面向培养卓越工程师的物理课程实验教学改革与探索

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2025）12-0130-04

Abstract：Experimentsarenotonlyanessential partofphysicscurculum leaing，butalsooneoftheimportant pathways toimprovethequalityofphysicsteachingandcultivatethecomprehensiveliteracyofoutstandingenginers.Physicsteaching groupofSJTUParisEliteInstituteofTechnology（SPEIT）cultivatesstudents‘subjectabilty，engineeingcapabityandscientific spirit，professioalspirit，ysgingteacingontentmprovingexpeimentalassessmntandstrengtenngiologicaluctio. Thisarticlewillpresenthowteachinggroupconductsexperimentalteachingreform，investigateslearningexperienceandeffectof students，andprovidesreferenceandideasforexperimentalteachingofphysicscoursesaimedatcultivatingexcellntegieers.

Keywords： experimental teaching reform；physicscourses；enginering capability；problem oriented； excelent engineers

上海交通大学巴黎卓越工程师学院（以下简称中法学院）依托上海交大优势学科及办学条件，引进法国工程师培养理念和优质教学资源，致力培养具有国际视野、杰出的工程技术人才和企业界领袖。学院积极探索，形成“基础通识阶段（2.5年） + 工程师专业阶段（4年）"的特色人才培养模式。前2.5年基础通识阶段不分专业，采用“大数学"和“大物理"覆盖数学、物理、化学、计算机科学及机械、通信等应用学科外沿的工科通识教育。之后的工程师专业阶段分为机械工程、信息工程、能源与动力工程三个大类进行专业培养。基础通识阶段主要借鉴法国的预科教育，着重强化数、理、化和计算机等基础学科的学习，在坚固学生工科数理基础，培养其学科能力（理解、建模、分析、运算和验算）的同时，关注学生的工程技术能力（应用知识、自主研究、创新、跨学科、团队协作及交流表达）的逐步形成和提升。

中法学院的所有物理课程均由物理与化学教学组采用团队教学完成所有教学任务。理论大课平均每周2＼～3次，每次2课时。与其系统配置的实验课平均每1＼～2周一次，每次2课时，采取20人左右的小班化教学。学生随机两两组合，配有两名教师，师生配比高，确保每位学生能及时与教师沟通，解决问题。

物理是一门以实验为基础的学科。中法学院物理教学团队始终秉持“以学生为中心，以产出为导向和持续改进"的OBE（Outcomes-Based Education）教学理念，不断积极地从内容设计、教学实践、能力指标和评价体系等各方面来提升物理实验的教学质量，但仍面临以下困惑及思考。

学生“实验习惯"不佳，哪怕是高年级学生。比如学生能够按部就班地完成实验的指定步骤，但对于开放设计型的问题表现出自主探索意识薄弱；课前预习完成度不够，导致不熟悉实验，课堂操作低效；不能正确计算实验结果的不确定度；混淆数值计算中的有效数字；违反实验室守则，违规操作、在实验室饮食、实验结束忘记关闭电源或整理仪器等。

曾经采用间隔性、能力培养为导向的考核：教师根据学生的课堂表现及课后报告给予综合评价，并针对具体实验内容制定评价细则。由于考查条目较多且频次有限，笔者发现对于自觉性不够、能力不足的学生，实施能力考核时学习压力过大，无考核时懒散拖沓，课后仍一知半解，实验效果不甚理想。

物理实验作为蕴含丰富思政元素的教学环节，不仅能够帮助学生巩固理论知识、掌握实验技能，还能培养学生的科学态度、团队精神、安全意识和操作规范等多方面的素质。因此，教师应充分重视实验在课程思政建设中的重要作用，通过优化实验设置、加强实验教学管理等方式，挖掘和设计物理实验中的思政元素。

