摘要:
大学物理实验课程侧重于学生实验方法、实验思想、实践能力、创新思维和科学素养的培养。分析了课程教学特点及存在的问题，研究了课程教学改革措施。不断更新教学理念，坚持夯实基础、培养能力、锻炼思维、激励创新四个基本理念。改革教学内容，课程内容改革为四个教学模块，采用任务驱动法，使学生处于积极的学习状态。设计应用了多种教学方法，包括同伴教学法、组队竞技、障碍赛和研讨式等教学方法。采用线上线下混合式教学方式，充分利用MOOC、微课资源，突破时间和空间的限制，培养学生的创新实践能力。
Abstract:
College physics experiment course focuses on the cultivation of students’ experimental methods, experimental ideas, practical ability, innovative thinking and scientific literacy. This paper analyzes the characteristics and existing problems of curriculum teaching, and studies the measures of curriculum teaching reform. Constantly update the teaching concept, adhere to the four basic concepts of consolidating the foundation, cultivating ability, exercising thinking and encouraging innovation. Reform the teaching content, reform the curriculum content into four teaching modules, and adopt the task driven method to make students in a positive learning state. The design applies a variety of teaching methods, including peer teaching method, team competition, obstacle competition, discussion and other teaching methods. Adopt online and offline mixed teaching methods, make full use of MOOC and micro class resources, break through the limitations of time and space, and cultivate students’ innovative and practical ability.
1. 引言
《大学物理实验》课程是本科各专业科学文化基础课程中一门必修的自然科学基础实践课程，是学生系统接受物理实验方法和实验技能训练的开端。根据国家教委规定工科院校《大学物理实验》需独立设课的有关要求，大学物理实验课程为一门独立的课程，课程更加侧重于学生实验方法、实验思想的学习，更注重实践能力、创新思维和科学素养的培养，需开设更多综合性实验和设计研究性实验，是培养学生动手实践能力的必要环节 [1] [2] [3] [4]。
2. 课程教学特点分析及存在的问题
2.1. 课程教学特点
大学物理实验课程具有鲜明的理论联系实际的特点。着重培养学生实践动手能力、研究问题、解决问题和自主创新能力，例如一些物理量在实验中直接测量比较困难，我们就要寻求一种间接的转换方法进行测量。前序课程有高等数学课程，为该课程的学习提供了数学基础，同步于大学物理课程同时开课，后续课程有电子技术专业等专业背景课，空气动力学等专业基础课，空气动力学等专业基础和专业课程，为后续课程的开设提供电磁学、气体动力学等理论和实践基础。
