工程教育专业认证背景下“大学物理实验”课程改革的必要性思考及实践

沈璐，郭亮，张晶莹

摘    要：文章基于目前工程教育专业认证背景下公共基础课程的研究现状，结合工程教育专业认证标准和认证方法，分析了目前高校“大学物理实验”课程所面临的和亟待解决的问题，并结合吉林建筑大学发展目标，讨论了工科院校“大学物理实验”课程教学改革的必要性。同时，根据吉林建筑大学各专业的工程教育认证情况，初步提出了“大学物理实验”课程模块化改革方案，以期为公共基础课程的改革和推广提供参考案例。

关键词：“大学物理实验”课程；工程教育专业认证；模块化；持续改进

中图分类号：G642      文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2023）04-0073-03

工程技术人才的国际化是当前经济全球化的必然要求，工程教育和工程师资格的国际互认已成为全世界工程教育界共同关注的焦点。2016年6月，我国成为《华盛顿协议》正式成员，实现了我国与其他成员国本科工程教育所授学位的“实质等效”。这不仅实现了我国工程教育认证的国际互认目标，也有力推动了我国工程教育专业认证工作的进一步发展，但在给国内各高校的专业发展带来机遇的同时也提出了新的挑战。

“大学物理实验”课程是教育部确立的高等院校理工科专业的6门基础必修课之一，也是学生进入大学阶段最先接触到的实践课程，它对于学生辩证思考能力和解决问题能力的锻炼作用毋庸置疑。虽然各高校的“大学物理实验”课程都在根据学校的发展目标等不断进行改革，但是其效果仍然与工程教育专业认证所秉承的成果导向存在一定差距[1-3]。因此，高校針对公共基础实验课程在工程教育专业认证背景下的课程改革迫在眉睫。

一、“大学物理实验”课程面临的问题

目前，高校的“大学物理实验”课程在实际教学中存在以下与工程教育专业认证理念有偏差的问题。

（一）教学内容

以吉林建筑大学2019—2020学年为例，物理实验中心每学年要完成18个专业，共2 500人的“大学物理实验”课程的教学任务，虽然设置了不同学分的实验课程，但学生并不能完全根据工程教育专业认证的人才培养特点及专业达成度要求来选择不同内容的课程。例如，电气工程专业较重视电学相关实验，而土木工程专业则比较重视力学相关实验。因此，实验课程内容对于不同专业培养方案的支持度较低，对各专业的需求适应度不高。

（二）教学方法

“大学物理实验”课程目前仍存在“教重于学”的情况，学生在实验过程中只是“做”了实验，缺乏思考。“大学物理实验”课程虽然在一定程度上培养了学生的科学创新意识和解决问题能力，但仍存在学生完全重复教师的操作流程，机械地 “被动”实验的问题，无法激发学生的学习热情，学生难以通过实验加深对理论知识的理解，也不能达成提高学生自主解决问题能力的培养目标。

（三）教学理念

目前，高校虽然增加了部分创新实验和开放实验课程，但由于仍存在重理论轻实践现象，导致大部分学生的积极性不高，在一定程度上消磨了教师开拓新的实验内容的激情，使得“大学物理实验”课程的师生互动状态仍停留在学生按照教师教授内容被动地重复操作，致使实际的教学效果与期望的“学生为主体，教师做引导”的状态差距较大。

二、“大学物理实验”课程改革的必要性分析

自2017年以来，吉林建筑大学陆续有安全工程专业、土木工程专业、测绘工程专业通过认证，同时给排水科学与工程、工程管理、建筑环境与能源应用工程、地质工程等专业陆续迎来中国工程教育专业认证协会专家的现场考察。工程教育专业认证推动了理工科院校的专业发展，同时也带来了很多挑战。工程教育专业认证要求都是围绕“毕业生实践能力达成”这一核心任务开展的。通过积极参与学校的工程教育专业认证工作，物理实验课教师认识到“大学物理实验”课程教学体系的优化不仅是专业认证的需求，也是完善学校基础实验教学保障体系的关键任务，更是提升实验建设和教学管理的突破口。因此，针对工程教育专业认证背景下的公共实验课程改革工作势在必行，“大学物理实验”课教师应进行积极的探索和实践，寻求与时俱进的实验教学体系改革方式。

