开放—分类—创新：农林高校大学物理实验体系化改革与实践

收稿日期：2021-11-30               修回日期：2021-12-25

作者简介：李景奎（1979—），男，黑龙江庆安人，东北林业大学理学院高级实验师，博士，研究方向：普通物理实验和近代物理实验教学。

基金项目：黑龙江省教育科学规划重点课题“新冠疫情背景下高等农林院校物理实验混合式教学模式探索与实践”（GJB1421250）

摘  要：大学物理实验开课班级多、实验项目多、教师人数少、仪器数量有限和排课困难，授课教师和管理人员工作量大。在应试教育背景下，学生动手能力较差，实践创新能力严重不足，而传统大学物理实验教学没有结合专业特点，不能满足专业人才培养需求。针对东北林业大学公共基础课大学物理实验课所存在问题，文章创造性提出了“开放—分类—创新”的改革理念，进行大学物理实验体系化教学改革与实践，建立大学物理实验实践教学新体系和人才培养新模式，实现大学物理实验的开放教学、分类培养和创新育人，经过多年教学实践，大学物理实验课深受学生喜爱，激发了学习物理实验的兴趣，提升了实验效率。

关键词：大学物理实验；开放教学；分类培养；创新育人；体系化改革

中图分类号：G642            文献标识码：A           文章编号：1002-4107（2023）01-0000-03

大学物理实验是理工科大学的第一门基础实验课，是学生进入大学后接受系统的实验方法、实验技能训练的开端，是后续专业实验课程的基础，也是创新人才培养的关键一环^[1]。东北林业大学物理实验中心承担全校理、工、林科等26个专业，110多个班级，每学年约4000人的大学物理实验授课任务，年实验教学工作量超过4000学时，而专职教师和实验技术人员不足20人，教师的实验教学任务非常繁重。另外，按照教学大纲要求，每名学生将要完成26—30个实验项目，而每个实验项目拥有仪器台数非常有限，东北林业大学物理实验教学存在的几个突出问题：（1）开课班级多、实验项目多、教师人数少、仪器数量有限和排课特别困难，授课教师和管理人员工作量特别大；学生不能自主选择感兴趣实验项目，不以学生为主体、限制发挥个性特点，不能激发学习积极性，不利于创新能力培养，如此多班级同时开课，教务部门安排实验课表也是非常困难的。（2）传统大学物理实验教学没有结合专业特点，不注重专业培养目标，采取“一刀切”的培养模式，不符合OBE培养理念和创新人才培养模式，不能满足专业人才培养需求。（3）传统物理实验教学方法上一般采用学生预习、教师讲解、学生实验、数据处理这种四步教学方式，教学内容固定、陈旧；学习时间固定，学生很难在有限的课堂时间内完成教师所要求的实验内容，教学效果一般；传统模式化的教学方式会影响学生物理思想的丰富、个性特长的发挥和创新能力的培养，学生对实验失去兴趣，需要进行大学物理实验混合式教学模式探索与实践。（4）由于大学物理实验仪器使用率高、仪器数量多和仪器损坏速度快，需要自制和改进仪器设备，补充实验教学，提高大学物理实验教学质量。传统实验教学的指导思想单一，实验内容陈旧，授课形式单调，导致学生学习的兴趣严重不足，不满足现代化高等教育的要求；应试教育背景下，学生动手能力较差，实践创新能力不足；这些都不利于实践创新育人。

基于东北林业大学公共基础课大学物理实验教学方面存在的问题，进行大学物理实验体系化教学改革与实践，创造性提出了“开放—分类—创新”的改革理念，构建大学物理实验开放教学管理体系，制定分类培养培养体系，建立大学物理实验实践教学新体系和人才培养新模式，实现大学物理实验开放教学、分类培养和创新育人。

一、构建大学物理实验开放教学管理体系

构建大学物理实验开放教学管理体系，从上课时间选择、实验项目选择和授课教师选择等方面对学生全面开放教学管理。不设固定课表，学生根据自己的时间，进行自由选课，激发了学生学习物理实验的积极性。突破传统教学方式，注重以学生为主体、发挥学生个性特点、培养学生创新精神^{[2， 3]}。同时，提高了实验仪器设备和实验用房的使用率， 缓解了仪器设备和实验用房的压力， 缓解了教师的压力和实验时间安排上的困难，特别是减轻了教务部门安排课表上的巨大压力。与此同时，采取编排班级代码，设置实验报告箱，选择题考试、阅卷机批卷，充分利用网络平台等多种措施，有效减少教师和管理者工作量，大学物理实验开放教学改革主要体现以下四个方面。