大学物理实验课程具有系统的理论知识、方法和技能。通过该课程的学习，学生可获得物理量测量和数据处理的基本知识，掌握物理实验的基本方法和技能，例如课程教学过程中，不断强化学生的实验数据处理能力，训练学生作图的规范性。在培养学生的科学能力和优良的品质方面具有重要的作用，重点关注学生实事求是、理论联系实际、认真严谨的科学态度，以及遵守纪律、团结协作的优良品德 [5] [6] [7] [8] [9]。
2.2. 课程教学存在的问题
本课程教学对象的物理水平参次不齐。教学过程中通常是所有的学生学习内容统一要求，对不同的学生没有做到区分教学。学生为一年级下学期和二年级上学期本科生，本校学生都是参加地方高考入学的学生，学生成绩优异，基础知识扎实。但由于各省份高考对物理的要求并不相同，学生的物理基础各异，有的学生是文科出身，高中时基本没有学过物理，物理基础差异较大。接触过的实验设备不多，在实验数据记录的规范性和数据处理方面都没有进行过系统的训练。学生仅学习过大学英语和数学等基础课程，没有学习过专业课程，理论联系实际应用的能力弱，但渴望了解和学习相关专业应用的案例。
课程教学模式单一。基本上都是老师上课之前调试好实验设备，上课时老师按照实验原理、实验内容、实验步骤以及实验注意事项的顺序讲解，对于一些操作复杂的设备，还要边讲边演示操作，学生的学习积极性不高，大部分学生只是为了完成老师规定的任务，不能很好地激发学生的创造力。
3. 课程教学改革措施
3.1. 更新课程教学观念，调整教学思路
根据课程特点及存在的问题，更新了课程教学观念，调整教学思路，坚持夯实基础、培养能力、锻炼思维、激励创新四个基本课程设计理念。课程实施过程中注重利用直接感知为主的演示和参观方式激发学生学习物理实验的兴趣和积极性，课程开始之前组织学生参观演示实验室，重点讲解飞机在风洞中的实验、飞机角动量守恒等相关专业本科物理学知识。
教学过程中充分融入课程思政元素，利用图片、视频实现全过程育人、多方位价值引领。例如通过介绍物理实验科学家获得诺贝奖的情况，引导学生体会科学精神和科学方法的重要性，通过实验逐步的训练，培养学生严谨认真的科学态度，激发创新精神 [10] [11]。
教学过程中坚持“少讲多练、以学生为主、老师引导为辅”的教学理念。采用边讲边做的方式，突出实际应用案例的讲解和研讨，如在声速测量实验讲解飞机接近音障形成蒸汽锥，充分激发学生的研讨热情，突出学生实践自主操作的自主地位。
教学实验项目课堂实施时采用“任务驱动法” [12]，以解决问题、完成任务为主，充分利用研讨式教学。首先明确实验目的给学生学习任务，学生通过听讲、实验操作、研讨完成学习目标，使学生处于积极的学习状态。研讨过程中注重拓展专业应用，如杨氏模量测量实验中介绍建造大桥材料的选择应用案例，培养学生理论联系实际应用的实际、树立科学的世界观和辩证唯物主义观。
3.2. 改革课程内容，更新教学条件
改革课程内容分为四个教学模块，基础理论、基础性实验、综合性实验、设计性实验四个模块，按照学生的认知规律，从实验基础理论到设计研究性实验是一个由浅入深、循序渐进的过程，逐级提高学生的实践能力。不同的课程教学模块教学过程中采用不同的教学策略，实验基础理论学习测量和误差等有关实验知识，为后续实验测量和数据处理打牢基础。基础性实验讲清原理、设备和实验内容，比较难理解的情况要演示操作步骤 [13]。天下大事，必做于细，教学时特别注意培养学生关注细节的能力，比如作图描点，点到底要描多大，接线旋钮到底应该拧多紧，等一些细节方面都要讲到。注重训练学生的实验技能，学会基本工具的使用，取齐学生知识结构和能力层阶。综合性实验注重锻炼思维，讲解实验原理和方法，可以不给出具体实验步骤，学生通过自己阅读实验设备说明书，学习实验设备操作方法，设计实验方案，锻炼用物理实验思维解决具体问题的能力。设计性实验注重激励创新，学生根据给定的实验题目，自己查阅资料，学会原理、方法，选择设备，设计实验方案，独立完成实验过程，激发学生的创新意识和能力，并且鼓励学生积极参加物理创新作品的制作。
