李鵬 李永平 王麗麗 于桂鳳 李桂霞

摘?要：新工科背景下大學(xué)物理實驗教學(xué)面臨著挑戰(zhàn)與壓力，本文分析了實驗教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和考核方式三個方面探索了農(nóng)業(yè)院校教學(xué)改革的思路和措施，提出了以學(xué)生為中心、以培養(yǎng)具有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和創(chuàng)新思維能力為要求的教學(xué)實踐體系，讓農(nóng)業(yè)院校的大學(xué)物理實驗教學(xué)更符合新工科發(fā)展的需要，為培養(yǎng)復(fù)合型工程科技人才提供參考。

關(guān)鍵詞：新工科；大學(xué)物理實驗；以學(xué)生為中心；教學(xué)改革

中圖分類號：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

為應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革帶來的嚴峻挑戰(zhàn)，為服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、“中國制造2025”等一系列國家重大戰(zhàn)略，2017年教育部先后組織研討會，形成了“復(fù)旦共識”“天大行動”以及“北京指南”，頒布了《教育部辦公廳關(guān)于推薦新工科研究與實踐項目的通知》，拉開了新工科建設(shè)發(fā)展的大幕。新工科建設(shè)是我國培養(yǎng)適應(yīng)時代需求的新型人才提出的高等教育發(fā)展戰(zhàn)略，新工科概念的內(nèi)涵是在立德樹人的理念下，培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型高素質(zhì)工程科技人才［1］。新工科建設(shè)背景下，各個高校不僅積極開展工程學(xué)科的建設(shè)與探索，并且不斷嘗試教育教學(xué)實踐活動的改革與創(chuàng)新，以建設(shè)符合新工科內(nèi)涵與發(fā)展的人才培養(yǎng)新模式。

大學(xué)物理實驗是高等院校理工科學(xué)生的一門必修基礎(chǔ)課程，是學(xué)生接受系統(tǒng)實驗?zāi)芰蛯嶒炗?xùn)練的開端，是各專業(yè)后續(xù)實驗和科研的基礎(chǔ)。大學(xué)物理實驗課程的實驗思想和實驗方法體現(xiàn)了工科實驗的科學(xué)共性，在培養(yǎng)各專業(yè)大學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度、扎實的科學(xué)作風、分析解決問題能力、創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力等方面起著十分重要的作用。雖然大學(xué)物理實驗地位重要，但是隨著新經(jīng)濟的興起和新產(chǎn)業(yè)革命的到來，在新工科視域下，大學(xué)物理實驗課程仍然存在許多不足，無法滿足新時代建設(shè)下人才培養(yǎng)的需求［23］。因此，探索和實踐新型教育教學(xué)模式，使大學(xué)物理實驗課程適應(yīng)新時代提出的要求，以培養(yǎng)具有復(fù)合知識體系和工程思維的科技人才，是高等院校物理教師必須思考的課題。

1?大學(xué)物理實驗教學(xué)情況分析

1.1?教學(xué)內(nèi)容單一，專業(yè)區(qū)分度不夠

農(nóng)業(yè)院校大學(xué)物理實驗的教學(xué)內(nèi)容主要以基礎(chǔ)性實驗為主，大多是一些經(jīng)典的驗證性操作實驗，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高，不能發(fā)揮培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的教學(xué)功能。大學(xué)物理實驗課程從具體教學(xué)內(nèi)容上分析，一般可分為力、熱、電、磁、光五個部分，再根據(jù)不同專業(yè)開設(shè)物理實驗課程的學(xué)時數(shù)分為工科物理實驗、農(nóng)科物理實驗或文科物理實驗等幾類。然而，同一類別的物理實驗教學(xué)沒有進一步細分，相同學(xué)時不同專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容大致相同，專業(yè)區(qū)分度不高，這可能導(dǎo)致物理實驗教學(xué)難以針對專業(yè)背景進行側(cè)重點知識教學(xué)，也可能在一定程度上影響學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。

1.2?教學(xué)模式傳統(tǒng)，不能適應(yīng)新教育時代的學(xué)情，不利于大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

