基于OBE教育理念的大學(xué)物理開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探索

高永浩 王艷召 唐翰昭 王繼國(guó) 谷卓

摘要大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是理工科學(xué)生重要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)起著不可替代的作用。在國(guó)家大力提倡建設(shè)新工科的時(shí)代背景下，我們基于成果導(dǎo)向的教育理念，對(duì)如何更好地完成大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了改革與探索，提出了大學(xué)物理開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，研究并明確了其中各教學(xué)環(huán)節(jié)間的銜接與聯(lián)系，為相關(guān)教學(xué)及教研人員提供了參考。

關(guān)鍵詞 OBE 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 開放實(shí)驗(yàn) 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.19.037

Exploration of Open Experiment Teaching Mode of College Physics Based on OBE Education Concept

GAO Yonghao， WANG Yanzhao， TANG Hanzhao， WANG Jiguo， GU Zhuo

（Department of Mathematics， Shijiazhuang Tiedao University， Shijiazhuang， Hebei 050043）

AbstractCollege physics experiment is an important basic experiment course for science and engineering students， which plays an irreplaceable role in the cultivation of students’ ability. Under the background that our country strongly advocates the construction of new engineering， we have carried out the reform and exploration on how to better complete the university physics experiment teaching based on the educational concept of achievement oriented， put forward the university physics open experiment teaching mode， studied and defined the connection and connection between the teaching links， and provided reference for the relevant teaching and research personnel.

KeywordsOBE； college physics experiment； open experiment； teaching reform

繼“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”及“北京指南”[1]拉開新工科建設(shè)的序幕后，我國(guó)新工科建設(shè)逐漸進(jìn)入了實(shí)質(zhì)性實(shí)施階段，教育部也發(fā)布了《新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目指南》并組織了一系列研討活動(dòng)。[2]而自2013年6月我國(guó)成為《華盛頓協(xié)議》簽約成員后，工程教育專業(yè)認(rèn)證作為新工科建設(shè)的重要抓手，越來(lái)越受到各高校的重視。[3]

工程教育專業(yè)認(rèn)證遵循三個(gè)基本理念：成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)。[4]其中，成果導(dǎo)向教育理念（Outcome Based Education，簡(jiǎn)稱OBE）亦稱能力導(dǎo)向教育、目標(biāo)導(dǎo)向教育或需求導(dǎo)向教育，于1981年由美國(guó)教育學(xué)家Spady等人提出后，很快就受到教育界普遍認(rèn)可。[5]OBE教育理念強(qiáng)調(diào)四個(gè)問(wèn)題：[6]我們想讓學(xué)生學(xué)到什么？為什么要讓學(xué)生取得這樣的成果？如何有效地幫助學(xué)生取得這樣的學(xué)習(xí)成果？如何知道學(xué)生是否已經(jīng)取得了這些成果？我國(guó)當(dāng)代著名教育家葉圣陶先生也曾經(jīng)多次在其論述中表達(dá)過(guò)“教是為了不教”這個(gè)理念，[7]“教師之為教，不在全盤授予，而在相機(jī)誘導(dǎo)，必令學(xué)生運(yùn)其才智，勤其練習(xí)，領(lǐng)悟之源廣開，純熟之功彌深，巧為善教者也”。葉圣陶先生這段話就是OBE教育理念的生動(dòng)寫照。

1 OBE理念在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)作為理工科學(xué)生的重要基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，是工程教育體系的重要組成部分，對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)都起著關(guān)鍵作用。將先進(jìn)的OBE教育理念有機(jī)地融入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對(duì)于提高教學(xué)效果、有效地支撐專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)及畢業(yè)要求都是很有幫助的，這也是教學(xué)改革的發(fā)展趨勢(shì)。各高校都根據(jù)自己的實(shí)際情況進(jìn)行了積極地探索。

