普通物理实验课程教学创新举措
摘要:课程教学创新是教学工作必不可少的一部分。以应用型本科人才培养目标为出发点，认真分析普通物理实验教学现状，找出存在的问题以及根源，对普通物理实验教学进行一系列创新改革与探索，包括普通物理实验教学内容安排的调整、混合式教学模式的探索、课程思政教学理念的融入、教学考核与评价制度的建立与实施。一系列创新举措，目前取得了不错的教学成效。
关键词:普通物理实验教学;创新改革;教学成效
普通物理实验是理工科专业学生的一门重要的必修基础课程，在人才培养中有着非常重要的作用。因此为了适应和满足我国对创新人才培养、新工科人才培养的要求，必须认真分析普通物理实验教学现状，找出存在的问题以及根源，对普通物理实验教学进行一系列创新改革与探索。
一、普通物理实验教学现状
(一)理论知识落后于实验课程《普通物理》与《普通物理实验》既是两门独立的课程，也是有密切联系的课程。理论知识的学习与理解离不开实验，实验也离不开理论的指导。正所谓“没有理论的实验是盲目的，没有实验的理论是空洞的”。由于历史原因，尽管实验课是一门独立的课程，但是普通物理实验与普通物理课程从本质上是不可分割的。由于仪器设备台套数少和实验室空间小以及教师少等原因，在安排实验课时，本来应该与理论课同步的实验内容不得不提前安排。这样就会导致学生实验前对实验原理理解不透彻，影响理论与实践相结合，影响实验教学效果和创新思维。
(二)实验项目没有创新性目前很多高校开展的实验项目大多数是基础性实验结合一些综合性实验，而设计性和创新性实验项目占比很少。基础性实验项目一般比较中规中矩，学生根据实验操作步骤一步一步完成即可，这样的话对学生动手能力，主动探究能力均有一定程度的限制。而往往设计性和创新性实验更能锻炼学生的思维以及解决与分析问题的能力。普通物理实验分为普通物理实验(一)和普通物理实验(二)，分别在两个学期开展，大一下学期做8个实验，大二上学期做8个实验，全年共16个实验项目，绝大多实验项目都是传统的实验项目，比如长度的测量与密度的测定，三线摆测刚体的转动惯量、空气中声速的测定等。这些实验项目很多年前学生就在做，随着科学技术的进步，实验手段的多样化，这些项目着实缺乏创新性。
(三)教学模式和教学理念过于单一化目前实验室的教学管理模式没有实现全开放，只在实验课时间对学生开放，也就是说学生在做实验前是没有机会提前走进实验室熟悉仪器设备的，这样就会导致学生在预习的过程中对实验没有很直观地认识，只是机械式地对着课本抄写实验报告，完成任务而已，实验教学效果大大降低。而教学方式依然是传统的教师先演示，学生重复，缺乏学生自主探索、自主分析和解决问题的氛围。课堂上还是以“讲学”为主，学生“被动”接受知识，这种教学理念没有发挥学生的主观能动性，阻碍学生积极主动思考的动力，教学效果得不到改善。教师是课堂教学的实施者，也是教学实践的主导者，除了课本中的教学内容以外，教师应认真思考深挖课程中的“思政”元素，并进一步拓展，满足学生成长发展需求，把正确的世界观、人生观、价值观、思维方法等传授给学生，潜移默化地完成更好地教育。
(四)实验考核与评价方式不够科学以往学生实验总成绩由两部分组成，一部分是平时成绩，就是学生提交上来的纸质报告，占60%;这部分传统的考核方式就是简单地把所做的每个实验的成绩取平均作为最终的考核成绩。每个实验的成绩仅仅由实验报告三个部分，分别是课前预习、课堂操作和总结报告成绩得到。这种考核方式简单易行，但是弊端也日渐暴露。整个考核过程只把实验报告作为唯一的考核指标，太具有片面性，无法客观地评价学生的学习成果，也无法激发学生的学习兴趣。另一部分是期末理论考试，占40%。由于实验室空间以及教师安排等原因，最后的期末考试只是在教室里的理论考试。而普通物理实验作为一门重要的实验课程，这种考核方式显然是不符合人才培养目标的，也无法客观地对学生真实学习情况进行评价。
二、普通物理实验教学创新思路与举措
