智能制造背景下的“大学物理实验”师资培训研究

2023-04-15崔富刚

教育教学论坛 2023年8期

崔富刚

（陕西理工大学物理与电信工程学院，陕西汉中 723003）

“大学物理实验”作为高等理工科院校各专业必开的实验基础课程，对培养学生严谨的科学态度、科学素养，以及科学实验、发现问题和解决问题的能力起着其他课程不可替代的作用。在智能制造背景下，“大学物理实验”课程需要主动适应新时代对应用型本科院校学生的基本要求，培养学生更多企业和社会所需要的技能和素质［1］。大学物理实验原理和内容涉及面广，对动手能力要求较高，学生实验操作过程中会遇到各种问题，这一特点使得该门课程对培养学生的综合能力有着十分重要的作用。

为了提高课程教学质量和教学效果，在智能制造背景下通过“大学物理实验”课程师资培训，提高实验师资队伍的专业水平和教学能力，转变“大学物理实验”课程传统教学模式、教学观念及考核办法，激发学生学习的主动性和创造性。

一、“大学物理实验”师资培训模式的现状和存在的问题

“大学物理实验”课程需要一支高素质的专业师资队伍，教师不仅要有渊博的理论知识，还要具备较强的创造性和开拓性［1］。目前，“大学物理实验”师资培训主要按两种模式开展：一是会议报告式培训，二是考察调研式培训。这两种培训模式在提高教师专业水平和教学能力方面起到了一定的作用，但都缺乏系统性和针对性。通过零散的学术报告和讲座对教师进行培训，没有考虑到教师的个体情况和各个学校学生的差异，也没有系统考虑到各高校的实验室条件、专业发展以及教师业务发展的要求，导致了培训的零散性；没有连续性的相关培训，使得培训的内容和模式没有针对性，导致了培训效果成效甚微。

二、智能制造背景下的“大学物理实验”师资培训

（一）转变教学观念和教学模式

目前，普通高校理工科“大学物理实验”课程教学学时并不统一，安排45学时的院校较多。陕西理工大学“大学物理实验”课程教学学时为48学时，根据学时和教学大纲要求，总共安排了16个实验项目。实验课的流程各高校基本一致：课前要求学生做好预习，熟悉原理和步骤，写出预习报告。实验课上，指导教师做必要的讲解和演示，然后学生动手操作。实验过程中，学生调节仪器、观察现象、记录数据和结果，教师检查数据和结果。如果数据和结果有问题，在教师指导下重新实验；如果数据和结果没有问题，教师签字，给出学生本次实验课的操作成绩，就算完成了本次实验课的操作。课后学生完成实验报告即完成了一次实验。其余时间多数学生就不会再去关注物理实验了。

对于理工科高校，每学期需要开设“大学物理实验”课程的班级很多，我校有70多个，为了完成繁重的教学任务，实验项目多数为验证性项目，综合性项目仅安排2个，而设计行性实验项目只安排1个。每学期学习“大学物理实验”课程的班级太多，不便进行统一期末考试。课程考核采用本学期每次实验的操作成绩和报告成绩相加的方式，按百分制折合成最后的总成绩。只要每次实验课都能到实验室完成实验，课后完成实验报告，95%以上的学生都能顺利通过考核。

这样的教学模式和考核办法往往给很多学生一种错误的导向：只要每次上课按时到场，按要求完成实验操作，测出实验数据和结果，课后完成实验报告，最后考核基本都能通过。传统教学模式下“大学物理实验”课程的缺点表现在教学模式单一、验证性实验项目偏多、仪器利用率不高、考核不够全面、教学内容统一规定、学生不能自由选择实验项目和时间等方面；另外，学生也无法按自己的想法进行研究性、探索性实验。不仅不利于学生创新能力的培养，反而容易让学生滋生惰性和依赖性，难以激发学生实验的主动性与创新性。