三、“大学物理实验”课程模块化改革方案及实践

通过问题分析，教师了解到目前“大学物理实验”课程现状与工程教育专业认证所秉承的以学生为中心、成果导向的目标还是有差距的[3-4]。在“大学物理实验”课程教学过程中，教师通过经典的验证性物理实验可以引导学生理解物理学科近三百年来的发展历程，但与现代科学技术发展的衔接性较弱，与学生专业的匹配度较低，难以激发学生对此类实验的兴趣。为了更深入地了解学生对“大学物理实验”课程的认识程度及期望情况，教师向吉林建筑大学2019级和2020级理工科专业学生发放了2 000份调查问卷，结果显示，约63%的学生能够认识到“大学物理实验”课程的重要性。在实验课程设置方面，67%的学生认为“大学物理实验”课程应增加选修单元以有效发挥学生的自主性；79%的学生认为“大学物理实验”课程应强化专业相关实验；23%的学生希望在课余时间完成更具有挑战性和创新性的实验内容。在课程讲授方式方面，45%以上的学生喜欢动手操作环节；27%以上的学生愿意与其他同学讨论完成实验；35%以上的学生更倾向于建立学习小组，采用合作形式完成实验内容。物理实验中心教师通过调查问卷的分析结果，进一步了解到学生对于“大学物理实验”课程的预期及需求，进而结合物理实验中心现有条件，通过研讨会的方式深入探讨了如何建立工程教育专业认证背景下的公共基础课程的支撑平台，即从教学内容、教学方法、教学评价等方面入手，切实提高学生的理论基础与工程运用能力，使得“大学物理实验”课程能够为吉林建筑大学工程教育专业认证工作和人才培养添砖加瓦，完成以学生需求为导向、培养实践能力为目标的公共实验课程改革工作。物理实验中心教师与相关专业负责人沟通后，选择2020级电气类专业学生作为课程改革试点，对课程进行了以下改革，取得了较好的改革成果。

（一）教学内容

在吉林建筑大学积极推进工程教育专业认证工作的背景下，适合不同专业的模块化“大学物理实验”课程围绕以学生为中心，满足不同层次学生实践能力培养需求的课程设计，成为今后“大学物理实验”课程的发展方向[5-6]。结合吉林建筑大学专业设置情况和物理实验中心现有条件，“大学物理实验”课程采用的模块化课程设计仍基于大学物理常用的实验科目分类，即力学、热学、光学、电学、近代物理实验5个基础模块，完成先修基础模块后可选择相应分类的拓展模块，进行更加深入的专业相关实验内容的操作。综合设计性实验作为备开实验模块，由各专业根据自身的专业特色，再结合培养方案中各专业的学时要求，选择与专业实践或者理论课程衔接更好的实验模块[7]（图1）。

“大學物理实验”课程以学生需求为导向，课程设置在兼顾培养学生的基本实验操作技能的同时，更应满足学生需求，融入激发学生学习兴趣、专业延展度较高的综合性、创造性实验。以电气类专业为例，“大学物理实验”课程共48学时，其中常开实验和备开实验的学时设置分别为40学时和8学时。物理实验中心教师在与专业负责人沟通探讨专业核心课程与“大学物理实验”课程的关联之后，确定电学模块和电学拓展模块作为其首选实验模块。物理实验中心在电学模块中设置了“示波器使用”“电桥法测电阻”“示波器法测绘磁化曲线和磁滞回线”实验，而在电学拓展模块中设置了“电表的设计和组装”“电阻电容串联电路暂态过程研究”“线式电位差计测电阻”等实验。考虑到与吉林建筑大学特色的结合度，电气专业以力学模块、力学拓展、近代物理实验模块及综合性实验模块构成了“大学物理实验”课程的完整模块。物理实验中心根据电气专业在常开模块中的选择情况，在综合设计性实验模块中设置了“太阳能电池特性及应用”“微小形变量测量”“相位法测光速”等力学和电学相关实验。电气类专业的“大学物理实验”课程涵盖了力学、电学和近代物理实验三大块内容，同时在综合设计性实验和拓展性实验中，也涵盖了少量的光学和热学知识的交叉内容，既满足了专业相关性特点也兼顾了基础技能的培养。

（二）教学方法

“大学物理实验”课程是吉林建筑大学第一批校级混合式课程，目前也处于校级一流课程建设阶段，在教学方法上的改革取得了不错的教学成果，获得了良好的学生反馈意见[8]。因此，基于上述教学改革成果，电气专业的“大学物理实验”课程也采用线上线下相结合的教学方式，通过线上预习+线下操作+讨论答辩相结合的方式进行。课前，学生通过线上资源了解实验内容及涉及的知识点，并完成教师布置的在线预习测试题；课上，学生实际动手操作实验仪器，解决各类问题；课后，教师线上发布讨论内容，学生根据实验操作情况参与讨论、发表看法，教师有针对性地回复。线上线下相结合的方式增强了学生与教师之间的互动，能够及时解决学生在预习环节、操作环节和讨论环节中出现的各类问题，有利于提高学生独立思考、解决问题的能力。