在课程教学条件建设过程中，物理实验室更新了教学仪器设备，更新教学设备300余套，持续更新教学内容。根据不同专业学生特点编写了立体化教材，增加了二维码，学生可以随时扫描观看设备操作讲解演示视频，针对不同实验项目拓展了相关专业知识，例如透镜焦距测量实验中，拓展了“菲涅尔”透镜光学助降系统的应用原理。
3.3. 应用多种课堂教学方法，激发学习兴趣
根据学生的特点，不同的学生采用了分组教学的方案，每组学生人数不超过20人。在教学过程中，突出专业应用，每名学生一套设备，要求每名学生独立完成实验。根据实验内容的特点设计应用了多种教学方法，利用同伴教学法、组队竞技、障碍赛和研讨式教学方法，促进学生自主学习的积极性，激发学习兴趣。
同伴教学法能够很好的解决学生存在个体差异的问题，在互帮互助的过程中，保证所有学生都能跟上进度，同时对于学习比较快的同学也可以实现从知识输入到知识输出的转变。组队竞技和障碍赛，适用的模块要根据实验内容而定，有的实验适合组队竞技的模式，例如密立根油滴仪实验，有的则适合障碍赛。这两种方式都能极大的提高学生的积极性、参与度和创造性，学习效果提升明显。研讨式教学主要用于综合性和设计研究性实验，主要解决学生无处下手、进展缓慢、进度差异大等问题，能极大提高学生的自学能力、缜密思维能力、系统表达能力和自主创新能力。
一些实验项目教学过程中采用启发引导，动画演示，边学边做的教学方式授课。边讲边做主要针对一些实验操作比较复杂的基础性和综合性实验项目，例如分光计的调节与使用、示波器的使用等实验项目，单纯的理论讲解可能造成学生信心丧失、专注力降低等问题。在讲解过程中穿插动画展示、实操演示，能够大大提高学生的专注力和学习兴趣，同时也能够通过理论与实践的结合加深物理理论的理解。
3.4. 采用线上线下混合式教学，增强创新实践能力
教学改革中采用线上线下混合式教学方式，借助物理演示实验软件，搭建了大学物理虚拟实验平台，保证了学生的学习不再受时间和空间的限制，有手机或电脑就能满足实验学习的需要，学生可以充分利用网络教学资源进行实验预习，课后可以进行及时地复习，该平台在疫情期间发挥了重要作用，实现学生线上和线下互动，利用多种教学手段满足不同实验项目的特点和需求，保证了线上上课的顺利开展 [14] [15]。课程组也非常注重MOOC和微课的制作和应用，学生可以充分利用MOOC、微课拓展物理专业装备知识。利用实验室开放、虚拟实验室学生可高质量地完成预习和复习 [16] [17]。
鼓励学生参加各类物理创新实践竞赛，课堂教学内容中融入创新思想和创新选题内容的灌输，通过大学物理实验对学生实践动手能力和理论应用能力的系统训练，培养学生的创新实践能力。历年来学生累计制作创新实践作品200余项，制作作品贴近专业特点，应用广泛。参加各种物理实践类竞赛，获省级和军队级竞赛一等奖30余项。
3.5. 改革课程成绩评定方式
课程成绩评定包括形成性考核和终结性考核两部分。形成性考核成绩为所有实验成绩的加权平均分，占总成绩的70%；终结性考核为课终考试，由抽选实验项目操作、笔试两部分组成，占总成绩的30%。
4. 总结
根据课程教学特点及存在的问题，探讨研究了课程教学改革措施，依据不同专业特点设计课程内容，课程设计为基础理论、基础性实验、综合性实验、设计性实验四个模块，按照学生的认知规律，从实验基础理论到设计研究性实验是一个由浅入深、循序渐进的过程，逐级提高学生的实践能力。
课程教学过程中不断更新教学观念，调整教学策略，采用演示和参观方式激发学生学习物理实验的兴趣和积极性，采用讲授法和研讨法，充分融入课程思政元素，培养学生严谨认真的科学态度，激发创新精神。教学过程中坚持“少讲多练、以学生为主、老师引导为辅”的教学理念，充分利用研讨的方式教学，采用边讲边做的方式。教学实验项目课堂实施时采用任务驱动法，给学生学习任务，学生通过听讲、实验操作、研讨完成学习目标，使学生处于积极的学习状态，激发学生的学习兴趣。
在实际课堂教学过程中，根据学生特点以及实验内容的特点设计应用了多种教学方法。包括同伴教学法、组队竞技和障碍赛和研讨式教学方法。首先采用线上线下混合式教学方式，并且非常注重MOOC和微课的制作，鼓励学生参加各类物理创新实践竞赛，通过大学物理实验对学生实践动手能力和理论应用能力的系统训练，培养学生的创新实践能力。