新工科背景下农业院校大学物理实验教学的改革与实践

李鹏 李永平 王丽丽 于桂凤 李桂霞

摘 要：新工科背景下大学物理实验教学面临着挑战与压力，本文分析了实验教学现状和存在的问题，从教学内容、教学模式和考核方式三个方面探索了农业院校教学改革的思路和措施，提出了以学生为中心、以培养具有现代科学技术和创新思维能力为要求的教学实践体系，让农业院校的大学物理实验教学更符合新工科发展的需要，为培养复合型工程科技人才提供参考。

关键词：新工科；大学物理实验；以学生为中心；教学改革

中图分类号：G642.0

Reform and Practice of College Physics Experiment Teaching

in Agricultural Universities under the Background of New Engineering

Li Peng Li Yongping Wang Lili Yu Guifeng Li Guixia*

Science and Information College，Qingdao Agricultural University ShandongQingdao 266109

Abstract：Under the background of new engineering，college physics experiment teaching is facing challenges and pressures.This paper analyzes the current situation and existing problems of experiment teaching，explores the ideas and measures of teaching reform covering teaching content，teaching mode and assessment method in agricultural colleges.To cultivate modern science and technology and innovative thinking ability，a studentcentered teaching practice system has been proposed.This system ensures that the college physics experiment teaching in agricultural colleges meets the needs of the development of new engineering，and provides support for the training of compound engineering talents.

Keywords：New Engineering；College Physics Experiment；Studentcentered Teaching；Teaching Reform

為应对新一轮科技革命和产业变革带来的严峻挑战，为服务创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家重大战略，2017年教育部先后组织研讨会，形成了“复旦共识”“天大行动”以及“北京指南”，颁布了《教育部办公厅关于推荐新工科研究与实践项目的通知》，拉开了新工科建设发展的大幕。新工科建设是我国培养适应时代需求的新型人才提出的高等教育发展战略，新工科概念的内涵是在立德树人的理念下，培养多元化、创新型高素质工程科技人才［1］。新工科建设背景下，各个高校不仅积极开展工程学科的建设与探索，并且不断尝试教育教学实践活动的改革与创新，以建设符合新工科内涵与发展的人才培养新模式。

大学物理实验是高等院校理工科学生的一门必修基础课程，是学生接受系统实验能力和实验训练的开端，是各专业后续实验和科研的基础。大学物理实验课程的实验思想和实验方法体现了工科实验的科学共性，在培养各专业大学生严谨的科学态度、扎实的科学作风、分析解决问题能力、创新意识与创新能力等方面起着十分重要的作用。虽然大学物理实验地位重要，但是随着新经济的兴起和新产业革命的到来，在新工科视域下，大学物理实验课程仍然存在许多不足，无法满足新时代建设下人才培养的需求［23］。因此，探索和实践新型教育教学模式，使大学物理实验课程适应新时代提出的要求，以培养具有复合知识体系和工程思维的科技人才，是高等院校物理教师必须思考的课题。

1 大学物理实验教学情况分析

1.1 教学内容单一，专业区分度不够

农业院校大学物理实验的教学内容主要以基础性实验为主，大多是一些经典的验证性操作实验，学生的学习兴趣不高，不能发挥培养创新型人才的教学功能。大学物理实验课程从具体教学内容上分析，一般可分为力、热、电、磁、光五个部分，再根据不同专业开设物理实验课程的学时数分为工科物理实验、农科物理实验或文科物理实验等几类。然而，同一类别的物理实验教学没有进一步细分，相同学时不同专业的教学内容大致相同，专业区分度不高，这可能导致物理实验教学难以针对专业背景进行侧重点知识教学，也可能在一定程度上影响学生综合能力的培养。

1.2 教学模式传统，不能适应新教育时代的学情，不利于大学生创新能力的培养

当下大学生现代化信息素养高，乐于接受新事物，能够熟练操作线上学习平台快速查找网上资源，对线上线下混合式学习适应度强，而且他们思维活跃，活动参与意识强。传统的大学物理实验教学主要采用的是教师为主导的三段式教学流程，即讲授、演示、模仿。这种相对固定的教学模式比较枯燥，学生只是机械地重复教师的演示过程，难以激发学生的學习热情，难以培养学生独立的思考能力和创新能力。传统教学模式多体现为教师的“一言堂”，忽视了学生的主观能动性和个体差异性，忽视了学生对知识的诉求和未来职业规划的需求。我国当代教育家叶圣陶先生曾说过“教师之为教，不在全盘授予，而在相机诱导”，如何优化教学模式，潜移默化地帮助学生提高主动学习能力、实现知识的内化、达成人才培养目标是教育工作者反复思考的问题，也是新工科背景下教学工作的内在需求。