（一）开放教学管理

建设网络选课服务器，开发大学物理实验开放选课系统如图1所示，经过教学实践，不断完善开放教学管理模式；从上课时间选择、实验项目选择和授课教师选择等方面对学生全面开放。不设置固定课表，学生根据自己的时间，实现自由选课，注重以学生为主体、发挥学生个性特点和培养学生创新精神，学生自己挑选实验项目进行实验，激发学生学习物理实验的积极性。提高实验仪器和实验室使用率， 缓解仪器设备和实验用房的压力， 缓解老师的压力和实验时间安排上的困难，减轻了教务部门安排课表上的巨大压力。

（二）以班级代码简化专业名称

东北林业大学每学年上大学物理实验课的班级大约是来自10个学院的110个班级，专业名称较为复杂、难记，而且容易混淆。实验报告都是以学生个体为单位上交，不同班级学生实验报告也是混在一起的，需要教师将各班级的报告单分拣出来，再登录学生平时成绩，这项工作非常繁琐。另外，很多学生专业名称书写不规范，更是增加了教师分拣报告的难度。为解决这一问题，借鉴了邮政编码的设计灵感，用班级代码代替专业班级，班级代码由一个英文字母和一个数字组成。例如：用A1表示环境科学2020级1班，用E9表示机械设计制造及其自动化（机械电子）2020级9班，等等。这样一方面使教师分拣报告单准确、快捷，另一方面简化了专业名称，容易记忆、便于管理。

（三）巧妙设置实验报告箱

实验开放中因为班级、人数众多，做实验不再是以班级为单位，学生自主选择上课时间及内容，所以教师与学生之间交报告、发报告就成了问题，学生不可能收齐了整班的实验报告一起交给授课教师，课代表也不可能固定时间到老师那里取回批改过的报告。为了解决这个问题我们设计了实验报告箱，将报告箱分为班级报告箱和教师报告箱两种。报告箱每班一个，箱上标有该班的班级代码，教师报告箱每名教师一个，箱上标有教师的姓名。学生交报告时投到对应的教师报告箱中，教师发报告时投回学生对应的班级报告箱中。这样只要开学初把报告箱的钥匙发到各班课代表手中，本学期与学生之间的实验报告交流就都可以通过报告箱来完成。

（四）简化考核和阅卷方式

东北林业大学每个学年大约有4000人参加大学物理实验课，期末批试卷对教师来说也是一项非常繁重的工作，要花费相当长的时间，而且容易出错，为减少教师批卷的工作量，采用选择题的考试方式，不设主观题，这样一方面避免批改主观题产生扣分分歧，同时大大减少了教师批卷时间。2006年又引进了阅卷机，这样就将教师从繁重的批卷工作中解脱了出来。用阅卷机批卷速度快、准确率高，并且可以出多套试卷考试，大大减少了因选择题带来的作弊现象发生。

二、制定分类培养教学体系

打破传统的大学物理实验力、热、光、电界限，制定专业分类培养体系，根据专业特点和专业需求，结合专业类别和培养目标，设置不同专业必做的实验项目，制定专业分类培养细则，将实验教学分为基础实验、必修实验、自选实验3个层次。基础实验为所有专业均开设的实验；必修实验则是结合专业特点、学科分布、专业需求和培养目标，选择与专业相关实验，如电气类和电子信息类专业以电学类实验为主，而土木类专业以力学、材料实验为主等等；采取专业必修和学生自选相结合方式制定大学物理实验分类培养细则，表1为东北林业大学各专业大学物理实验分类培养体系细则（以电气类专业为例）。最终，形成分类培养教学体系，对专业人才培养质量提供强有力支撑。