當下大學(xué)生現(xiàn)代化信息素養(yǎng)高，樂于接受新事物，能夠熟練操作線上學(xué)習(xí)平臺快速查找網(wǎng)上資源，對線上線下混合式學(xué)習(xí)適應(yīng)度強，而且他們思維活躍，活動參與意識強。傳統(tǒng)的大學(xué)物理實驗教學(xué)主要采用的是教師為主導(dǎo)的三段式教學(xué)流程，即講授、演示、模仿。這種相對固定的教學(xué)模式比較枯燥，學(xué)生只是機械地重復(fù)教師的演示過程，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，難以培養(yǎng)學(xué)生獨立的思考能力和創(chuàng)新能力。傳統(tǒng)教學(xué)模式多體現(xiàn)為教師的“一言堂”，忽視了學(xué)生的主觀能動性和個體差異性，忽視了學(xué)生對知識的訴求和未來職業(yè)規(guī)劃的需求。我國當代教育家葉圣陶先生曾說過“教師之為教，不在全盤授予，而在相機誘導(dǎo)”，如何優(yōu)化教學(xué)模式，潛移默化地幫助學(xué)生提高主動學(xué)習(xí)能力、實現(xiàn)知識的內(nèi)化、達成人才培養(yǎng)目標是教育工作者反復(fù)思考的問題，也是新工科背景下教學(xué)工作的內(nèi)在需求。

1.3?考核評定片面，不能對標于新工科人才培養(yǎng)目標

大學(xué)物理實驗的考評基本以實驗報告為重點，課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)和中間操作環(huán)節(jié)的考評占比很少或者流于形式。這種重結(jié)果輕過程的考評方式比較片面，不僅不能促進學(xué)生動手能力的培養(yǎng)，也難以啟發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新思維能力，甚至容易導(dǎo)致學(xué)生消極的學(xué)習(xí)態(tài)度。新工科背景下，只有全方位、多角度地評價學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，真正提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率，切實引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)自主管理、自主學(xué)習(xí)、自主思考的意識和能力，才能實現(xiàn)農(nóng)業(yè)院校創(chuàng)新復(fù)合型人才培育目標。

2?大學(xué)物理實驗教學(xué)改革

2.1?整合教學(xué)資源，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)專業(yè)特色

目前對于農(nóng)業(yè)院校來說，大學(xué)物理實驗課程的課時量相對較少，只有積極探索對現(xiàn)有實驗教學(xué)內(nèi)容的整合與拓展，才能適應(yīng)新工科人才培養(yǎng)發(fā)展的要求［45］。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)內(nèi)容，尤其是經(jīng)典實驗的儀器和方法，可以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)方法、理解物理規(guī)律、強化科學(xué)思想，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)方面具有重要的作用。因此，教學(xué)內(nèi)容改革不是拋棄經(jīng)典基礎(chǔ)性實驗，而是對經(jīng)典的強化和創(chuàng)新。通過集思廣益，精選傳統(tǒng)實驗題目，開發(fā)設(shè)計與學(xué)生所學(xué)專業(yè)有交叉點或者契合點的實驗教學(xué)內(nèi)容，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為學(xué)生成為合格的新工科人才奠定必要的思維基礎(chǔ)［6］。例如，對于環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程、藥學(xué)、生命科學(xué)等專業(yè)的學(xué)生，可以整合已有的教學(xué)資源，如“落球法測液體的粘滯系數(shù)”“毛細管法測液體的表面張力系數(shù)”“電流量熱器法測液體的比熱容”，設(shè)計測量液體性質(zhì)相關(guān)的綜合實驗項目。還可以挑選傳統(tǒng)的牛頓環(huán)實驗進行拓展設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生測量液體的折射率。將經(jīng)典的學(xué)習(xí)型實驗拓展為研究型實驗，使學(xué)生體驗實驗研究的魅力，既能夠開拓研究思路、激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，還可以培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