1.3 考核评定片面，不能对标于新工科人才培养目标

大学物理实验的考评基本以实验报告为重点，课前预习环节和中间操作环节的考评占比很少或者流于形式。这种重结果轻过程的考评方式比较片面，不仅不能促进学生动手能力的培养，也难以启发学生的科学思维和创新思维能力，甚至容易导致学生消极的学习态度。新工科背景下，只有全方位、多角度地评价学生的学习过程，真正提高学生的学习兴趣和学习效率，切实引导学生培养自主管理、自主学习、自主思考的意识和能力，才能实现农业院校创新复合型人才培育目标。

2 大学物理实验教学改革

2.1 整合教学资源，优化教学内容，体现专业特色

目前对于农业院校来说，大学物理实验课程的课时量相对较少，只有积极探索对现有实验教学内容的整合与拓展，才能适应新工科人才培养发展的要求［45］。传统的实验教学内容，尤其是经典实验的仪器和方法，可以帮助学生学习科学方法、理解物理规律、强化科学思想，在培养学生科学素养方面具有重要的作用。因此，教学内容改革不是抛弃经典基础性实验，而是对经典的强化和创新。通过集思广益，精选传统实验题目，开发设计与学生所学专业有交叉点或者契合点的实验教学内容，增强学生的学习兴趣，为学生成为合格的新工科人才奠定必要的思维基础［6］。例如，对于环境科学、环境工程、药学、生命科学等专业的学生，可以整合已有的教学资源，如“落球法测液体的粘滞系数”“毛细管法测液体的表面张力系数”“电流量热器法测液体的比热容”，设计测量液体性质相关的综合实验项目。还可以挑选传统的牛顿环实验进行拓展设计，引导学生测量液体的折射率。将经典的学习型实验拓展为研究型实验，使学生体验实验研究的魅力，既能够开拓研究思路、激发学习热情，还可以培养学生分析问题、解决问题的能力。

2.2 以学生为中心，实践新型教学模式

根据当代大学生特点和现有条件，充分利用“互联网+”技术，打破传统的老师为主体的灌输式授课方式，创新教学模式适应新工科建设。依靠现代化教学手段，结合微课、慕课、在线教学平台等数字化和信息化教学手段，学生可以随时随地进行预习、复习和知识查询，师生之间讨论交流的时空能够延伸，提高教学效率和教学效果。通过小组合作、伙伴式学习等方式，充分调动学生的学习积极性和创造性，使学生真正成为知识信息的主动建构者。实验类课程需要学生通过动手操作掌握实验技能，不适宜采取纯线上教学。需要将线上教学作为实验类课程教学的有效补充，合理采用线上线下相结合教学模式，融合以学生为中心的教学理念，培养学生成为新工科需要的扎实理工科基础、实践能力强的复合型人才［78］。

以青岛农业大学为例，每学期参加大学物理实验课的人数近一千人。为适应新工科要求，我们将线上线下学习活动有效融合，以学生为中心构建了大学物理实验课程的线上线下混合式教学模式。首先，为了实现线上线下课程的无缝衔接，体现不同专业人才培养的需求，教师准备工作要充分。本校教师制作完成了大量物理实验微视频，并基于超星学习通平台建设了针对本校学生专业特点的网络教学资源，同时将优秀的视频或图片转换为二维码嵌入到教材中，以保证学生可以通过多种渠道随时随地获得自主预习资料。

课前，教师通过学习通发布预习任务，引导学生自主预习线上视频资源，同时督促并记录学生的自主预习情况。为了使学生对实验项目有更深刻的认识与理解，教师可以在学习通中设置闯关模式或者设置具有启发式的问题，培养学生的自主学习能力和主动思考能力。新高考情况下，有些专业招生对物理不做限制，这使得部分学生对大学物理实验课程有畏难情绪。凭借线上学习资源学生可以进行有针对性的学习反刍，增强了学生完成实验项目的信心，也保证了实验项目完成的成功率。例如“落球法测量液体的粘滞系数”这一实验项目，学生可以通过反复观看“螺旋测微器”“游标卡尺”等微视频提前掌握常用长度测量仪器的使用，为课堂上顺利完成实验项目打下基础，这也为学生留有更多的时间来主动思考实验项目如何改进的问题，比如鼓励学生探索液体粘滞系数测量的其他方案和思路等。

课上，学生根据实验要求，自主使用仪器进行具体的实验操作。由于经过充分预习，教师不再重复基础知识的讲解，只需要解决学生实验操作过程中遇到的集中问题，再针对个别情况单独指导，同时灵活运用提问式、讨论式、引导式、任务驱动式等教学方式开展课堂教学，形成师生间、学生间的多向交流与互动，充分调动学生的积极性，培养学生的团结协作精神。教师还可以讲授拓展部分知识，鼓励学生开展创新研究性实验，比如液体表面张力系数的测量实验是化学、医学、生物等专业学生的基础性实验，液体表面张力是液体的重要热学参量，除了课堂授课中采用的毛细管法以外，可以引导学生采用杠杆原理基于拉脱法设计新的实验装置，引导学生思考实验误差的影响因素。指导学生从理论和实践两个方面探究实验现象，指引学生综合运用多学科知识设计实验方案，有助于培养学生科学探索精神和科技创新能力。

