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OBE理念下研究型大学物理实验教学改革

2024-09-06 7 上传者：管理员

摘要：针对OBE理念下的大学物理实验课程，分析了课程所面临的问题，以及当前的机遇和挑战，提出研究型大学物理实验教学研究改革。针对学生专业及物理学科特点，设定实验内容，以物理学解决途径构建实验过程，以深入的数据分析和结果讨论，并以前沿科技、基础理论、重要工程应用构建分析扩展方向，获得深刻的实验结论和科学思维训练。最后给出教学模式、教学内容、教学资源建设等改革建议，对大学物理实验教学改革有一定参考。

关键词：
OBE理念
大学物理实验
教学改革
教学模式
研究型实验
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OBE教育理念是以成果为目标导向的教育模式，这种成果既包含课程学习的知识和技能，也包括学习知识和技能的过程和方法，以及学习中的情感、态度和价值观[1]。OBE教育中的成果导向即以教学目标为导向，以能力为导向[2],需要通过逆向思维进行课程体系建设。这种成果要求学生内化为自身心灵深处的过程历程，尤其是经过学生长期、广泛实践的成果。从教学模式上，借助互联网平台近年来形成了翻转式课堂、线上线下混合课堂、慕课等组织形式[3-4],逐渐构建了基础型、综合应用型、设计型等分层次教学的大学物理实验。大学物理实验课程是理工类专业本科学生必修的重要公共基础实验课程，对学生科学素养、基本实验技能、基本实验方法、创新能力、运用知识等能力的培养有重要作用。

目前，国内本科院校的大学物理实验课程开设方式及教学模式基本类似，均经过20世纪末21世纪初的多次革新和调整，形成了目前层次分明、体系完善、结构合理的格局。不过近年来，随着高校教育教学改革的进一步深化[3]和“双一流建设[4]”的步伐加快，出现了一些新的趋势和方向，以双一流A类和B类高校为代表的部分高校对教改实验班独立开展教学，并引入了一些新实验模式、新实验体系和新实验内容，对传统大学物理实验教学进行了一些有益的探索和实践。在国外大学，大学物理实验多以开放式、自主讨论探索式、研究型实验教学模式为主[5-6]。主要以学习者为中心开展教学及教学研究改革。

经过多年的课程教学实践，可以看到，目前的传统教学模式体系完整，层次清晰，能够较好达成基本教学目标，能够基本满足学生需求。不过，也明显存在学生实验不透彻、实验项目挑战度不足、优秀实验报告比例与高水平要求不匹配等实际情况。从高质量高水平教学定位和国内外环境角度分析，对大学物理实验课程进行深入仔细适度的教学新模式、新思路、新方法、新内容的探索和改革有必要性和重要意义。

本文在分析大学物理实验当前的机遇和挑战等背景下，探讨了大学物理实验教学研究改革，提出OBE教学理念下研究型大学物理实验教学新模式，并给出实验项目、实验内容、课程教学资源建设的举措和建议，构建新型大学物理实验课程体系。

1、课程的机遇及挑战

近年来，大学物理实验也和其他专业基础和专业课程一样，面临着不少的机遇和挑战。新时期，外部处于“双一流”和“四新建设”的大背景[5],内部学生主体需求变化明显，新兴教育技术快速发展，网络课堂方兴未艾。新体系、新模式、新方法的建立和大面积推广需要经历时间和过程，这给新时期的大学物理实验教学改革提供了机遇，同时也提出了新的任务和要求，具体体现为如下几个方面。

机遇一：2015年11月，国务院“双一流建设方案”对拔尖创新型人才培养提出明确要求[4],明确提出，需培养“富有创新精神和实践能力的各类创新型、应用型、复合型优秀人才”,大学物理实验作为通识基础实验课程，对创新型、应用型人才的实践能力、创新能力培养担负着重要使命和责任。2019年教育部六卓越一拔尖2.0大会进一步明确[7],全面实施一流专业建设“双万计划”、一流课程建设“双万计划”、建设基础学科拔尖学生培养一流基地，也就是建金专、建金课、建高地。

机遇二：2014年8月，教育部高等学校大学物理课程教学指导委员会发出“进一步推进基础物理教学改革创新的倡议[3]”,明确提出“进一步深入研究基础物理教学中面临的新问题、新任务和新挑战”,以及要求“全面推进基础物理教育教学的改革创新”,大学物理实验是基础物理教学不可或缺的部分，对课程的教学理念、教学模式、教学方法、教学资源建设改革，对促进学生全面发展有着重要作用。