(一)教学内容安排的调整为了应对理论知识落后于实验课程这一问题，我们调研后发现主要问题是部分学生的4个光学实验存在实验超前于理论的现象，而力学、热学和电磁学基本没有发现上述问题。因此，经慎重研究决定采取如下解决方案:(1)力学、热学实验时间安排保持不变，即开设时间仍为第二学期。(2)电磁学、光学实验从如下两方面进行调整:第一，1～8周安排4个电磁学实验;9～16周安排4个光学实验。第二，增设仪器台套数。4个光学实验的主要内容是干涉和衍射。理论部分大约第9周讲授，因此光学实验只能安排在第9周之后，即9～16周做4个光学实验。学生在学完理论知识后走进实验室进行实验，这样可以达到理论支撑实验，实验反哺理论的效果。有助于学生将理论知识与实验结合起来，加深理解。为了应对实验项目偏于传统这一问题，我们调研发现北京大学、同济大学等研究型高校在基础型实验之外，还把科研引进普通物理实验，通过设置探究性实验课题训练学生的创新能力，用科研倒逼实验教学的改革与创新;而应用型高校的普通物理实验教学内容改革的特点是与学科深度契合，根据不同专业的性质与特点，开设的不同实验项目，同时注重培养学生的工程实践能力和创新能力，让学生根据自己兴趣选择实验，起到了很好的实际教学效果。
(二)教学模式的改革创新为了应对教学模式单一化这一问题，自2017级，为了给学生提供更多的实验时间，提高课程教学质量，本课程团队录制了实验讲解视频，并要求学生在上课前自行观看视频完成预习工作，进入实验室即可开始实验。视频在“文正物理”微信公众号，学生随时随地都可以点击进行学习，突破传统教学的时间地点限制。这种线上线下混合式教学模式的核心教学理念是将传统的“以教师为中心”转变为“以学生为中心”，将“先教后学”，转变为“先学后教”，将学生由“被动学习”转变为“主动学习”。另外还可以:(1)利用中国大学MOOC线上资源，包括实验课件、视频、习题、测验等;(2)利用虚拟仿真平台，让学生在平台完成实验预习、线上仿真操作、考试等;(3)采用雨课堂、翻转课堂，将实验讲解环节中的很多理论知识的讲授放到了实验课堂教学之前。这种线上线下混合式教学模式在普通物理实验教学中的应用响应了“互联网+教育”时代的教学理念，能彻底改变“教师先演示，学生后模仿”的不利于创新人才培养的传统教学模式，学生会在教师引导下，预先在线上进行高效率的预习，为课堂上自主开展实验的创新探索、自主解决问题奠定基础，有助于学生养成良好的自主探索习惯，能极大提高学生的实验技能与创新思维。
(三)教学理念的融合升华为了积极响应国家政策，普通物理实验教学团队决定融入课程思政升华普物实验教学内容。具体举措如下:一方面从实验室环境建设、仪器规范化管理、安全文化建设等方面加强文化育人;另一方面在课堂教学中从实验教学内容上培养学生的家国情怀、科学理性、严谨态度等优良品质，提升学生质疑思辨、敢于实践和创新等学科素养。在上课前，教师都会强调做完实验，实验仪器的摆放，做个有始有终的人;实验过程中，不得抄袭数据，尊重实验结果;拓展实验原理背后的物理人物以及现阶段国内外研究现状等。《普通物理实验》“课程思政”教学必须紧紧围绕立德树人的根本任务，既需要发挥教师的积极性、主动性及创造性，转变教师的物理实验教学理念，又需要改变学生对物理实验学习的心态。通过物理知识体系和实践技能的教育教学，把“爱国情、强国志、报国行”自觉融入《普通物理实验》“课程思政”教学中，对激发学生为国家为民族学习物理的热情和动力，帮助学生解答思想困惑、价值困惑、情感困惑，培养学生成长成才等具有重要的意义。
(四)教学考核方式的改革为了改进以往不科学的考核方式，从2016年开始，期末在教室里理论考试形式改为在实验室操作和理论相结合考试形式，加大对学生动手能力和实践能力的培养和考查，实施下来取得了较好的教学效果。另外平时成绩也由只看实验报告给出成绩形式，改为融入过程化，口头答辩等考核方式。例如预习报告成绩，教师不仅仅是看学生书写情况，还会对每一位学生进行课前提问，结合学生回答问题质量进行综合评分。普通物理实验作为理工科专业学生进入大学第一门必须要修的实验课程，承担着非常重要的角色。养成规范的实验习惯，严谨的科学态度对学生后续做专业实验至关重要。因此在教学中我们切实保障实验过程中一人一组进行实验操作，杜绝多人一组，防止滥竽充数。保证每位同学都能动手操作，自主思考琢磨实验步骤，观察实验现象。期末操作考试是从平时做的实验项目中随机抽取一个进行考核，保证学生复习的全面性。