课后，学生将实验方案、过程和结果上传至学习通平台，可以接受教师的在线点评，或者进行生—生互评，促使学生进行课后反思，提高学习能力。教师可以根据学习通统计数据，对学生的学习薄弱环节进行强化指导，思考今后实验教学改进的方向，提升教学质量。

线上线下混合式教学模式有效加强了学生和教师之间的沟通，学生反馈的问题可以及时得到解惑，教师也可以兼顾学生个体差异，对个别学生进行重点辅导。合理运用多种教学方式，不但能拉近师生关系，有助于培养学生积极的学习态度，还能全面体现学生的个性化和创新意识，有利于培养学生的创新能力和综合素质。

2.3 引入多元化考核评价标准，量化学习过程，激发学生的学习潜能

如今，大多数农业院校物理实验课程主要通过实验操作和实验报告评价学生的成绩，这种考核形式对学生的真实水平反映不夠充分，也无法体现学生的创新思维和创新能力。面对新工科建设，物理实验需要设计多元化考核，既要体现学生对基础知识、基础技能的掌握，更要体现学生科研创新能力和自主学习的能力［9］。

首先，依靠学习通等教学平台，量化学生的预习情况，给出学生的预习成绩。然后，实时评价学生的线下课堂过程，根据学生的课堂表现（动手能力、团结协作能力、思辨能力），给出学生的过程考核成绩，还可以采用闭卷考试的形式，检验学生掌握常用仪器、基本测量方法的能力以及分析和处理数据的能力。课前预习、课堂过程等环节考核比重的增加能够调动学生的学习积极性，加深和完善学生对实验项目的认识和理解，也能够培养学生的实验创新能力和组织协调能力。同时提供机会和平台，以额外加分形式鼓励学生自主完成研究性或探索性实验，考查学生分析问题、解决问题的能力。目前，青岛农业大学的大学物理实验成绩中，平时成绩占60%，期末成绩占40%。其中平时成绩涵盖课前预习、课堂实际操作过程、实验报告以及额外加分项；期末成绩包含实验理论考试、实验操作考试。实行多元化考核，将引导学生开展个性化学习，更能促进学生的自主学习能力和创新能力的提高。

结语

随着新工科建设的大力推进以及信息技术的快速发展，工程化教育理念背景下的大学物理实验教学的改革势在必行。实践表明，积极采用现代化教学手段，设计开发与其他工科专业有交叉知识点的综合型实验内容，结合混合式教学模式和多元化考核方式，有利于解决农业院校大学物理实验教学过程中专业区分度不够精细、学生学习兴趣不高等问题，有助于强化学生自主学习能力、创新思维能力、实践动手能力的培养，也为多元化、创新型的新工科人才的培养提供了有效的教学改革思路。

参考文献：

［1］胡波，冯辉，韩伟力，等.加快新工科建设，推进工程教育改革创新［J］.复旦教育论坛，2017，15（2）：2127.

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［3］于伟威，丁永文.新工科创新人才培养下大学物理实验教学改革与探索［J］.物理与工程，2020，33（4）：9598.

［4］樊娟娟，潘振东，于秀玲.大类招生背景下农业院校大学物理实验教学改革研究［J］.大学物理实验，2020，33（3）：134136.

［5］翟淑琴，李秀平.新工科建设背景下大学物理实验教学探索［J］.教育理论与实践，2020，40（3）：5658.

［6］王立英，秦珠，廖怡，等.新工科下多学科交叉创新性物理实验课程改革［J］.大学物理，2019，38（9）：4348.

［7］张诗按，吴平颐，邓莉，等.“七维一体”进阶式理论实验混合式教学设计［J］.物理与工程，2022，32（5）：19.

［8］卓春蕊.大学物理实验课程线上教学的实践与探索［J］.延边教育学院学报，2022，36（2）：102103，106.

［9］郑志远，高华，黄昊翀，等.新形势下大学物理实验考核方式的多元化探索与实践［J］.物理与工程，2021，31（5）：147151.

基金项目：中华农业科教基金课程教材建设研究项目（NKJ202102014）；教育部产学合作协同育人项目（2206059 40244325）；青岛农业大学实验技术研究项目（SYJS2022 20）；青岛农业大学教学研究项目（XJY2022079）

作者简介：李鹏（1980— ），女，汉族，山东烟台人，硕士，讲师，从事大学物理及实验的教学与研究。

*通讯作者：李桂霞（1979— ），女，汉族，山东潍坊人，博士，讲师，从事大学物理及实验的教学与研究。