2.2?以學(xué)生為中心，實踐新型教學(xué)模式

根據(jù)當代大學(xué)生特點和現(xiàn)有條件，充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，打破傳統(tǒng)的老師為主體的灌輸式授課方式，創(chuàng)新教學(xué)模式適應(yīng)新工科建設(shè)。依靠現(xiàn)代化教學(xué)手段，結(jié)合微課、慕課、在線教學(xué)平臺等數(shù)字化和信息化教學(xué)手段，學(xué)生可以隨時隨地進行預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)和知識查詢，師生之間討論交流的時空能夠延伸，提高教學(xué)效率和教學(xué)效果。通過小組合作、伙伴式學(xué)習(xí)等方式，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性，使學(xué)生真正成為知識信息的主動建構(gòu)者。實驗類課程需要學(xué)生通過動手操作掌握實驗技能，不適宜采取純線上教學(xué)。需要將線上教學(xué)作為實驗類課程教學(xué)的有效補充，合理采用線上線下相結(jié)合教學(xué)模式，融合以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，培養(yǎng)學(xué)生成為新工科需要的扎實理工科基礎(chǔ)、實踐能力強的復(fù)合型人才［78］。

以青島農(nóng)業(yè)大學(xué)為例，每學(xué)期參加大學(xué)物理實驗課的人數(shù)近一千人。為適應(yīng)新工科要求，我們將線上線下學(xué)習(xí)活動有效融合，以學(xué)生為中心構(gòu)建了大學(xué)物理實驗課程的線上線下混合式教學(xué)模式。首先，為了實現(xiàn)線上線下課程的無縫銜接，體現(xiàn)不同專業(yè)人才培養(yǎng)的需求，教師準備工作要充分。本校教師制作完成了大量物理實驗微視頻，并基于超星學(xué)習(xí)通平臺建設(shè)了針對本校學(xué)生專業(yè)特點的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，同時將優(yōu)秀的視頻或圖片轉(zhuǎn)換為二維碼嵌入到教材中，以保證學(xué)生可以通過多種渠道隨時隨地獲得自主預(yù)習(xí)資料。

課前，教師通過學(xué)習(xí)通發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生自主預(yù)習(xí)線上視頻資源，同時督促并記錄學(xué)生的自主預(yù)習(xí)情況。為了使學(xué)生對實驗項目有更深刻的認識與理解，教師可以在學(xué)習(xí)通中設(shè)置闖關(guān)模式或者設(shè)置具有啟發(fā)式的問題，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和主動思考能力。新高考情況下，有些專業(yè)招生對物理不做限制，這使得部分學(xué)生對大學(xué)物理實驗課程有畏難情緒。憑借線上學(xué)習(xí)資源學(xué)生可以進行有針對性的學(xué)習(xí)反芻，增強了學(xué)生完成實驗項目的信心，也保證了實驗項目完成的成功率。例如“落球法測量液體的粘滯系數(shù)”這一實驗項目，學(xué)生可以通過反復(fù)觀看“螺旋測微器”“游標卡尺”等微視頻提前掌握常用長度測量儀器的使用，為課堂上順利完成實驗項目打下基礎(chǔ)，這也為學(xué)生留有更多的時間來主動思考實驗項目如何改進的問題，比如鼓勵學(xué)生探索液體粘滯系數(shù)測量的其他方案和思路等。

課上，學(xué)生根據(jù)實驗要求，自主使用儀器進行具體的實驗操作。由于經(jīng)過充分預(yù)習(xí)，教師不再重復(fù)基礎(chǔ)知識的講解，只需要解決學(xué)生實驗操作過程中遇到的集中問題，再針對個別情況單獨指導(dǎo)，同時靈活運用提問式、討論式、引導(dǎo)式、任務(wù)驅(qū)動式等教學(xué)方式開展課堂教學(xué)，形成師生間、學(xué)生間的多向交流與互動，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的團結(jié)協(xié)作精神。教師還可以講授拓展部分知識，鼓勵學(xué)生開展創(chuàng)新研究性實驗，比如液體表面張力系數(shù)的測量實驗是化學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物等專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)性實驗，液體表面張力是液體的重要熱學(xué)參量，除了課堂授課中采用的毛細管法以外，可以引導(dǎo)學(xué)生采用杠桿原理基于拉脫法設(shè)計新的實驗裝置，引導(dǎo)學(xué)生思考實驗誤差的影響因素。指導(dǎo)學(xué)生從理論和實踐兩個方面探究實驗現(xiàn)象，指引學(xué)生綜合運用多學(xué)科知識設(shè)計實驗方案，有助于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索精神和科技創(chuàng)新能力。