在教學(xué)模式上的探索方面，東北大學(xué)秦皇島分校由需求確定培養(yǎng)目標(biāo)，實(shí)行模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)。[8]東南大學(xué)開展了“內(nèi)容開放”因材施教的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)、“自由開放”的預(yù)備性物理實(shí)驗(yàn)選修以及激勵(lì)創(chuàng)新“自由開放”的“課余”實(shí)驗(yàn)等。[9]中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)將大學(xué)物理開放性實(shí)驗(yàn)作為選修課開出，以學(xué)生獨(dú)立操作為主，鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思索、勇于創(chuàng)新。[10]南昌大學(xué)構(gòu)建了以應(yīng)用為導(dǎo)向的實(shí)用型大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情及創(chuàng)新能力。[11]

在考核方式上的探索方面，國(guó)防科技大學(xué)、[12]廣西大學(xué)、[13]北京工業(yè)大學(xué)[14]等高校主要采用平時(shí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告、期末理論考試和小論文相結(jié)合的方式進(jìn)行考核。華東師范大學(xué)采用實(shí)驗(yàn)操作考試方式，以學(xué)生做過(guò)的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)進(jìn)行拓展，借此考查獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的能力。[15]為了提高操作考試的評(píng)價(jià)的效率及準(zhǔn)確性，華南師范大學(xué)提出了將工作單方式和觀察評(píng)價(jià)相結(jié)合的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)操作考試模式。[16]

可以看出，在教學(xué)模式的探索上，各高校都把“開放”實(shí)驗(yàn)作為提高教學(xué)效果，鼓勵(lì)學(xué)生自主創(chuàng)新的重要手段。而在考核方式的探索方面，操作考試這一最能檢驗(yàn)學(xué)生動(dòng)手能力、最符合OBE教育理念的考核形式，也被部分高校所采納，因地制宜地提出了具體的考試方案。

2基于OBE理念的大學(xué)物理開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

參考各兄弟院校的經(jīng)驗(yàn)，我校數(shù)理系物理實(shí)驗(yàn)中心經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期教學(xué)實(shí)踐，將OBE教育理念落實(shí)到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的日常教學(xué)中，提出了基于OBE教育理念的大學(xué)物理開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，將大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為四個(gè)環(huán)節(jié)，分別是課堂講授、課程實(shí)驗(yàn)、開放實(shí)驗(yàn)和操作考試。

該教學(xué)模式的“開放”體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是在“課程實(shí)驗(yàn)”環(huán)節(jié)，學(xué)生可以在我們提供的多個(gè)備選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中根據(jù)自己的學(xué)習(xí)需要或興趣來(lái)選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；二是指在“開放實(shí)驗(yàn)”環(huán)節(jié)，我們提供全開放實(shí)驗(yàn)室，里面擺放各種常見(jiàn)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及耗材，學(xué)生可以在其中自由練習(xí)實(shí)驗(yàn)操作技能，自主設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

為了配合該“開放”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，保障學(xué)生自由選實(shí)驗(yàn)情況下的教學(xué)有序開展，我們物理實(shí)驗(yàn)中心自主開發(fā)了一套實(shí)用的物理實(shí)驗(yàn)課程信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了物理實(shí)驗(yàn)課程全過(guò)程的信息化管理，推進(jìn)了我校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的信息化建設(shè)進(jìn)程，為實(shí)現(xiàn)基于OBE理念的大學(xué)物理開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式提供了技術(shù)支撐。圖1為該系統(tǒng)的體系示意圖。

該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了三個(gè)功能：一是實(shí)驗(yàn)預(yù)約查詢功能，學(xué)生可通過(guò)該系統(tǒng)方便快捷地預(yù)約實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、查詢預(yù)約情況、退訂所選實(shí)驗(yàn)、查詢實(shí)驗(yàn)成績(jī)等；二是答疑解惑功能，學(xué)生可在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)該系統(tǒng)及時(shí)查詢?cè)搶?shí)驗(yàn)項(xiàng)目的各種常見(jiàn)問(wèn)題解答，包括文字、圖片以及視頻等資料；三是教學(xué)評(píng)價(jià)功能，學(xué)生可以通過(guò)該系統(tǒng)及時(shí)地對(duì)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行評(píng)價(jià)或反饋意見(jiàn)建議，方便教師收集教學(xué)改革所需要的數(shù)據(jù)。