针对上述问题，笔者所在教学组将通过丰富内容、改进设计、优化考核与融入思政一系列的教改，来提高物理实验的教学质量，培育学生作为未来卓越工程师所应具备的综合素养。

一物理课程实验教学的改革思路

中法学院的物理教学组与基础阶段的数学与计算机教学组，正在逐步构建完善以学生综合能力为产出的“问题导向式”教学模式，促进学生学科能力及综合工程能力的全面提升。物理课程实验对应其他院系的大学物理实验课，设想加强其所采用的PBL（Prob-lem-BasedLearning）教学[1-2]。PBL教学模式是基于现实世界的以学生为中心的教育方式，把传统的学生被动接受式学习转变为主动探究式学习的过程。它在课程设置上具有应用PBL教学模式的条件，实际教学中存在的问题又以缺乏主动性为主，而PBL的特点就在于以“问题"驱动学生自主开展学习活动，将大量碎片化的知识串联成学科专业知识链，在解决问题过程中培养各种能力[4]。

课程考核作为教学过程中的一个重要环节，既能反映学生学习情况，又对学生学习有重要的导向作用。大学物理实验考核应该贯穿教学过程的始末，在教学环节的整个过程中重视对学生的实验技能、问题分析与处理能力、创新能力等的考核，科学全面地引导监督学生。实验操作环节作为实验教学的重要环节，教师将学生实验态度、实验操作技能、实验问题的解决等方面作为实验考核的依据。在大学物理实验教学过程中，应系统全面地对学生知识水平、素质能力、创新精神和行为规范等进行综合把握，进行科学合理的考核评价。加强对实验预习效果的检查，准确把握学生的实验操作情况，突出实验报告中结果讨论与误差分析的地位，将学生的日常行为规范纳入考核范围。科学合理的实验课程考核评价体系能客观反映学生综合素质和创新能力，实现教与学的良性反馈，提高实验教学质量。

思政教育重在课程，其建设是为了更好地达成课程的育人目标和人才培养目标。学生在自主完成实验过程中，会展现出比理论课程更为丰富的人格特点和行为特征，这给课程思政教育提供了广阔的舞台和机会，在大学物理实验授课过程中密切关注学生实验情况，及时找准契机对学生进行科学的、严谨的治学态度的培养，会起到事半功倍的效果。大学物理实验授课过程中要把握好每个可以融人思政元素的关键点。物理实验中会涉及一些仪器使用的安全问题，在教学过程中要强调仪器的安全使用，提高学生的安全防护意识和规范操作能力。实验数据处理与分析是实验报告的重要内容，实验数据处理过程不仅要遵循相应的公式和物理知识，而且处理过程要严谨细致，根据实验计算结果与分析可以大致评价学生实验水平的高低[8]。

二 物理课程实验教学的改革措施

笔者所在教学团队通过添加线上线下元素来丰富实验内容，通过遵循问题导向，将实验编排成一个解决问题的全过程来改进实验设计。通过建立全过程的实验评价体系来增强考核实效。通过强化实验教学与考核中的思政建设来提升实践环节的“教书育人”实效。以多元素、遵循问题为导向的科学设计引导学生自主探究，以科学合理的考核机制激励和督促学生高效完成实验。本轮物理课程的具体实验教改措施分为三部分。

第一，基于原有物理实验指导素材，重新编排实验内容及设计。课前，将运用LTSpice软件模拟运算电路作为电学实验的预习要求，对于其他物理分支学科，设计理论预习部分，引导学生独立思考，如何实现目标，引出实验问题。课中，循序渐进地指导学生完成实验，最后部分要求学生自主设计步骤来实现实验目标，以此研究问题。课后，要求学生思考如何改进实验，解析实验现象、结果等，由此分析问题。将每次实验安排成一个解决问题的全过程，培养学生应用知识、自主研究、创新、团队协作、交流表达，以及解决实际问题的综合实践能力。

