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摘要：针对研究型大学人才培养需要，构建了基于OBE理念的大学物理实验课程体系。系统研究了体现OBE理念的实验教学设计和实验教学实施问题，探索了全新的物理实验教学和考核方式。研究为物理实验教学改革提供了新的方法和途径。
关键词：研究型人才；OBE理念；物理实验教学改革
作为理工科专业的必修基础课，大学物理实验课程在培养学生科学素质和创新能力方面，具有其他课程不能替代的重要作用［1－4］。该教学体系是基于传统教育思想设计的，具有知识系统性强、内容深、理论性强等特点。在知识爆炸、科学技术飞速发展的今天，大学物理实验课程却普遍面临学分、学时不断压缩的局面。OBE（outcome－basededucation）理念最早出现于美国和澳大利亚的基础教育改革［5－8］。OBE是以预期学习产出为中心来组织、实施和评价教育的结构模式，而定义毕业生预期学习产出是首要的关键环节［9－10］。参照欧美经验，布鲁姆的教育目标分类框架是被广泛使用的指南，它提供了描述学生知识、情感和技能掌握程度水平的词汇。为了实现预期学习产出，所有的教学计划和课程内容都是遵循“回溯式设计”原则，实现完整的匹配矩阵。我国工程教育认证通用标准中，对于毕业要求的12条标准即是对这一问题的详细解释［11－12］。OBE理念核心问题是：当所有的学生在完成他们的学习与训练体验全过程的时候，究竟什么才是使他们有能力获得成功必不可少的要素？在大学物理实验教学过程中，基于OBE理念，围绕“学生内驱学习与自主发展的能力、创新意识与创造性思维、交流与沟通能力、合作与协同能力、终生学习能力”等使学生获得成功必不可少的要素，构建并设计了全新的实验课程体系。
1OBE理念下以“解决复杂工程问题”为目标的大学物理实验体系重构
物理学史中每一个问题的解决都依赖于数学、自然科学、工程基础和专业知识的综合运用，尤其是经典的物理实验内容，更是复杂工程问题完美解决的典范。因此测量物理量并找出规律的过程，既是解决复杂工程问题的过程，又是创新创造的过程。为了实现培养具备综合的科学素质和创新精神的高级人才的总目标，打破原有的物理实验教学框架，从“认识物理量的本质”入手，围绕“基本物理量的表征形式与度量方法”中心主题，对大学物理实验的教学内容和实验方式进行重构，使物理实验教学重归“测量物理量并找出规律（麦克斯韦）”这一最本质、最朴实的愿景。图1是生产生活中经常测量的一些物理量。以空间距离的测量为例，教学思路举例：（1）长度是什么，怎么测，空间是什么？（2）长度的测量方法：大尺度下用米尺，小尺度用卡尺、千分尺，微米尺度下用光学的方法———光杠杆、干涉仪、光纤传感，非接触的情况下用声学的方法———超声测距。（3）涉及到的实验：基本测量、杨氏模量、迈克尔逊干涉仪、MZ干涉仪、光纤传感等。仅就长度测量而言，对于不同的尺度需采用不同的测量仪器，即使同一尺度的测量也可以有多种测量方法，涉及到的实验也不止一个。这就需要学生互相讨论研究来确定测量方案。这一过程需要学生协同合作完成，在该过程中可以提高学生的“交流与沟通能力、合作与协同能力”，同时拓展学习视野。
2OBE理念下的大学物理学科交叉创新实验的设计与实施
这类实验可以拓宽学生视野，使学生能够在知识整体框架内调适自己的学习，还可以使学生在所有的学习课程方面形成一个整体，跨越各个学科在共同协作解决实际问题时的沟通与交流的障碍。为此，设计“以问题驱动”的跨学科交叉创新实验项目，同时设立物理实验室的跨学科交叉课程资助项目，目前“物理实验仪器的创新与设计”“体验创客”课程已连续开设4年，该课程有效地联结大学物理、大学物理实验及学生科技创新活动，深受广大学生欢迎，主讲教师获得本科教学优秀通识教育选修课程教师称号，其相关研究成果于2015年发表在《课程教育研究》期刊上［13］。作为激励机制与保障，探索问题驱动的跨学科交叉创新实验项目的教学方法，以达成围绕“解决来自科学研究过程中的物理问题”的实验教学团队在教学和学生培养方面开展合作互动，拓宽学生学术视野、孕育知识创新的目的。一方面，为大学生创新的想法提供生长的土壤和环境；另一方面，通过合作的牵引，推动学科交叉的本科生培养新机制的建立。实践证明OBE理念下的大学物理学科交叉创新实验的设计与实施培养了学生的“创新意识与创造性思维”。在学校的高度重视下，我院设立了“专题立项”经费5万元，该经费专用于“物理仪器创新设计”专题立项，每年资助不少于100个学生团队参与科技立项，目前已连续实行4年，3000余本科生参与专题立项。“哈尔滨工程大学物理仪器创新设计大赛”目前已连续举办4届，共产生300余件优秀作品，其中部分优秀作品经过进一步的包装、转化，已经充实到大学物理演示实验教学当中。另外，本校大学生创业团队自成立以来，受到了国家大学生创业实践项目的支持与资助，参加了“红博五四杯创业计划竞赛”并斩获银奖。项目受到多家媒体的关注。
3OBE理念下物理实验考核方式改革的探索与实践
课程考核作为实验教学过程中的一个组成部分，能够起到考核学生学习情况、检验实验教学效果、实现实验教学目标的作用，是促进和完善教学机制的有效手段之一，也是衡量人才培养质量的重要环节。大学物理实验课程是以培养学生运用所学知识解决实际问题为目标，课程考核应以综合能力考核为主要内容，但现用的大学物理实验课程考核侧重知识的掌握程度而非知识的运用能力，表现为评价主体过于单一、评价内容重知识轻能力、评价功能缺乏激励等问题。为此，基于OBE的核心理念，尝试围绕预期学习产出的能力指标开展阶梯式实践教学考核方式改革，利用物理实验考核环节将大学物理实验、大学生创新创业环节贯通起来。将“解决复杂工程问题”的能力有机地导入到课程考核之中，改变过去按部就班的实验教学模式和所有的学生“一视同仁”的考核内容，除验证型基础实验外，综合实验和研究型实验均提供不同难度、不同方向的选题，学生可根据自身的特长、兴趣方向选择题目并自组协同小组完成实践考核内容。为了使创新能力、动手能力较强的学生能够在实验考核中成绩更加突出，将物理创新引入到考核评价体系中。利用实验室的开放管理模式，鼓励学生积极参与创新实践活动，并将在物理创新竞赛中获奖的学生按照获奖的层次，以较为合理的分值附加在实验课程的成绩上。这样做激发了学生参加物理创新实践竞赛的热情，也促进了学生在实验课程中的主动性与积极性。
4结语
基于OBE理念的大学物理实验教学体系，其目标为面向高水平研究型大学和工程教育专业认证对基础物理实验教学的重大需求，从大学物理实验教学体系和OBE教育理论的现状入手，系统研究体现OBE理念的实验教学设计和实验教学实施问题，探索全新的物理实验教学和考核方式，为物理实验教学改革提供新的方法和途径。目前我们的改革取得了一定成果，在实验教学研究改革立项和大学生创新科研立项的带动下，带领学生自主设计研制了20多种反映物理学新成就和有高新技术含量的新实验、新装置，被全国70多所高校以及香港理工大学使用，获得了国内同行的好评。
作者:武立华 刘志海 张杨 李平 王立媛 李松 单位:哈尔滨工程大学理学院