3各教學(xué)環(huán)節(jié)的銜接與聯(lián)系

在上述教學(xué)模式中，各教學(xué)環(huán)節(jié)不是割裂的，而是相互聯(lián)系的；不是彼此分立的，而是形成了一個(gè)有機(jī)的整體。接下來(lái)要討論的是，在我們基于OBE理念的大學(xué)物理開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中，各教學(xué)環(huán)節(jié)的銜接與聯(lián)系，其示意圖見(jiàn)圖2。

課堂講授環(huán)節(jié)。主要由教師對(duì)實(shí)驗(yàn)的基本原理、儀器設(shè)備、操作方法、注意事項(xiàng)等進(jìn)行講解。在講解中結(jié)合多媒體及儀器實(shí)物，務(wù)必邏輯清晰、重點(diǎn)突出，這就為接下來(lái)學(xué)生的課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)提供了知識(shí)儲(chǔ)備。同時(shí)通過(guò)講解中的知識(shí)拓展部分，為后續(xù)學(xué)生進(jìn)入開放實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)激發(fā)興趣、明確目標(biāo)。比如在分光儀實(shí)驗(yàn)課上，可以講解彩虹的形成原理，鼓勵(lì)學(xué)生去開放實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究。同時(shí)，教師也通過(guò)課堂講授環(huán)節(jié)提前布置操作考試的內(nèi)容及要求，傳導(dǎo)壓力，促使學(xué)生認(rèn)真對(duì)待、勤加練習(xí)。

課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。在教師講授結(jié)束后，學(xué)生即進(jìn)入課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，主要由學(xué)生自己動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。如果實(shí)驗(yàn)遇到問(wèn)題，我們鼓勵(lì)學(xué)生首先根據(jù)課堂講授內(nèi)容及自己的知識(shí)儲(chǔ)備，嘗試去分析問(wèn)題并解決問(wèn)題。如果仍無(wú)法解決，再向教師提問(wèn)，提問(wèn)時(shí)要說(shuō)明自己經(jīng)過(guò)了哪些思考和嘗試。這樣的提問(wèn)是OBE教育理念所鼓勵(lì)的高質(zhì)量的提問(wèn)。我們還通過(guò)上文所述實(shí)驗(yàn)信息管理系統(tǒng)提供了教學(xué)評(píng)價(jià)功能，學(xué)生每上完一次課，就可以提交對(duì)當(dāng)次實(shí)驗(yàn)課的評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)內(nèi)容上，我們要求學(xué)生撰寫本次實(shí)驗(yàn)的收獲，對(duì)課程改進(jìn)的建議及對(duì)老師的評(píng)價(jià)等。這些教學(xué)反饋的收集與分析對(duì)推動(dòng)教學(xué)改革是非常重要的。另外，課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)也為接下來(lái)的開放實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)提供了技能儲(chǔ)備。如學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上學(xué)習(xí)并練習(xí)過(guò)示波器的使用后，就可以去開放實(shí)驗(yàn)室自行搭建各式電路并使用示波器測(cè)量電路特性。

開放實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。我們物理實(shí)驗(yàn)中心設(shè)有一間全開放實(shí)驗(yàn)室，全年開放。里面有各式實(shí)驗(yàn)儀器三十余臺(tái)套。儀器涵蓋了我們所開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)的全部設(shè)備（如游標(biāo)卡尺、分光儀、示波器等），以及一些課內(nèi)未涉及的常見(jiàn)實(shí)驗(yàn)儀器（如沖擊電流計(jì)、傳感器組合實(shí)驗(yàn)儀等）。我們要求同學(xué)們?cè)诔浞诸A(yù)習(xí)的前提下，自由前來(lái)開放實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行練習(xí)。實(shí)驗(yàn)中心有教師值守，協(xié)助解決同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題。在開放實(shí)驗(yàn)室，我們同樣鼓勵(lì)有效答疑，即希望同學(xué)們經(jīng)過(guò)了自己的思考和嘗試之后，再考慮向教師求助，進(jìn)行高質(zhì)量的提問(wèn)。在這樣的環(huán)境下，學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)新的能力會(huì)得到極大提高，這就為后續(xù)操作考試環(huán)節(jié)提供了能力儲(chǔ)備。