要想扭转“大学物理实验”传统教学模式的弊端，首先要让实验指导教师转变教学观念和教学模式，实验教学内容不能仅局限在课内。要因势利导，利用电子设备和互联网，让学生在课余时间收集、观看物理实验小视频，录制演示实验视频，讲解其原理，设计自制实验仪器等多种活动，将实验教学内容延伸到实验课之外，采用多种形式和办法激发学生实验的参与热情和兴趣。改变传统的“教师为主体、内容为中心、实验操作为载体”的教学模式，形成“学生为主体、突出强调参与各种实验活动且各类实验教学方式并存”的教学模式，充分发挥学生的主观能动性［2］。同时改变相应实验课考核内容和办法，将考核内容和办法分课内部分和课外部分，通过改革提高学生参与实验的积极性和主动性。

（二）智能制造背景下“大学物理实验”师资培训方向和内容

1.发挥物理实验课程在思想政治教育中的优势作用。培训“大学物理实验”课程教师应充分把握本课程在实施课程思政中的特色优势，将课程思政教育融入“大学物理实验”课程。“大学物理实验”课程具有利于开展课程思政的两个特色优势：一是丰富多样的思政元素适合开展多主题的思想政治教育；二是“大学物理实验”作为理工科院校各专业必修的基础课程，其定位有利于实施量大面广的课程思政。

“大学物理实验”课程学习的内容包括背景学习、实验操作和知识拓展等，在实验背景中有许多科学家奋斗的艰难历程和科学发展史，这是实施课程思政教育鲜活生动的素材。“大学物理实验”教学中教师的主导作用概括起来有两个方面：一是政治思想导向，二是课程知识传授。合格的实验教师需要同时具备较高的思想道德修养和教学行政能力，即在教学过程中精通专业；以身作则、为人师表；能够因材施教，组织实验教学秩序，把握好严格要求品行和自由发展学术的平衡。

在实验教学过程中，教师通过课程内容讲授和学生动手操作及相互讨论，总能找到各种切入点实施思想政治教育。教师自身的人格魅力对于学生的影响是直接的、巨大的。教师的言行举止、教学风范都会潜移默化地影响学生。讲解循循善诱、语言优美、课堂氛围和谐民主、教师作风亲切友善等都能让学生从教师身上体会到责任感和敬业精神。因此，在实际教学中实验教师应顺势而为，加强对学生实施爱国主义和理想信念教育，以及包括社会主义核心价值观在内的各种主题的思想政治教育［3］。同时，在实验室安全教育中融入习近平生态文明思想和社会公德教育，布置实验工作和任务时强调职业道德和学术道德标准。

2.鼓励学生自制实验仪器，激发学生实验创新能力。目前，高校实验室的很多仪器设备集成度很高，学生实验时不用连线路和仪器调试，经过简单操作就能看到实验结果。用起来很方便，但使用的灵活性、扩展性、可开发性却大打折扣。这样的仪器设备容易使学生产生惰性，教学效果差，达不到培养应用型、创新型人才的目标。为了加强理论与实践相结合，课内与课外相结合，突出学生个性化发展，切实锻炼学生的动手能力，培训教师在实验教学过程中，提出一些设计性实验题目，让一些实验能力的优秀学生组成团队，并提供一些必要的帮助和支持，鼓励其积极参与自制实验仪器活动，注重激发学生的上进心和特殊兴趣。

学生自制实验仪器在开始起步阶段有一定难度，不知道如何下手。培训教师可以引导学生先在网上收集收看演示实验小视频，受到引导和启发后，从做一些简单的演示实验仪器开始，有了第一次的成功，学生体会到自制仪器成功的喜悦，就有了成就感。这样由小到大，由简单到复杂，就能逐渐培养出学生的兴趣。有了兴趣，就能提高学生实验参与率。自制实验仪器对提高教师自身业务水平和提高学生的实践创新能力都有重要意义。

