大学物理实验教学实践研究

　　摘要：从“双创”背景出发，从多方面进行教学改革。精选前沿课题作为实验内容的一部分，整合教材配置研究性实验，采用线上线下混合模式结合计算机模拟仿真加强实验原理演示，增加实验过程评价比重改革评价模式，搭建设计性实验和研究性实验平台实现仪器配置改革。这种大学物理实验课程综合改革，可以显著提高大学生创新创业能力，为大学生创新创业打下坚实基础。

　　关键词：双创；大学物理实验；教学改革

　　2014年9月李克强总理在达沃斯论坛上提出，要在全国范围内形成“万众创新”以及“人人创新”的新局面，以激发中华民族的创新基因和创业精神[1]。国务院于2018年9月18日下发了《关于推动创新创业高质量发展打造“双创”升级版的意见》,大力促进“双创”工作的开展。大学物理实验是高等学校理工科专业一门重要的公共基础实践课，在全国本科专业中有300多个专业需要开设大学物理实验课程，涉及专业面广人数众多。另一方面，大学物理实验教学在很长时间里都是围绕一定数量的经典实验开展，重在锻炼学生基本实验技能、实验思想以及实验方法等。但在我国亟须提高创新创业能力新形势下，现有的大学物理实验教学体系普遍存在很多问题，难以培养提升大学生创新思维，也使得学生无法在物理实验课程中培养的技能、思维方式有效地转化成创新创业过程中解决问题的能力。

　　1大学物理实验传统教学模式及特征

　　当前“双创”背景下，大学物理实验教学面临的问题主要包含三个方面。（1）教学内容方面：主要表现为内容过于陈旧，知识点较为单一，没有结合最新的科学研究前沿，与时代发展脱节，学生在创新创业中遇到前沿问题时难以适应。（2）教学模式方面：传统大学物理实验课程的教学模式一般都是教师讲授原理结合实验演示之后，学生按照演示的操作步骤重复实验内容，教师在一旁纠正指导。在当前的高校本科生培养模式下，科研创新思维的培养和实践基本上都是在研究生阶段实施，这种培养模式一方面使得研究生需花大量时间扭转思维模式以适应科学研究的需要；另一方面，占绝大多数的大学毕业即就业的毕业生并没有受到科研创新思维方式的训练，造成了极大的人力资源浪费，也无法满足大学生创新创业对信息手段的需求。为促进大学物理实验教学发展，国内已有高校开展了相关教学改革研究尝试。复旦大学开设了选修模式设计性实验，这种实验没有实验步骤，授课模式近似于课题研究形式，学生以自学为主，自己设计实验方案，测量数据，完善测量装置和数据处理，最后完成实验[2]。北京交通大学改变原来的解释性实验为设计性实验，将动手能力与数据分析能力锻炼放在动手设计实验中实现[3]。浙江大学也尝试开设有新型设计性实验，学生依照自己兴趣选择相应课题，与此同时实验室内配置相应的实验设备和资料，一般在一学期内完成，实验授课模式不局限于课堂教学[4]。西安石油大学则利用H5技术在微信平台上开展线上教学，提高学习效率[5]。最近吉林大学报道了采用线上和线下混合模式开展大学物理实验教学，主要依靠学生开展自主学习，提高学生在物理实验中的学习兴趣[6]。大学物理实验教学改革虽有较多尝试，但是面向“双创”系统实验改革较少报道，本文将从多方面报道本校面向“双创”教学改革思考与实践。

　　2“双创”背景下大学物理实验课程教学改革

　　本文提出“双创”背景下大学物理实验课程教学改革，将从教学内容、教材、教学方法、评价方式以及平台建设等方面逐一介绍改革措施。

　　2.1教学内容改革

　　教学实验内容分为三大类，即基础性实验、设计性实验以及研究性实验，课时数分配比例按照3:4:3。基础性实验教学内容主要包含测量方法、数据处理以及仪器使用等，基础性实验学习目的是培养基本实验技能；设计性实验课时占40%，通过给定实验要求、题目以及仪器等，让学生先设计方案，再在教师协助下完成实验内容，通过这种实验的锻炼，可以培养学生分析问题和解决问题的能力。对于研究性实验，以学院前沿科研项目为基础，结合学校其他院系课题组，筛选研究前沿课题，将前沿科学研究与本科生教学相结合，将拆解出难度较小的部分科研内容引入大学物理实验教学，将教师前沿科研课题转化为难度适中的教学内容，并研究开发新型前沿物理实验，改变设计性实验知识点单一的现状，增加考查知识点数量；学生在掌握专业领域基本知识技能的基础上，学会融会贯通、敢于创新、挑战未知领域。

