苗永平,孫二平,李忠麗,于 陽(yáng),馬寒露,劉維慧
(山東科技大學(xué) 電子信息工程學(xué)院,山東 青島 266590)
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是對(duì)理工科學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)基本訓(xùn)練的必修課程。作為一門(mén)實(shí)驗(yàn)學(xué)科,它在培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、活躍的創(chuàng)新意識(shí)、理論聯(lián)系實(shí)際和適應(yīng)科技發(fā)展的綜合應(yīng)用能力等方面具有其他實(shí)踐類(lèi)課程不可替代的作用[1-3]。
最近幾年,國(guó)家教育部門(mén)密集出臺(tái)了一系列指導(dǎo)文件,要求消滅“水課”、建設(shè)“金課”,打造一流課程,以人為本,提高人才培養(yǎng)能力和人才培養(yǎng)質(zhì)量。國(guó)家高等教育部門(mén)和高校教育研究專(zhuān)家對(duì)政策進(jìn)行了深入的解讀,各高校從事物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一線教師也從實(shí)戰(zhàn)角度開(kāi)展了較多研究和實(shí)踐探索[4-6]。
山東科技大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心自2009年獲批“省級(jí)工科物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”以來(lái),深入研究和踐行OBE教育理念,堅(jiān)持“以學(xué)生為本、以能力培養(yǎng)為核心,融合知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展”的指導(dǎo)思想,逐步形成一套系統(tǒng)的、切實(shí)可行的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程體系,為地方性應(yīng)用型高等工科院校開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了積極的參考意義。
成果產(chǎn)出導(dǎo)向(Outcome-based education,OBE)的教育理念在20世紀(jì)80年代初由美國(guó)學(xué)者Spady提出,并被美國(guó)、英國(guó)、加拿大等國(guó)家作為教育改革的主流理念[7]。我國(guó)教育界對(duì)OBE教育理念進(jìn)行了深入的理論研究和實(shí)踐探索,不但闡明了成果產(chǎn)出導(dǎo)向的深刻內(nèi)涵,還為教育理念的具體實(shí)施提供了可操作性強(qiáng)的指導(dǎo)方案和可參考借鑒的生動(dòng)案例,為我國(guó)教育教學(xué)改革做出了重大貢獻(xiàn)[8-13]。
雖然針對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革的研究和探索從未停止,但大多數(shù)高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中仍普遍存在較多問(wèn)題,主要表現(xiàn)在五個(gè)方面。一是課程總體目標(biāo)不清晰,或者以傳授知識(shí)為主,或者說(shuō)和做兩層皮,與新時(shí)期全面培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)、能力和素養(yǎng)的需求不符。二是“散”,即課程與各具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以及各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間關(guān)系松散,邏輯性差、綱目不清。三是教學(xué)模式守舊,以傳統(tǒng)的“老師設(shè)計(jì)和講授實(shí)驗(yàn)、學(xué)生做實(shí)驗(yàn)”為主,學(xué)生被動(dòng)接受多、思考少。四是內(nèi)容陳舊、過(guò)程機(jī)械,老師沒(méi)有主動(dòng)研究科技前沿技術(shù)、實(shí)驗(yàn)技術(shù)和先進(jìn)教學(xué)方法的動(dòng)力,只是照搬前人或者教學(xué)儀器說(shuō)明書(shū)上的內(nèi)容,缺乏外延和拓展,照本宣科的流程化、機(jī)械化講授,學(xué)生興趣乏乏。五是課程質(zhì)量評(píng)價(jià)機(jī)制缺失。表現(xiàn)為單純對(duì)老師“教”或者對(duì)學(xué)生“學(xué)”的評(píng)價(jià),或者單一的結(jié)果性評(píng)價(jià),或者沒(méi)有持續(xù)改進(jìn)的一次性評(píng)價(jià)。
以上問(wèn)題涵蓋了課程目標(biāo)設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)工具、教學(xué)方法、課程評(píng)價(jià)等各環(huán)節(jié)的不足,所謂“根在課外”,需要系統(tǒng)解決。OBE教育理念強(qiáng)調(diào)“成果產(chǎn)出導(dǎo)向”“以學(xué)生為中心”“持續(xù)改進(jìn)”以及“反向設(shè)計(jì)、正向?qū)嵤?,提供了全面而系統(tǒng)的指導(dǎo)思想和具體的操作方法,是解決現(xiàn)有問(wèn)題的良方妙藥。
自2009年開(kāi)始研究和踐行OBE教學(xué)理念,至2020年最新一版教學(xué)大綱編制完成,山東科技大學(xué)基本形成了一套完整的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。該體系既考慮了物理實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)、基本能力的培養(yǎng),又兼顧新時(shí)期對(duì)人才高階工程技術(shù)能力和工程素養(yǎng)的訓(xùn)練,而且具有很好的可實(shí)施性。
