基于OBE教育理念的大學物理開放實驗教學模式探索

高永浩 王艷召 唐翰昭 王繼國 谷卓

摘要大學物理實驗是理工科學生重要的基礎實驗課程，對學生能力培養起著不可替代的作用。在國家大力提倡建設新工科的時代背景下，我們基于成果導向的教育理念，對如何更好地完成大學物理實驗教學進行了改革與探索，提出了大學物理開放實驗教學模式，研究并明確了其中各教學環節間的銜接與聯系，為相關教學及教研人員提供了參考。

關鍵詞 OBE 大學物理實驗 開放實驗 教學改革

中圖分類號：G424文獻標識碼：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“復旦共識”“天大行動”及“北京指南”[1]拉開新工科建設的序幕后，我國新工科建設逐漸進入了實質性實施階段，教育部也發布了《新工科研究與實踐項目指南》并組織了一系列研討活動。[2]而自2013年6月我國成為《華盛頓協議》簽約成員后，工程教育專業認證作為新工科建設的重要抓手，越來越受到各高校的重視。[3]

工程教育專業認證遵循三個基本理念：成果導向、以學生為中心、持續改進。[4]其中，成果導向教育理念（Outcome Based Education，簡稱OBE）亦稱能力導向教育、目標導向教育或需求導向教育，于1981年由美國教育學家Spady等人提出后，很快就受到教育界普遍認可。[5]OBE教育理念強調四個問題：[6]我們想讓學生學到什么？為什么要讓學生取得這樣的成果？如何有效地幫助學生取得這樣的學習成果？如何知道學生是否已經取得了這些成果？我國當代著名教育家葉圣陶先生也曾經多次在其論述中表達過“教是為了不教”這個理念，[7]“教師之為教，不在全盤授予，而在相機誘導，必令學生運其才智，勤其練習，領悟之源廣開，純熟之功彌深，巧為善教者也”。葉圣陶先生這段話就是OBE教育理念的生動寫照。

1 OBE理念在大學物理實驗教學中的實踐

大學物理實驗作為理工科學生的重要基礎實驗課程，是工程教育體系的重要組成部分，對學生動手能力、創新意識的培養都起著關鍵作用。將先進的OBE教育理念有機地融入大學物理實驗教學中，對于提高教學效果、有效地支撐專業培養目標及畢業要求都是很有幫助的，這也是教學改革的發展趨勢。各高校都根據自己的實際情況進行了積極地探索。

在教學模式上的探索方面，東北大學秦皇島分校由需求確定培養目標，實行模塊化實驗教學。[8]東南大學開展了“內容開放”因材施教的基礎物理實驗、“自由開放”的預備性物理實驗選修以及激勵創新“自由開放”的“課余”實驗等。[9]中國科學技術大學將大學物理開放性實驗作為選修課開出，以學生獨立操作為主，鼓勵學生獨立思索、勇于創新。[10]南昌大學構建了以應用為導向的實用型大學物理實驗教學體系，提高了學生的學習熱情及創新能力。[11]

在考核方式上的探索方面，國防科技大學、[12]廣西大學、[13]北京工業大學[14]等高校主要采用平時實驗報告、期末理論考試和小論文相結合的方式進行考核。華東師范大學采用實驗操作考試方式，以學生做過的實驗為基礎進行拓展，借此考查獨立實驗的能力。[15]為了提高操作考試的評價的效率及準確性，華南師范大學提出了將工作單方式和觀察評價相結合的大學物理實驗操作考試模式。[16]

可以看出，在教學模式的探索上，各高校都把“開放”實驗作為提高教學效果，鼓勵學生自主創新的重要手段。而在考核方式的探索方面，操作考試這一最能檢驗學生動手能力、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理念的大學物理開放實驗教學模式

參考各兄弟院校的經驗，我校數理系物理實驗中心經過長期教學實踐，將OBE教育理念落實到大學物理實驗的日常教學中，提出了基于OBE教育理念的大學物理開放實驗教學模式，將大學物理實驗教學分為四個環節，分別是課堂講授、課程實驗、開放實驗和操作考試。