挑战一：学生主体需求变化明显，传统教学在一定程度上不能满足学生主体需求。2015到2016年，历时20个月，江苏大学和复旦大学牵头[6],对华东地区六省一市53所高校的大学物理、大学物理实验课程进行了问卷调查和情况摸底，数据具有一定代表性和典型性。调查数据显示，师生均认为大学物理、大学物理实验课程对专业学习有重要作用。不过，73%的教师认为教学内容需要调整，近64%的教师仍然采用教师主讲的传统教学方式，而50%的学生喜欢教师精讲、学生质疑、教师答疑的讨论研究型教学方式，可见教师和学生对教学内容、方式和方法等方面存在理解上的偏差和喜好冲突，这也体现出传统教学在一定程度不能满足学生主体需求，考虑学生的时代和群体特征，可对教学内容、教学方式和方法进行渐进适度的改革，以进一步提高大学物理实验课程的教育教学水平，更好地为拔尖创新型和应用型人才的培养服务。

挑战二：新兴教育技术快速发展[8-9],冲击传统教学。以互联网技术为载体的多种新兴教育技术和组织模式，近年来不断进入高等教育领域，对传统教学形式、教学模式和教学理念形成冲击和挑战。大学物理实验作为实践课程，线下特征明显，受互联网技术冲击有限，不过可利用互联网技术的即时交流、过程监控、可个性化学习的优势，为大学物理实验课程改革提供新的切入点。

挑战三：网络课程方兴未艾，课程网络化已成为一种趋势。承载着理念、内容、模式和方法的精品教学资源，是网络化课程的核心内容之一。网络教学资源不受空间和时间限制，学习便捷、受众面广，是传统课程的有益补充。

2、研究型课程改革措施

2.1 课程数据收集及分析

进行充分的多角度课程情况调研、分析、总结，走访调查学生个体、上课教师、学生所在专业及所在学院、开课学院、教学管理部门等多方面信息，从而收集对课程的理解、建议、意见等反馈。设计合理的调查问卷，全面采集获取课程外部数据。分析上课教师课堂反馈、学生反馈、作业反馈、作业对比、教学效果反馈及对比，设计出合理的评价指标，采集收集课程内部数据。多维度数据的收集、整理和分析，是进一步开展大学物理实验教学改革的科学性、可行性和有效性的基础和保证。

2.2 制订研究型实验课程教学改革实施方案

基于课程内部数据和外部数据分析结果，制订研究型大学物理实验课程教学改革研究计划及实施方案。为使教学改革过程可控、有的放矢，不落入形式化、复杂化，尊重教育教学规律，将利用采集数据的分析结果，以转变教学理念为主要思路，促进教学质量效果提高为目标，结合渐进适度有益推进原则，吸收传统教学模式优势和优点，咨询专家，集中讨论，科学研究，推陈出新，制定合理有效的研究型大学物理实验课程教学改革研究和实施方案。

重庆理工大学大学物理实验课程多年来建立了基础实验、验证性实验、综合提高性实验、设计性实验的多层次课程体系，不过，限于近年来学时数减少等原因，目前主要以验证性、综合提高性实验为主，设计性实验为辅。实验内容涉及力、热、电磁、光、近代物理实验等方面，实验项目设置近100个，大面积长期开设项目近50个，研究型探索实验内容亟待开发。

2.2.1 实验题目及实验内容设定

结合学生专业及物理学科特点，符合大学物理实验教育教学规律，以具体的科学/技术问题展开实验，提炼精华，凝练方法和思想。问题需突出科学技术价值和意义，具有共性和典型性，同时突出时代科学技术发展特征，有利于增加学生学习兴趣和好奇心。如在光栅衍射实验中探讨LED光谱分布情况及各色光强度。再比如在牛顿环实验中讨论肥皂泡为什么是彩色的，在迈克尔逊干涉实验研究微小长度的测量。在电磁学实验中探讨器件或电路的阻抗，使用惠斯顿电桥测量物理量的变化，使用密立根油滴仪测量电子电量，利用变压器研究铁磁物质及磁滞回线。在力学和热学实验中讨论液体的黏度，在液体表面张力系数实验中讨论肥皂泡为什么是圆形。上述问题的提出很好地激发了学生的好奇心，从而依据问题来设定研究型实验内容。

2.2.2 实验过程及解决途径设计

主要以物理学解决途径构建实验过程，注重对物理现象/理论/过程/方法/物理量/基本仪器的应用，同时注意使解决途径遵循由易到难，由简单到复杂，由特殊问题到一般问题，由理想模型到实际模型，由简单仪器到复杂仪器。实验过程设计，强调主动性引导，注重学生透彻实验，系统地掌握多种解决途径的逻辑关系及发展情况，有利于学生建立研究、创新的实验习惯和思维习惯。具体在实验项目中，引入分光计、光强分布测定仪以及积木式光栅光谱仪来研究光栅衍射实验的干涉和衍射理论，将一般光栅衍射实验中的定性分光问题量化为分光光速强度测量问题，从而评价LED灯具的发光性能参数，深刻认识光谱的形成和应用，将理论和应用有机地衔接起来。在电学实验中，使用电表、电桥来测量电阻和阻抗，进一步分析讨论基尔霍夫定律，使用谐振电路来研究阻抗对谐振频率的影响，深刻认识滤波器的设计和应用。