課程目標(biāo)是課程本身要實(shí)現(xiàn)的具體目的和意圖,是開(kāi)展所有教學(xué)活動(dòng)所要依據(jù)的準(zhǔn)則。OBE理念確定培養(yǎng)目標(biāo)有兩條原則:一是培養(yǎng)目標(biāo)要滿足內(nèi)外部需求,二是培養(yǎng)目標(biāo)要表達(dá)精準(zhǔn)[9]。根據(jù)學(xué)校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)際情況,確定需求主要來(lái)自三個(gè)方面。第一,來(lái)自校內(nèi)各專(zhuān)業(yè)依據(jù)《工程教育認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)》分解出對(duì)課程指標(biāo)點(diǎn)的需求,形成對(duì)專(zhuān)業(yè)的指標(biāo)支撐,這是外部需求,也是基本需求;因?yàn)槲锢韺?shí)驗(yàn)要面對(duì)多個(gè)專(zhuān)業(yè),其需求是有差別的,故需充分調(diào)研、分析與綜合。第二,來(lái)自新時(shí)期教育部門(mén)關(guān)于高等學(xué)校深化教育教學(xué)改革指導(dǎo)文件的要求,要深入研究其精髓和內(nèi)涵,將其融入課程體系中,屬于外部需求。第三,來(lái)自課程實(shí)施方所在學(xué)校、學(xué)院對(duì)課程的定位,這是課程自身發(fā)展建設(shè)的需求,即內(nèi)部需求。
基于以上原則和需求,教學(xué)團(tuán)隊(duì)認(rèn)真學(xué)習(xí)各類(lèi)指導(dǎo)文件和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),充分調(diào)研,并結(jié)合課程自身建設(shè)需要,形成了立足于“基礎(chǔ)知識(shí)、工程能力和科學(xué)素養(yǎng)”的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo),具體如表1所示。
表1 課程目標(biāo)解析
上述三個(gè)目標(biāo)之間存在嚴(yán)密的邏輯關(guān)系。首先,基礎(chǔ)知識(shí)是所有能力和素養(yǎng)的根基,通過(guò)《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》課程的學(xué)習(xí),能夠讓學(xué)生掌握與物理和實(shí)驗(yàn)有關(guān)的自然科學(xué)知識(shí)、工具性基礎(chǔ)知識(shí),為形成包括基本概念、基本原理、基本方法在內(nèi)的扎實(shí)且寬廣的工科知識(shí)體系做好拼圖,也為工程能力和科學(xué)素養(yǎng)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其次,基本能力是在掌握基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)上通過(guò)組裝、調(diào)試、觀察和測(cè)量等實(shí)踐行為培養(yǎng)和鍛煉出來(lái)的,再通過(guò)思考對(duì)實(shí)踐結(jié)果進(jìn)行總結(jié)、判斷,形成有效結(jié)論,最后借助基礎(chǔ)知識(shí)分析結(jié)論的正確性、提出解決方案。此過(guò)程一方面培養(yǎng)了各種基本能力,反過(guò)來(lái)加深了對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解,兩者相互促進(jìn),符合“理論到實(shí)踐,再到理論”的認(rèn)知規(guī)律。再次,素養(yǎng)是在一次次細(xì)心裝調(diào)、一次次精準(zhǔn)測(cè)量和一份份規(guī)范的實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)中養(yǎng)成,離開(kāi)了實(shí)踐,素養(yǎng)則變成了“無(wú)源之水、無(wú)本之木”。如果說(shuō)基礎(chǔ)知識(shí)和工程能力是“外化于行”,科學(xué)素養(yǎng)則是“內(nèi)化于心”。課程目標(biāo)的邏輯關(guān)系如圖1所示。
圖1 課程目標(biāo)邏輯關(guān)系示意圖
根據(jù)以上課程目標(biāo),結(jié)合自身教學(xué)資源狀況,教學(xué)團(tuán)隊(duì)從眾多實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中選擇31個(gè)有代表性的列入教學(xué)大綱。山東科技大學(xué)是一所工科優(yōu)勢(shì)突出、行業(yè)特色鮮明的應(yīng)用基礎(chǔ)型人才培養(yǎng)高校,為了滿足全校各理工科專(zhuān)業(yè)建設(shè)和發(fā)展的需要,結(jié)合OBE理念的核心思想,對(duì)課程內(nèi)容做了精心設(shè)計(jì)。
第一,整體性。各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分屬不同的知識(shí)領(lǐng)域,其實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)方法也不相同,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的貢獻(xiàn)維度各有側(cè)重。比如同樣是光學(xué)實(shí)驗(yàn),邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)側(cè)重于光學(xué)調(diào)試能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),分光計(jì)實(shí)驗(yàn)側(cè)重以光學(xué)儀器和光學(xué)技術(shù)的應(yīng)用培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的思想,而楊氏模量實(shí)驗(yàn)則以材料的應(yīng)變特性研究和光放大實(shí)驗(yàn)法培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科研究的意識(shí)和能力。不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有不同的目標(biāo),它們之間相互獨(dú)立又緊密聯(lián)系,形成一個(gè)有機(jī)整體,共同支撐大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)總體課程目標(biāo)達(dá)成。