該教學模式的“開放”體現在兩個方面，一是在“課程實驗”環節，學生可以在我們提供的多個備選實驗項目中根據自己的學習需要或興趣來選擇相應的實驗項目；二是指在“開放實驗”環節，我們提供全開放實驗室，里面擺放各種常見的大學物理實驗儀器設備及耗材，學生可以在其中自由練習實驗操作技能，自主設計創新實驗項目。

為了配合該“開放”實驗教學模式，保障學生自由選實驗情況下的教學有序開展，我們物理實驗中心自主開發了一套實用的物理實驗課程信息管理系統，實現了物理實驗課程全過程的信息化管理，推進了我校實驗教學的信息化建設進程，為實現基于OBE理念的大學物理開放實驗教學模式提供了技術支撐。圖1為該系統的體系示意圖。

該系統主要實現了三個功能：一是實驗預約查詢功能，學生可通過該系統方便快捷地預約實驗項目、查詢預約情況、退訂所選實驗、查詢實驗成績等；二是答疑解惑功能，學生可在實驗過程中通過該系統及時查詢該實驗項目的各種常見問題解答，包括文字、圖片以及視頻等資料；三是教學評價功能，學生可以通過該系統及時地對實驗課程進行評價或反饋意見建議，方便教師收集教學改革所需要的數據。

3各教學環節的銜接與聯系

在上述教學模式中，各教學環節不是割裂的，而是相互聯系的；不是彼此分立的，而是形成了一個有機的整體。接下來要討論的是，在我們基于OBE理念的大學物理開放實驗教學模式中，各教學環節的銜接與聯系，其示意圖見圖2。

課堂講授環節。主要由教師對實驗的基本原理、儀器設備、操作方法、注意事項等進行講解。在講解中結合多媒體及儀器實物，務必邏輯清晰、重點突出，這就為接下來學生的課程實驗環節提供了知識儲備。同時通過講解中的知識拓展部分，為后續學生進入開放實驗環節激發興趣、明確目標。比如在分光儀實驗課上，可以講解彩虹的形成原理，鼓勵學生去開放實驗室進行研究。同時，教師也通過課堂講授環節提前布置操作考試的內容及要求，傳導壓力，促使學生認真對待、勤加練習。

課程實驗環節。在教師講授結束后，學生即進入課程實驗環節，主要由學生自己動手進行實驗操作。如果實驗遇到問題，我們鼓勵學生首先根據課堂講授內容及自己的知識儲備，嘗試去分析問題并解決問題。如果仍無法解決，再向教師提問，提問時要說明自己經過了哪些思考和嘗試。這樣的提問是OBE教育理念所鼓勵的高質量的提問。我們還通過上文所述實驗信息管理系統提供了教學評價功能，學生每上完一次課，就可以提交對當次實驗課的評價。評價內容上，我們要求學生撰寫本次實驗的收獲，對課程改進的建議及對老師的評價等。這些教學反饋的收集與分析對推動教學改革是非常重要的。另外，課程實驗環節也為接下來的開放實驗環節提供了技能儲備。如學生在實驗課上學習并練習過示波器的使用后，就可以去開放實驗室自行搭建各式電路并使用示波器測量電路特性。

開放實驗環節。我們物理實驗中心設有一間全開放實驗室，全年開放。里面有各式實驗儀器三十余臺套。儀器涵蓋了我們所開設的實驗課程內的全部設備（如游標卡尺、分光儀、示波器等），以及一些課內未涉及的常見實驗儀器（如沖擊電流計、傳感器組合實驗儀等）。我們要求同學們在充分預習的前提下，自由前來開放實驗室進行練習。實驗中心有教師值守，協助解決同學們在實驗中遇到的問題。在開放實驗室，我們同樣鼓勵有效答疑，即希望同學們經過了自己的思考和嘗試之后，再考慮向教師求助，進行高質量的提問。在這樣的環境下，學生獨立學習、自主創新的能力會得到極大提高，這就為后續操作考試環節提供了能力儲備。