3.鼓励学生录制演示实验小视频，激发学生实验兴趣和实验参与率。物理演示实验具有真实、直观、形象和生动的特点，在实验教学中有着特殊的魅力。运用物理演示实验，训练学生动手、动脑能力，培养学生实验技能，让学生体会到“发现”与“克服困难，解决问题，获得成功”的喜悦。由于演示实验过程明显、结果清晰并且便于观察，因此正确运用演示实验可以使物理教学从生硬和呆板中摆脱出来，显得生动活泼、趣味盎然，有助于激发学生的学习兴趣，提高学生的理解能力和观察能力［4］。

2021年陕西理工大学物理实验教学中心建成一个面积达150多平方米的物理演示实验室，内容涵盖力、热、声、光、电等基础学科，涉及新能源、全息互动、磁悬浮等演示实验项目60多个。这些演示实验项目既能吸引学生亲自动手参与操作，又能让学生在娱乐之中思考和学到知识。

为了鼓励学生利用课余时间到演示实验室动手实验，避免学生走马观花、看热闹，可要求学生把整个实验过程录制成视频并讲解其中的物理原理和实验步骤，强调演示实验的规范操作和注意事项，录制的视频编辑完成后可上传至“学习通”，与全校师生分享。

4.利用创新实验室让学生参与到设计创新研究项目中去。本科生很难接触到科研项目，培训教师利用创新实验室，借助大学生创新训练项目和课外科技竞赛等活动，让参与成员能对科学问题的研究方法、思路方案及流程等方面有深入的了解，同时也能让学生参与到设计、自制过程中，培养学生的研究创新能力和实践动手能力。

我校物理实验教学中心教师，根据自己的研究方向及多年教学经验给出了不少创新实验题目，并将其公布在物理实验教学中心网站上，鼓励学生积极参与，开展创新实验的研究工作。学生也可以提出自己的设计方案，然后和创新实验教师联系，由教师评估其可行性，并在教师的指导下完成。这种创新实验项目，可以一个人独自完成，也可以团队合作完成。通过大学生创新实验，建立创新实践平台及创新实践项目库，给学生提供进一步深入研究的平台，为将来科研工作和工程设计打下坚实的基础。

（三）智能制造背景下“大学物理实验”考核方式

课程考核方式有很重要的统领和导向作用。为了配合教学模式和教学内容的改革，让改革取得满意的教学效果，课程考核方式必须做相应的改变。“大学物理实验”考核方式采用课内考核和课外考核两部分，课内考核部分占60%，课外考核部分占40%，大大降低了课内考核的比例，把实验教学延伸到课外广泛的领域。通过课外考核成绩的激励，利用“互联网+”和“学习通”平台，鼓励学生在课余时间自主学习。

1.课内考核部分。为了便于操作，实验课内考核仍然采用操作成绩与报告成绩各占一半的形式。上课过程中，根据学生预习情况和实验操作规范程度，仪器调节、数据读取、数据记录、现象观察描述准确性等方面给出实验操作成绩。根据实验报告要求和规范，按照学生实验数据处理、不确定度分析、实验结果总结等情况给出实验报告成绩。

2.课外考核部分。课外考核由五部分组成。第一部分为演示实验视频制作。我校大学物理演示实验室有60多个实验项目，全天对学生开放。学生把实验原理和内容搞清楚后自己动手实验，讲解原理，录制视频。编辑完成后发布到“学习通”。这部分成绩最多占课外考核部分的40%，单个视频满分15分。第二部分为演示实验小视频的收集整理。学生自行收集有趣的演示实验小视频，并解释其中的物理原理，经过编辑后发布到“学习通”。这部分成绩最多占课外考核部分的30%，每收集编辑一个，满分10分。第三部分为自制实验仪器。这部分成绩最多可以占课外考核部分的90%，每完成一个，满分45分。第四部分为点击观看发布到“学习通”上的实验小视频。点击观看一个小视频后，学生可以发表自己的观点和感想，并提出自己的建议，这部分成绩最多占课外考核部分的30%，每完成一个，满分5分。第五部分为计创新研究项和专利申请，这部分成绩最多可以占课外考核部分的80%，每完成一个，满分80分。