第二,模塊化。綜合分析各專(zhuān)業(yè)特點(diǎn),實(shí)施優(yōu)化組合,將所有專(zhuān)業(yè)劃分為信息與電氣類(lèi)、地礦與測(cè)繪類(lèi)、機(jī)械與材料類(lèi)、化工與環(huán)境類(lèi)、土建與水利類(lèi)5大專(zhuān)業(yè)模塊。根據(jù)專(zhuān)業(yè)模塊需求,配置不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這種教學(xué)模式既能保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的最大化利用,又能兼顧專(zhuān)業(yè)發(fā)展,是一種高效的資源配置方法,具體實(shí)驗(yàn)?zāi)K如表2所示。
第三,分層化??紤]學(xué)習(xí)的一般規(guī)律和課程目標(biāo),將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次,并按照從低到高、從基礎(chǔ)到前沿、從接受知識(shí)型到培養(yǎng)綜合能力型的逐級(jí)提高的教學(xué)規(guī)律組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)。既能適應(yīng)低年級(jí)學(xué)生的接受能力,又能達(dá)到較高的教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)。
31個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中,基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)14個(gè),占比45.1%;綜合性實(shí)驗(yàn)15個(gè),占比48.3%;設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)2個(gè),占比6.4%。
表2 實(shí)驗(yàn)?zāi)K劃分表
第四,為了滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求,根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容和特點(diǎn)將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容分為必做和選做兩部分。必做內(nèi)容側(cè)重于“精、熟”,即理解實(shí)驗(yàn)知識(shí)、熟練操作實(shí)驗(yàn)設(shè)備、掌握方法,面向全體學(xué)生。選做內(nèi)容是對(duì)必做內(nèi)容的拓展,側(cè)重于實(shí)驗(yàn)原理深入探究、知識(shí)與方法的應(yīng)用,培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思考、研究分析能力,面向?qū)W有余力且有積極探索精神的學(xué)生。50%以上的實(shí)驗(yàn)設(shè)有選做內(nèi)容。
OBE教育理念強(qiáng)調(diào)“持續(xù)改進(jìn)”,要求能夠建立具有“評(píng)價(jià)-反饋-改進(jìn)”循環(huán)特征的持續(xù)改進(jìn)機(jī)制[14]。教學(xué)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究和摸索,制定了“六三三”課程質(zhì)量評(píng)價(jià)機(jī)制,如圖3所示。
圖3 “六三三”課程質(zhì)量評(píng)價(jià)機(jī)制示意圖
首先,評(píng)價(jià)主體是多元的。根據(jù)課程相關(guān)度分析,評(píng)價(jià)主體涵蓋了教師、學(xué)生這兩個(gè)直接相關(guān)方以及教學(xué)組、專(zhuān)委會(huì)、督導(dǎo)和各理工科專(zhuān)業(yè)四個(gè)間接相關(guān)方。六方在評(píng)價(jià)機(jī)制中各負(fù)其責(zé),各有側(cè)重。教學(xué)組負(fù)責(zé)課程質(zhì)量評(píng)價(jià)方案編制以及達(dá)成度評(píng)價(jià),并提出改進(jìn)意見(jiàn)。專(zhuān)委會(huì)則以教學(xué)專(zhuān)家的身份對(duì)總體方案把控和評(píng)價(jià),側(cè)重于方案實(shí)施前的合理性評(píng)價(jià)以及方案改進(jìn)有效性的評(píng)價(jià),屬前置評(píng)價(jià)。教師是課堂教學(xué)的具體實(shí)施者,負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程以及教學(xué)結(jié)果的分析和評(píng)價(jià);學(xué)生作為利益接收方,負(fù)責(zé)對(duì)自身學(xué)習(xí)結(jié)果及教師教案設(shè)計(jì)、教學(xué)方法、專(zhuān)業(yè)能力等方面評(píng)價(jià);督導(dǎo)負(fù)責(zé)課堂教學(xué)實(shí)施過(guò)程中教師和學(xué)生狀態(tài)的評(píng)價(jià),屬過(guò)程評(píng)價(jià);各理工科專(zhuān)業(yè)則從客戶角度對(duì)課程實(shí)施效果評(píng)價(jià),并提出改進(jìn)意見(jiàn),屬事后評(píng)價(jià)。