（三）教学评价

在传统基础实验课程的教学评价中，评价内容主要是课前预习和实验操作两大部分。目前，试点班级的评价体系主要包括线上成绩和线下成绩两大部分。其中，线上成绩包括视频观看时长、预习测试成绩和讨论参与度成绩；线下成绩包括实验操作成绩、实验思考题、实验方案制定+结果答辩成绩（综合设计性实验）。这完全符合工程教育专业认证中注重过程性评价的标准，不仅可以多环节、多视角、多维度地评价学生的综合能力，而且可以更全面、客观地对学生的实验操作能力，理论知识理解能

力，实验操作过程中的学习能力、解决问题能力、团队合作能力等进行评价。

在完成了本学期的“大学物理实验”课程教学任务之后，物理实验中心针对电气类专业学生再次发放了200份调查问卷。关于实验题目设置的问卷部分，78%的学生认为模块化课程设计提高了专业相关度，提升了学生的学习兴趣。关于教学方法的问卷部分，67%的学生认为线上预习的方式，让学生在上课前可以有备而来，节省了课堂时间，调动了学生实验操作的积极性。关于教学评价的问卷部分，虽然49%的学生认为新的过程性评价方式可以更全面、更多角度地评价学生的综合能力，但是也有近30%的学生认为各评价内容所占比重有待调节。针对问卷调查结果，物理实验中心教师与专业课教师就课程试点情况进行了进一步探讨与沟通，教师一致认为模块化的课程设置不仅保证了学生对基本实验技能的掌握，而且在相应模块的基础上还可以继续学习拓展模块，最终还可在综合设计性实验部分加入综合性、创新性实验内容，对专业课程相关联内容进行逐级递进和提升，课程设置方面取得了较好的效果。通过“示波器的使用”等电学基本模块的学习，学生能够掌握电学实验基本操作方法，提升电路搭建技巧及能力；通过“电表的设计和组装”等电学拓展实验为与专业课程建立联系打下基础；通过“微小形变量测量”等综合设计性实验可以实际操作、验证、体会“传感器原理及应用”课程中涉及的传感器知识，为后续的专业课程学习打下扎实的基础。通过线上线下相结合的方式，节省了部分线下课时，学生有更多的时间用来操作仪器，及时与教师互动解决在实验中遇到的问题，充分体现了工程教育专业认证提倡的“学生主体，教师主导”的教学方式。针对学生反馈的教学评价的建议，教师也进行了深入探讨，同时借鉴专业课程及专业实验课程的评价体系，在后续的课程改革中再继续将评价体系向更全面、更合理的方向调整，遵循工程教育专业认证提倡的“持续改进”策略。

针对“大学物理实验”课程的教学改革，通过对电气类专业学生的问卷调查及与电气专业课教师的研讨交流，提出的“大学物理实验”课程模块化教学方式，取得了预期的教学效果，得到了专业课教师和学生的积极反馈和一致认可。同时，在教学过程中发现的问题也会在后期的授课和面向其他专业推广中保持持续改进的策略。该模块化教学方式使得“大学物理实验”课程作为工程实践能力提升的第一个基础环节，通过闭环的“评价—反馈—改进”循环机制，实现了提升学生的实践能力和综合素质的目标。

参考文献：

[1]  刘振兴，王引书，李晓文，等.大学物理实验课程的分类指导教学改革研究[J].物理实验，2018，38（增刊1）：72.

[2]  郑阿群，张军杰，孙杨，等.化学实验教学改革与科研创新能力培养[J].实验室科学，2018，21（6）：138.

[3]  李志义.对我国工程教育专业认证十年的回顾与反思之一：我们应该坚持和强化什么[J].中国大学教育，2016（11）：10.

[4]  罗浩，向泽英.工程认证背景下物理实验培养方案的内涵提升[J].高教研究，2019（4）：63.

[5]  乔辉，郭长立，张涛.基于工程教育认证形势下的大学物理实验分类教学研究[J].物理通报，2017（9）：77.

[6]  张文雪，刘俊霞，彭晶.工程教育专业认证制度的构建及其对高等工程教育的潜在影响[J].清华大学教育研究，2007（6）：61.

[7]  李    .工程教育认证背景下地方高校混合式实验教学体系构建：以吉林建筑大学为例[J].黑龙江教育（理论与实践），2021，75（12）：67.

[8]  沈璐，郭亮，段学智，等.互联网教学模式下的大学物理实验构建的思考[J].教育教学论坛，2018（21）：277.

编辑∕陈晶