第二，每次实验设计一张考查评价表，教师当堂记录学生理论或与软件模拟的课前预习完成情况，检查实验的主要步骤结果，并要求学生填写重要结果，在实验课结束后当堂提交。实验课反复强调安全规范操作和遵守实验室安全守则，强化安全纪律教育，并将安全意识、操作行为等作为每次实验固定的考核内容，牢固树立学生的安全规范理念，强化安全责任担当。实验结束后，要求学生关闭设备，断开电源，整理实验器材，教师也将记录在表内。以上作为实验的课中表现考查。对于要求撰写报告的实验，另外重新设计一张综合能力评价表，结合课后提交的实验报告给予综合评分，建立全过程的实验考核体系。

第三，遵循“教学评一体化”原则，笔者将思政教育以“溶盐于水”的形式融入实验教学的同时，也将对应的思政元素纳人实验考核。课前通过学生自主学习、理论证明与计算、自主软件模拟来让学生学会数学思维与方法，培养其探索精神。课中通过学生随机两两合作完成操作、数据处理与分析、自主设计步骤来培养其工程师职业规范、严谨的科学态度、学术诚信、团队协作、探索与创新精神。课后通过学生合作撰写报告、思考实验结果和改进来培养其团队协作、探索与创新精神。

此处以一次实验课为例来具体阐述教改措施，为大一下学期大学基础物理的实验3：惠斯通电桥。

课前预习：理论推导，证明惠斯通电桥的相关电路分析结果，推导电桥平衡时的四个电阻之间的关系。软件模拟，实现惠斯通电桥，验证电桥平衡时与非平衡时的电流大小。改变不同的电阻值，验证惠斯通电桥的平衡条件。

课中操作：测量线圈的电阻，步骤一使用万用表的电阻表直接测量250圈线圈的电阻，并计算其测量的不确定度；步骤二使用惠斯通电桥来测量电阻，包括选择合适的电阻，实现电路，测量电阻并计算其不确定度。比较用两个步骤得出的结果，并用不确定度来作评论。步骤三测量电阻的变化，标定电桥。选择合适的电阻，实现带有一可变热敏电阻（可变电阻箱）的电桥。使用万用表的电流表将电桥平衡，测量记录此时的电阻并计算其不确定度。使用电压表，改变电阻箱的大小，记录其对应的电压值。通过作图拟合和计算得出热敏电阻的灵敏度，推出可测量温度的最小变化。

课后报告：要求实验合作的两位学生以小组为单位撰写、提交报告，报告内容包括理论推导与模拟结果；实验结果及其不确定度；回答实验指南的所有问题。笔者重新设计一张综合能力评价表，包括针对课前预习、课中操作、课后报告，与融入的思政元素，结合课上使用的考查评价表，给予学生综合评价。并于批改后，连同报告将综合能力评价表反馈给学生。

三物理实验教改实践的调研与思考

针对上述在中法学院基础阶段物理课程中开展的实验教改实践，笔者就其实施效果做了一次无记名问卷调查。调查对象为学院在读的本科一、二年级学生，收到问卷共计142份。其中95份大一问卷（占比66.9% ），47份大二问卷（占比 33.1% ）。

调查一提问学生哪些物理实验中的环节有助于学习物理。 51.4% 的学生选择实验前预习， 79.6% 选择实验设备的操作， 71.8% 选择实验数据的收集与分析，29.6% 选择实验报告的撰写， 66.9% 选择与同学或与教师讨论。可见，大部分学生是认可设备操作、数据收集与分析的。选择预习与报告撰写的学生数相对较少，教师需思考如何让学生认识到课前预习与撰写报告对于学习物理的重要性，提高实验积极性与参与度。如通过提供报告示例，给予学生指导，尤其是大一学生。

调查二是学生倾向实验类型的结果。 73.9% 的学生喜欢验证性实验， 61.3% 喜欢探究性实验， 35.2% 喜欢设计性实验。由此，教师需探究学生相对排斥设计性实验的原因，并采取相应的对策，激发学生的设计兴趣和动力，培养创新能力。设计性实验通常要求学生具备一定的基础知识与实验技能，若难度过高，学生可能会感到挫败。教师要根据学生的实际情况，合理编排设计性实验的难度、内容与比例，并提供必要的提示和引导。