操作考試環節。操作考試是考核學生實驗操作技能的主要方法，是我們對學生結束實驗課程后所能達到的能力水平的總考察。從OBE理念的角度講，我們的所有實驗教學環節都是為了學生能獲取相應的實驗設計能力和實驗操作技能，并順利通過操作考試而設計的。我們會在學期初就公布操作考試題目范圍，考試時每位同學從中隨機抽取一個實驗項目進行考核?？荚囈髥稳藛谓M，給每個同學提供一張內容類似簡版實驗報告的試卷，要求學生根據試卷的提示，一步一步獨立完成實驗操作、數據記錄、數據處理和實驗分析等。在多年的教學實踐中，我們為了真實地考察學生的實驗操作能力，形成了如下做法：教師在學生進考場前統一打亂儀器參數，考試中學生每完成一個關鍵操作步驟，都要舉手叫老師進行檢查，檢查無誤后教師給出這一步的操作分數，學生再繼續往后做，直到考試結束交卷。每個實驗操作考試題目約設計三個關鍵考察步驟，每步都做對了，就能通過考試，就說明學生確實獲得了相應的實驗操作能力。通過對操作考試情況的分析，我們也會不斷地優化提高教學過程，達到總體持續改進的目的。

當教師有意識地把以上每個教學環節的要點及其間的銜接與聯系落實到具體教學流程中，督促學生積極動手實踐、勤于思考，我們就能夠很好地回答OBE教育理念提出的四個問題，很好地達成課程的培養目標，很好地培養學生的實驗操作技能、自主創新意識。

4結束語

OBE教育理念把學生的能力獲得作為教育教學的主要產出進行關注，特別強調學生學到了什么而非教師教授了什么，其教學評價聚焦在學習成果而非教學內容、學習時間和學習方式上。我們基于OBE教育理念，自主開發了一套大學物理實驗信息化管理系統，依托該系統提出并實踐了大學物理開放實驗教學模式，為我校各工科專業人才培養提供了堅實保障。同時，本文還探討了該教學模式中各教學環節間的關系，希望能拋磚引玉，為相關教學教研人員提供參考，共同推進大學物理實驗教學改革。

課題項目：2018年河北省教育廳高等學校人文社會科學研究項目“數學建模在大學物理教學中的應用研究”項目編號：GH181033

參考文獻

[1]新工科建設指南（“北京指南”）[J].高等工程教育研究，2017（04）： 20-21.

[2]林健.深入扎實推進新工科建設——新工科研究與實踐項目的組織和實施[J].高等工程教育研究，2017（05）：18-31.

[3]顧佩華，胡文龍，林鵬，等.基于“學習產出”（OBE）的工程教育模式——汕頭大學的實踐與探索[J].高等工程教育研究， 2014 （01）： 27-37.

[4]李志義.對我國工程教育專業認證十年的回顧與反思之一：我們應該堅持和強化什么[J].中國大學教學，2016（11）：10-16.

[5]申天恩，斯蒂文·洛克.論成果導向的教育理念[J].高校教育管理， 2016，10（05）：47-51.

[6]李志義，朱泓，劉志軍，等.用成果導向教育理念引導高等工程教育教學改革[J].高等工程教育研究，2014（02）：29-34+70.

[7]葉圣陶.葉圣陶語文教育論集[J].閱讀，2021（15）：65.

[8]周紅仙，王毅.新工科背景下基于OBE的大學物理實驗教學方法研究[J].大學物理實驗，2020，33（05）：141-145.

[9]陳小鳳，孔祥翔，周立新.東南大學物理實驗開放教學簡介[J].物理實驗，2002（04）：22-25.

[10]浦其榮，霍劍青，軒植華.開放型物理實驗的研究和探索[J].物理實驗，2005（02）：31-32，34.

[11]王慧琴，吳慶豐，梁曉軍，等.以應用為導向的大學物理實驗改革的探討[J].實驗技術與管理，2012，29（09）：148-150.

[12]劉振祥，楊棟.大學物理實驗課程的考核方式改革探索[J].高等教育研究學報，2012，35（04）：105-106.

[13]陳紅梅，韋文樓，吳偉明.《大學物理實驗》課程考試方式的探討[J].高教論壇，2009（06）：83-85.

[14]原安娟，丁曉紅.大學物理實驗考核方式評價[J].大學物理實驗， 2009，22（01）：117-119.

[15]李佳隆，舒崢，鄭榮煒，等.大學物理實驗課程操作考試的實踐與分析[J].物理實驗，2016，36（08）：25-30.

[16]吳肖，熊建文.基于工作單和觀察評價的大學物理實驗操作考試[J].實驗室研究與探索，2012，31（02）：141-143.