操作考試環(huán)節(jié)。操作考試是考核學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能的主要方法，是我們對(duì)學(xué)生結(jié)束實(shí)驗(yàn)課程后所能達(dá)到的能力水平的總考察。從OBE理念的角度講，我們的所有實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)都是為了學(xué)生能獲取相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和實(shí)驗(yàn)操作技能，并順利通過(guò)操作考試而設(shè)計(jì)的。我們會(huì)在學(xué)期初就公布操作考試題目范圍，考試時(shí)每位同學(xué)從中隨機(jī)抽取一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行考核?？荚囈髥稳藛谓M，給每個(gè)同學(xué)提供一張內(nèi)容類似簡(jiǎn)版實(shí)驗(yàn)報(bào)告的試卷，要求學(xué)生根據(jù)試卷的提示，一步一步獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)分析等。在多年的教學(xué)實(shí)踐中，我們?yōu)榱苏鎸?shí)地考察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，形成了如下做法：教師在學(xué)生進(jìn)考場(chǎng)前統(tǒng)一打亂儀器參數(shù)，考試中學(xué)生每完成一個(gè)關(guān)鍵操作步驟，都要舉手叫老師進(jìn)行檢查，檢查無(wú)誤后教師給出這一步的操作分?jǐn)?shù)，學(xué)生再繼續(xù)往后做，直到考試結(jié)束交卷。每個(gè)實(shí)驗(yàn)操作考試題目約設(shè)計(jì)三個(gè)關(guān)鍵考察步驟，每步都做對(duì)了，就能通過(guò)考試，就說(shuō)明學(xué)生確實(shí)獲得了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作能力。通過(guò)對(duì)操作考試情況的分析，我們也會(huì)不斷地優(yōu)化提高教學(xué)過(guò)程，達(dá)到總體持續(xù)改進(jìn)的目的。

當(dāng)教師有意識(shí)地把以上每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的要點(diǎn)及其間的銜接與聯(lián)系落實(shí)到具體教學(xué)流程中，督促學(xué)生積極動(dòng)手實(shí)踐、勤于思考，我們就能夠很好地回答OBE教育理念提出的四個(gè)問(wèn)題，很好地達(dá)成課程的培養(yǎng)目標(biāo)，很好地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能、自主創(chuàng)新意識(shí)。

4結(jié)束語(yǔ)

OBE教育理念把學(xué)生的能力獲得作為教育教學(xué)的主要產(chǎn)出進(jìn)行關(guān)注，特別強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)到了什么而非教師教授了什么，其教學(xué)評(píng)價(jià)聚焦在學(xué)習(xí)成果而非教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)時(shí)間和學(xué)習(xí)方式上。我們基于OBE教育理念，自主開發(fā)了一套大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)信息化管理系統(tǒng)，依托該系統(tǒng)提出并實(shí)踐了大學(xué)物理開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，為我校各工科專業(yè)人才培養(yǎng)提供了堅(jiān)實(shí)保障。同時(shí)，本文還探討了該教學(xué)模式中各教學(xué)環(huán)節(jié)間的關(guān)系，希望能拋磚引玉，為相關(guān)教學(xué)教研人員提供參考，共同推進(jìn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。

課題項(xiàng)目：2018年河北省教育廳高等學(xué)校人文社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目“數(shù)學(xué)建模在大學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用研究”項(xiàng)目編號(hào)：GH181033

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