課后，學(xué)生將實驗方案、過程和結(jié)果上傳至學(xué)習(xí)通平臺，可以接受教師的在線點評，或者進行生—生互評，促使學(xué)生進行課后反思，提高學(xué)習(xí)能力。教師可以根據(jù)學(xué)習(xí)通統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對學(xué)生的學(xué)習(xí)薄弱環(huán)節(jié)進行強化指導(dǎo)，思考今后實驗教學(xué)改進的方向，提升教學(xué)質(zhì)量。

線上線下混合式教學(xué)模式有效加強了學(xué)生和教師之間的溝通，學(xué)生反饋的問題可以及時得到解惑，教師也可以兼顧學(xué)生個體差異，對個別學(xué)生進行重點輔導(dǎo)。合理運用多種教學(xué)方式，不但能拉近師生關(guān)系，有助于培養(yǎng)學(xué)生積極的學(xué)習(xí)態(tài)度，還能全面體現(xiàn)學(xué)生的個性化和創(chuàng)新意識，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。

2.3?引入多元化考核評價標準，量化學(xué)習(xí)過程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能

如今，大多數(shù)農(nóng)業(yè)院校物理實驗課程主要通過實驗操作和實驗報告評價學(xué)生的成績，這種考核形式對學(xué)生的真實水平反映不夠充分，也無法體現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。面對新工科建設(shè)，物理實驗需要設(shè)計多元化考核，既要體現(xiàn)學(xué)生對基礎(chǔ)知識、基礎(chǔ)技能的掌握，更要體現(xiàn)學(xué)生科研創(chuàng)新能力和自主學(xué)習(xí)的能力［9］。

首先，依靠學(xué)習(xí)通等教學(xué)平臺，量化學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，給出學(xué)生的預(yù)習(xí)成績。然后，實時評價學(xué)生的線下課堂過程，根據(jù)學(xué)生的課堂表現(xiàn)（動手能力、團結(jié)協(xié)作能力、思辨能力），給出學(xué)生的過程考核成績，還可以采用閉卷考試的形式，檢驗學(xué)生掌握常用儀器、基本測量方法的能力以及分析和處理數(shù)據(jù)的能力。課前預(yù)習(xí)、課堂過程等環(huán)節(jié)考核比重的增加能夠調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，加深和完善學(xué)生對實驗項目的認識和理解，也能夠培養(yǎng)學(xué)生的實驗創(chuàng)新能力和組織協(xié)調(diào)能力。同時提供機會和平臺，以額外加分形式鼓勵學(xué)生自主完成研究性或探索性實驗，考查學(xué)生分析問題、解決問題的能力。目前，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)的大學(xué)物理實驗成績中，平時成績占60%，期末成績占40%。其中平時成績涵蓋課前預(yù)習(xí)、課堂實際操作過程、實驗報告以及額外加分項；期末成績包含實驗理論考試、實驗操作考試。實行多元化考核，將引導(dǎo)學(xué)生開展個性化學(xué)習(xí)，更能促進學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的提高。

結(jié)語

隨著新工科建設(shè)的大力推進以及信息技術(shù)的快速發(fā)展，工程化教育理念背景下的大學(xué)物理實驗教學(xué)的改革勢在必行。實踐表明，積極采用現(xiàn)代化教學(xué)手段，設(shè)計開發(fā)與其他工科專業(yè)有交叉知識點的綜合型實驗內(nèi)容，結(jié)合混合式教學(xué)模式和多元化考核方式，有利于解決農(nóng)業(yè)院校大學(xué)物理實驗教學(xué)過程中專業(yè)區(qū)分度不夠精細、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高等問題，有助于強化學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新思維能力、實踐動手能力的培養(yǎng)，也為多元化、創(chuàng)新型的新工科人才的培養(yǎng)提供了有效的教學(xué)改革思路。

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基金項目：中華農(nóng)業(yè)科教基金課程教材建設(shè)研究項目（NKJ202102014）；教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目（2206059?40244325）；青島農(nóng)業(yè)大學(xué)實驗技術(shù)研究項目（SYJS2022?20）；青島農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)研究項目（XJY2022079）

作者簡介：李鵬（1980—?），女，漢族，山東煙臺人，碩士，講師，從事大學(xué)物理及實驗的教學(xué)與研究。

*通訊作者：李桂霞（1979—?），女，漢族，山東濰坊人，博士，講師，從事大學(xué)物理及實驗的教學(xué)與研究。