2.2.3 实验数据及结果分析

主要以深入的数据分析和结果讨论，并以前沿科技、基础理论、重要工程应用构建分析扩展方向，获得深刻的实验结论和科学思维训练。数据及结果分析要求需体现基本的分析工具/软件的使用，数据和结果分析的基本方法、基本思路、基本思维规律。注重落脚点是科学思维能力的训练和创新思维的培养。

2.3 建设精品教学资源库

深入开展研究型大学物理实验课程改革研究实践，建设精品教学资源库。基于已经制订的改革计划和实施方案，集思广益，结合翻转课堂、微课、慕课等教学组织形式和方法，深入实践，优化教学过程中各环节，探索研究型大学物理实验课程的新体系、新模式、新内容和新方法。课程改革研究的核心之一，是研发支撑课程体系的教材体系和课程资源库。考虑周期和渐进实施原则，本论文暂不涉及课程体系及教材建设，仅针对教学资源库建设展开。教学资源建设分为课件、实验原理微课视频、实验操作演示微课视频。对每个实验分别开展分析，重构课程内容和课程目标，以OBE工程教育为理念，梳理教学目标，新加课程思政，重构教学内容，制作产出导向教学资源。目前已形成教学课件30份、实验原理视频30个、实验演示视频30个，并将教学资源在微信公众号内面向全体学生发布。学生在课前通过微信公众号内教学资源的学习进行实验预习，较好地熟悉实验原理及实验教学仪器的使用和操作，单日视频播放量突破500余次，在学生的学习中得到良好反响，达到较好教学效果。

2.4 注重实验过程引导和指导

帮助每一位学生掌握实验技能，在教师讲解完成后，主动开展巡查，检查学生调节的实验现象和测量的实验数据，发现没有理解透彻的学生，进行精准的指导和帮扶，解决学生实验过程中的疑难问题和细节问题，使每位学生从理解实验原理升华到理解实验思想，掌握基本实验技能及方法，从而形成教师讲解和学生学习理解操作的闭环教学。

2.5 课程评价改革

收集课程改革实践过程和短期实践结果数据，开展有效性和效果评价，并与预期目标进行对比验证。为更好地评价课程教学改革实践的有效性及效果，针对前期设计的评价指标体系，在学生主体收获、教师教学评价、教师课堂反馈、学生课堂反馈、学生作业对比、学生成绩对比、OEB认证分析、资源库建设等多个角度开展教学改革实践评价和分析，分析低效原因，评价教学理念转变的有效性和效果，这些工作为科学有序推广高效成果，以及进一步教学改革工作提供方向。

3、总结

论文调研了近年来国内外大学物理实验教学改革情况，分析了大学物理实验所面临的问题，以及当前的机遇和挑战，提出在大学物理实验课程中，进行研究型大学物理实验教学改革的想法和措施，并在此基础上，给出新课程体系、新实验内容设置、新教学模式以及课程资源建设建议。

参考文献:

[1]刘婷,蒲贤洁,徐玮婧,等.基于OBE教学理念的大学物理实验线上线下混合式教学实践[J].物理与工程,2023,33(04):66-72.

[2]杨淼,李静,高利,等.基于OBE教学理念的药学分析化学教学改革与实践[J].中国高等医学教育,2022(05):47-48+51.

[3]教育部高等学校大学物理课程教学指导委员会.解放思想,力争超越进一步推进基础物理教学改革创新的倡议[J].物理与工程,2014,24(06):2-4.

[4]《国务院关于印发统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案的通知》国发[2015]64号[J].实验室科学,2016,19(04):208+225+170.

[5]王亚伟,乐永康,钱飒飒,等.大学物理､大学物理实验两课课程现状调查报告及总结[J].物理与工程,2016,26(4):45-57.

[6]顾牡,金晓峰,谷冬梅,等.赴美参加“物理学与天文学新教师研讨会”的报告[J].大学物理,2015,34(8):1-4.

[7]张晨,李澈.教育部印发“新时代高教40条”决定实施“六卓越拔尖”计划2.0[J].教书育人(高教论坛),2018(36):35.

[8]裴艺丽,张师平,陈森,等.数字化教育背景下大学物理实验MOOC教学模式探索与实践[J].物理与工程,2024,34(02):136-145.

[9]赵福利,崔新图,庞晓宁,等.数字化演示实验助力慕课西行的同步课堂授课——以光学课程为例[J].物理实验,2023,43(10):47-51.