大学物理实验课程教学全部由物理教研室承担。近两年，结合学校和学院的相应改革与调整，通过人员整合和引进新教师，使得物理教师队伍整体水平大幅提高，较之以前能更好地指导学生实验。物理教研室现有专职教师6 人，兼职实验员1 人。3 人具有高级职称，4 人具有博士学位，其中有3 位博士毕业于中国科学技术大学，具有交叉研究背景。另有1 名教师具有中医药信息研究背景。这使得指导教师在具有本领域扎实的理论知识和实践能力的同时，能更好地做到本学科与中医药相关学科的交叉结合，指导学生进行物理实验和竞赛。

5 结语

本文对现有的物理实验教学现状以及相关改革进行了论述，总结出目前主要的改革方向和不足之处。鉴于此，本文结合本校实际情况提出了结合教学方式、评价方法、内容拓展及指导教师的打造中医药类专业大学物理实验教学的改革方案。教学方法要结合网络平台，以学生为中心，提高教学效率。对于教学的评价方法，一方面要多维度，另一方面要结合网络平台，以方便评价结果的储存、读取和分析。最后是将物理实验进行拓展，组织校级物理实验竞赛和参加全国大学生物理实验竞赛。前者作用面比较广，后者对学生综合能力的锻炼作用较为突出。两者配合可以大幅提高学生的物理实验能力和创新能力。整个改革的特点是学生易于接受且可行性强，并且可以大幅提高学生对大学物理实验的兴趣和学习效果，从而达到开设物理实验课程的根本目的。