三、普通物理实验教学创新成效
(1)教学内容安排的调整。目前光学实验和普通物理理论课进度基本一致，学生做光学实验时不会因为理论知识的缺失，而出现难理解的情况。这样的安排自2019年下半年执行下来，受到任课老师和学生的一致好评。任课老师表示课堂上对实验原理的讲解轻松了，因为学生都有了光学基础知识，这样课堂上就能有更多地时间给学生进行自主探索。学生则表示有了理论知识作为支撑，做起实验来也更加轻松了。从最后操作考试的成绩上看，学生对光学实验的操作明显好于改革前。教学和科研是高校的重要职能之一，大学生参与科研是培养符合社会需求的高素质人才的要求，设计性和创新性实验项目的开展更是大学生参与科研的重要途径，必将在人才的培养中发挥日益重要的作用。(2)引入微课教学之后，从学生角度，学生可以根据自己个人的时间、环境、条件进行实验前的预习，了解其实验原理、熟悉实验仪器以及使用操作方法等，学生有身临其境之感，且可反复利用，大大方便了学生。同时还能作为学生期末考试前复习的平台，学生很喜欢，公众号点击量很高。从教师角度，教师也无须每次在课堂上花费很多时间讲解实验原理、演示实验过程，为学生留出了更多的实验操作时间，大大提高了教学效率和教学质量。从实验室管理者角度，减少了因学生操作不当而引起的仪器设备的损坏和故障，保护了仪器设备，延长了使用寿命。(3)在普通物理实验课教学过程中融入课程思政元素，长时间的教学，激发了学生自主探索物理规律和本质的兴趣和动力，培养了学生的开放性、创新性思维，从而全面提升学生的知识、能力和素质。学院每年报名江苏省大学生物理实验创新竞赛人数越来越多，并且获奖的比例也越来越高。学生们都愿意花时间去琢磨物理现象，而不是讨厌物理，他们在物理实验室找到了学习物理的乐趣。(4)新的考核和评价方式有利于促进学生主动学习，认真对待普通物理实验，重视物理实验这门课，不再把它当作是“走过场”的课程，从而为提升学生的实践能力、综合素质，培养创新人才真正发挥普通物理实验课程的作用。重在理解，回答教师提问而不是抄写实验报告，学生们能真正去理解实验原理，解释实验现象，主动学习，实施下来取得了较好的教学效果。比如经常会有同学，面对疑惑，主动提问而不是糊弄;因为还有些许疑惑，还会主动要求走进实验室再做一遍等。
四、推广应用的价值
(1)实验课程配合理论知识教学安排的调整，对其他学校普通物理实验教学具有一定的推广意义。(2)全面梳理物理实验知识脉络，分专业设置创新型实验项目，根据专业目标设置教学方案的做法对其他实验课程方案的制定具有一定的推广价值。(3)线上线下混合式教学模式在当前其他课程教学中具有一定的推广意义。(4)普通物理实验课中融入课程思政元素，对学生德育的培养和其他实验课程来说具有一定的推广意义。(5)过程化评价方式在创新能力评价中具有推广意义。
五、结语
大学物理实验作为高校理工科专业基础课程，是大学生入校后的第一门实验课程，是一门集学习态度、思维方式、动手能力和自我认知于一体的启蒙课程。因此大学物理实验课程改革是一项长期艰巨的任务，我们需要在实践中不断地发展创新，找到适合应用型本科院校学生的教学体系。大学物理实验教学改革是提升实验教学质量的保证，对培养学生综合素质有着积极作用，培养社会所需要的应用型人才，更好地为地方经济建设发展服务。
参考文献:
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［4］张俊廷，盛妍．大学物理实验教学内容与模式的改革与探索［J］．大学物理实验，2018(4):118-120．
作者：沈桓羽 孙宝印 单位：苏州大学文正学院实验教学中心
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