其次,評(píng)價(jià)機(jī)制包括三個(gè)循環(huán),一是課程總體質(zhì)量評(píng)價(jià)大循環(huán),二是具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目質(zhì)量評(píng)價(jià)小循環(huán),三是課堂過(guò)程質(zhì)量評(píng)價(jià)微循環(huán)。三個(gè)循環(huán)覆蓋了全部教學(xué)過(guò)程,可以說(shuō),只要有教學(xué)活動(dòng)就有質(zhì)量評(píng)價(jià)。
再次,該評(píng)價(jià)機(jī)制由低到高、從微觀到宏觀設(shè)計(jì)有課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目目標(biāo)和課程目標(biāo)三個(gè)層級(jí)的評(píng)價(jià)。課堂教學(xué)評(píng)價(jià)來(lái)自學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的表現(xiàn),需要實(shí)驗(yàn)教師密切關(guān)注學(xué)生的課堂表現(xiàn),并隨時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、順序或者方法,保證當(dāng)堂或者下一堂課即產(chǎn)生效果。因此課堂教學(xué)評(píng)價(jià)必須保證高度的機(jī)動(dòng)性、及時(shí)性和靈活性。它是動(dòng)態(tài)的,可以沒(méi)有固定的格式和要求,也不需要書(shū)面的報(bào)告。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目評(píng)價(jià)則至少以學(xué)期為周期,綜合考慮學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)、問(wèn)卷調(diào)查和督導(dǎo)三個(gè)方面的結(jié)果,評(píng)價(jià)具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的目標(biāo)達(dá)成度,并根據(jù)結(jié)果調(diào)整教學(xué)方案,在下一個(gè)授課周期實(shí)施。課程評(píng)價(jià)則以學(xué)年為周期,綜合各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的表現(xiàn)和各理工科專(zhuān)業(yè)的評(píng)價(jià),形成課程目標(biāo)達(dá)成度。
山東科技大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心以O(shè)BE教育理念為指導(dǎo)思想,經(jīng)過(guò)十多年的研究、探索和實(shí)踐,逐步形成一套相對(duì)成熟、完整且可執(zhí)行性強(qiáng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。依據(jù)該教學(xué)體系,物理實(shí)驗(yàn)中心在學(xué)生培養(yǎng)、教師成長(zhǎng)、教學(xué)方面取得了較好的成績(jī),現(xiàn)將最近五年成果展示如下。學(xué)生培養(yǎng)方面,每年完成約5000名學(xué)生的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù),每年組織并指導(dǎo)學(xué)生參加山東省物理科技創(chuàng)新大賽,獲得一等獎(jiǎng)11項(xiàng)、二等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)若干項(xiàng),指導(dǎo)學(xué)生完成10余種自制教學(xué)儀器開(kāi)發(fā)。教學(xué)研究和改革方面,承擔(dān)教育部高等學(xué)校教學(xué)研究項(xiàng)目1項(xiàng),獲得全國(guó)煤炭行業(yè)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)1項(xiàng),承擔(dān)教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目10余項(xiàng),承擔(dān)校級(jí)教學(xué)改革項(xiàng)目5項(xiàng)并獲得特等獎(jiǎng)和一等獎(jiǎng)各1項(xiàng),發(fā)表教學(xué)研究論文30余篇,出版大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)行業(yè)規(guī)劃教材2部。教師成長(zhǎng)方面,培養(yǎng)“泰山學(xué)者青年專(zhuān)家”1名,承擔(dān)山東省教育廳“山東省高等學(xué)校青創(chuàng)人才引入計(jì)劃”建設(shè)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目2項(xiàng),獲得校級(jí)優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)1次。
綜上所述,以O(shè)BE理念為指導(dǎo)思想的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系目標(biāo)清晰、內(nèi)容銜接緊密且邏輯性強(qiáng),課程質(zhì)量評(píng)價(jià)機(jī)制客觀有效,對(duì)地方性應(yīng)用型高等工科院校開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了積極的借鑒意義。