　　2.2教材改革

　　为配合“双创”背景下的大学物理实验教学，编写新的实验讲义，一方面精简基础性实验项目数量，达到培养基本技能和基础知识即可；另一方面增加设计性、研究性实验项目数量，基础性实验侧重介绍数据处理、操作方法、仪器结构等，在设计性和研究性实验中将减少这方面内容。如遇到类似问题，由学生通过说明书、网络查询等手段分析解决，从而提高学生独立自主综合分析能力。以大学物理难点实验（分光计调整）作为教材编写改革为例，以原理分析为基础，以特征现象为手段，综合分析、研究和探讨不同状况下分光计的调整方法[7,8]，收到了良好的效果。

　　2.3教学方法改革

　　将当前互联网优势引入教学过程，结合腾讯课堂、钉钉等手段，发挥线上线下结合教学优势，充分提高师生之间、生生之间的互动性，提高学习效率。比如，对于仪器比较复杂的基础性实验（分光计、示波器等），除课堂教学外，还设置了仿真实验，学生课外通过互联网登录仿真实验，反复练习，达到深入理解原理，提高实验技能的目的。另一方面，让学生熟悉基于计算机模拟物理实验原理演示研究，充分调动学生的积极性。创新思维模式的培养建立在物理原理深刻理解之上，大学物理实验涵盖了物理学的力、热、电、声、光等各个方面，存在教学时间短、实验内容跨度大以及多数实验原理在理论课教学中并未涉及等问题，造成了学生对实验原理理解不透。虽然很多高校购置或开发了仿真实验，并通过网络共享，但并没有提高其对实验原理的认识和实现科研思维和转变创新模式[9-13]。针对这一现状，须大量采用计算机编程模拟来辅助。以示波器扫描原理为例，自编写简洁基于Matlab语言程序，成功演示了示波器工作原理[14]。在教学过程中，通过QQ群、微信群将该程序语句提前发给学生，并通过线上方式解释程序，学生可在线上线下自己修改参数，仿照编写，加深了对原理的理解，提高了课堂效率。

　　2.4评价方式改革

　　改变传统的重视实验数据结果转向重视实验过程中提出问题、解决问题的能力，加强实验过程中表现出的创新思维以及团队协作能力评价。在具体实施过程，每个实验都设置了二维码，学生上实验课时用微信扫码，教师在微信小程序后台对学生实验过程实时分步评价，有效地提高了学生在实验过程的积极性。与此同时，增加实验操作过程评价比重。将学生在校内外相关物理实验竞赛表现纳入评价体系，根据不同获奖级别给予不同分值纳入最终考评。2.5实验平台基础性实验是按照给定实验安排实验仪器台套数，根据实验内容完成实验。为更好完成设计性实验，根据设计实验内容，分别建立光、电以及综合实验平台。实验平台配置仪器类型齐全，台套数虽不多，但能够完成大多数实验需求。比如光学实验平台配置有防震平台、各类光源以及光探测器等。根据实验的复杂程度，分配小组人数，对于难度大的设计性实验小组人数一般为3-5人。目前已在相关设计性实验平台完成了多个实验，取得了良好效果。对于研究性实验，结合科研实验室，发挥科研实验室优势，搭建相关研究平台。

　　3教学效果

　　为更好了解“双创”背景下大学物理实验教学改革对创新创业的效果，对毕业生进行了问卷调查，发放问卷1000份，回收有效问卷946份，有效回收率为94.6%。问卷统计结果如表1所示，结果表明，约54%的学生觉得很有帮助，仅有约5%的学生觉得没有帮助。从整体看，“双创”背景下大学物理实验教学改革取得了较好的效果。4结束语为增强大学生创新创业能力训练，将大学物理实验从多方面进行了教学改革，加入精选前沿课题为实验内容，整合教材配置研究性实验，采用线上线下混合模式结合计算机模拟仿真加强实验原理理解，增加实验过程评价比重改革评价模式，搭建设计性实验和研究性实验平台实现仪器配置改革。对大学物理实验课程进行的综合改革，可以显著提高大学生创新创业能力，为大学生创新创业打下坚实基础。另外，该教学改革也促进教师教学方式向创新创业能力培养方向转变，进一步改善我国创新创业氛围。

　　作者：赵艳 单位：安徽医科大学 生物医学工程学院