三、采取多元化教学方法，实践创新育人

探索多元化创新人才培养模式，打破传统物理实验教学方法，加强虚拟仿真实验建设和在线课程建设，注重大学物理实验教学的虚实结合学习方式^[4]。将慕课视频与实际授课结合、将虚拟仿真实验与具体实际实验结合、将学生预习与教师课堂讲授结合，改革实践教学模式，创新实验教学技术与手段，进行混合式教学方式的探索与实践，注重虚拟仿真实验建设，开展多样化实验教学方法，使实验教学从单一型向多元化发展，提高物理实验教学质量。引导学生积极参与自制和改进物理实验仪器，激发学生的创新潜能，提高实践创新能力。

四、大学物理实验体系化改革创新点

（一）理念创新

创造性提出了“开放—分类—创新”的体系化改革理念，并进行了大学物理实验体系化改革与实践，以提高实验教学质量为宗旨，以符合OBE理念培养创新人才为目标，其内涵覆盖了教学体系的顶层设计和模块化研究，教学改革具有系统性、综合性和体系化的特质，着力培养学生品德、知识、素养，发展个性特长，激发全面发展的潜质和能力，倡导实践育人。

（二）开放管理体系创新

构建大学物理实验开放教学管理体系，从上课时间选择、实验项目选择和授课教师选择等方面对学生全面开放。学生根据自己的时间，实现自由选课，突破传统教学方式、注重以学生为主体、发挥学生个性特点、调动和激发了学生学习物理实验的积极性。提高实验仪器设备和实验用房的使用率， 缓解仪器设备和实验用房的压力， 不设置固定课表，减轻教务部门安排课表上的巨大压力。

（三）分类培养体系创新

打破传统的大学物理实验力、热、光、电界限，将实验教学分为基础实验、必修实验、自选实验3个层次；结合专业类别和培养目标，设置专业必修实验项目，采取专业必修和学生自选相结合方式制定分类培养细则，构建符合OBE理念的大学物理实验分类培养体系。

（四）授课模式和实践育人创新

将慕课视频与实际授课结合、将虚拟仿真实验与具体实际实验结合、将学生预习与教师课堂讲授结合，打造全新的授课模式。同时，加强虚拟仿真实验建设，将在线课程、虚拟仿真实验和物理实验课堂教学三者有机结合，采用虚实结合学习方式，打破传统物理实验教学方法，进行混合式教学模式和多元化授课方法。积极引导学生参与改进和自制物理实验仪器，激发学生的创新潜能，提高学生实践创新能力，也是贯彻落实《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》的精神，灌输实践育人理念。

五、实践应用效果

大学物理实验体系化改革，突出了基础学科的支撑引领作用，有利于培育专业创新人才。大学物理实验开放教学，从实验时间选择、实验项目选择和授课教师选择等方面对学生全面开放，学生根据自己的时间，实现自由选课，打破传统教学不利影响，减轻了教务部门安排课表上的巨大压力。采取编排班级代码，设置实验报告箱，选择题考试、阅卷机批卷，充分利用网络平台等多种措施，有效减少了教师和管理者的工作量，逐渐形成良性循环。构建符合OBE理念的大学物理实验分类培养体系，对专业人才培养质量提供了强有力支撑，有利于培养专业创新人才，有利于提高人才培养质量达成度。开展多样化实验教学方法，改革物理实验教学模式，使实验教学从单一型向多元化发展。经过多年实践教学，学生竞赛取得了丰硕成果，2016—2020年，东北林业大学学生获得国际、国家级、省部级各类学科竞赛奖项数量达到3000余项，连续三年蝉联全国农林类本科院校大学生竞赛排行榜榜首。大学物理实验课深受学生喜爱，激发了学生学习物理实验的兴趣，使学生由被动学习变成主动学习，学生对这门课程的满意度达到95.6%，大学物理实验课被评为校级精品课程，“开放—分类—创新”的体系化改革在省内高校和全国农林高校起到引领和示范作用。

参考文献：

[1] 张凤琴，林晓珑，王逍.创新人才培养下的大学物理实验教学改革研究[J].大学物理，2017，36（3）：36.

[2] 李震，李良荣.高校电子类实验室开放教学与管理探索[J].实验室科学，2019，22（5）：233.

[3] 唐军杰，王爱军.基于实验班管理模式的实验开放教学网络管理系统[J].物理实验，2006，（12）：16.

[4] 肖立勇，尹跃.基于混合式教学模式下的大学物理实验教学改革和应用[J].物理通报，2020（4）：86.

编辑/丁俊玲