基于積分制的公共基礎實驗教學改革探索與實踐

梁振濤， 徐春龍， 劉長青， 熊 強， 丁 健

（1.長安大學理學院，西安 710064；2.西安交通大學材料科學與工程學院，西安 710049；3.陜西科技大學材料科學與工程學院，陜西省無機材料綠色制備與功能化重點實驗室，西安 710021；4.長安大學電子與控制工程學院，西安 710064）

0 引 言

理工類高校中的公共基礎實驗課是工科教學體系的重要組成部分，由于它涉及人數多、覆蓋面廣，對培養學生實驗技能、提高實操能力和分析解決問題能力有著至關重要的作用，對培養學生科學素養、創新意識和創新能力具有獨特的優勢［1-3］。

近年來，隨著高等教育評價體系的變化和工程教育認證的評價要求，傳統公共基礎實驗教學體系已不能完全適應人才培養的需求，主要表現為：在教學理念上，不能深入貫徹“以學生為中心”“OBE”等先進教育理念；在教學方法上，傳統實驗教學中老師講學生聽［4］，聽完做實驗的教學方法不能很好地調動學生學習的主動性［5］；在教學模式上，考核評價過于依賴分數的考核評價方式不科學，實驗項目設置與專業、產業需求結合不緊密，對學生創新能力培養不足，課程安排方面不能完全適應完全學分制教學改革的需要［6-7］。

為此，不少高校在開放式教學、分層次教學、模塊化教學、探究式教學等方面進行了許多探索，為實驗教學改革開辟了很多新的思路［8-10］。近年來，長安大學理學院以物理實驗教學中心為試點、進行了基于積分制的教學模式改革與探索，取得了一定的成效，為公共基礎類實驗課程進行開放式教學和管理積累了一些經驗。

1 積分制的教學模式改革思路

基于積分制的實驗教學模式打破原有固定的教學管理模式，對實驗項目進行分層次重置，采用積分制模式管理學生實驗流程，以學生實驗積分評價課程通過狀態，并轉化為課程成績，實現過程和目標雙驅動，解決傳統模式中存在的問題。

1.1 實驗項目設置

以“大學物理實驗課”為例，根據教學大綱和培養目標，將其教學內容設置為緒論課、驗證性實驗、綜合性實驗、創新型實驗［11-12］，如圖1 所示。

圖1 積分制教學模式的實驗項目設置

緒論課主要教會學生基本的數據測量及處理方法，使學生了解課程任務、培養目標、選課方式和考核方法等，進行課程思政教育，引導學生樹立正確的世界觀、人生觀與價值觀。驗證性實驗主要是通過聲、熱、光、電等直觀的實驗現象，對課程的基礎理論進行驗證，提高學生對理論知識的理解程度，加強對知識點的掌握；通過對基礎儀器的使用，使學生掌握常用測量工具的基本操作，培養學生基本的實驗動手能力；通過分析和處理實驗數據，培養學生規范處理實驗數據的基本能力。綜合性實驗主要培養學生對理論知識、實驗技術和實驗方法的綜合運用能力，教會學生通過觀察物理現象并運用所學的知識進行綜合分析。

創新型實驗主要是通過實驗方法利用理論知識解決實際問題，考察學生對知識的綜合運用能力和立足現實分析問題、解決問題的能力，從而在實驗和理論研究的互動中，樹立學生理論和實踐相互促進的科學研究思想，培養學生的創新意識、創新思維和創新能力。

1.2 積分制教學模式改革的主要思路

基于積分制的實驗教學改革，主要從授課方式、選課方式、考核方式幾個方面展開。選課方式、考核方式是積分制教學模式的實質和靈魂，也是進行積分制教學模式改革的前提和基礎，具體思路見圖2 所示。

圖2 積分制教學模式的主要思路

（1）授課方式。依托在某平臺上線的“大學物理實驗”在線資源及定制開發的實驗綜合選課平臺，開展線上線下混合式實驗教學。

①驗證性實驗和綜合性實驗。線上部分主要是學生在課前通過觀看實驗視頻，學習實驗原理、實驗操作步驟等，撰寫實驗預習報告；線下部分主要進行實踐操作及實驗數據測量處理等。線上部分不占用計劃學時。

②創新型實驗。線上部分主要是學生查閱文獻、設計實驗方案等；線下部分是學生在教師指導下完成實驗內容、達成預期目標，并開發實驗設備，發表相關實驗成果等。

（2）選課方式及流程。緒論課是整個實驗課程的基礎，作為課程學習的必要條件，所有人必須選擇，且通過考核后方有資格進行后續實驗項目的選擇。緒論課的成績不計入總成績。

通過緒論課，學生方可申請選擇創新型實驗項目，實驗教師在考察學生理論課學習情況、參考學生在其他課程中的表現等，對學生申請情況進行審核，審核后學生根據教師審核情況進行實驗項目的選擇。實驗項目的選擇需要滿足最低積分要求和實驗個數要求。積分制教學模式的選課流程如圖3 所示。

圖3 積分制教學模式的選課流程

每類實驗項目的積分（即實驗項目的難度系數分，也就是實驗項目的權重分）不同，由實驗教學團隊集體審定，由管理員在系統中設定。

學生根據專業培養方案要求、個人學習情況、興趣、其他課程安排、個人后期發展規劃等，靈活地從三類實驗項目中進行選擇，具體情況如表1 所示。假定驗證性實驗、綜合性實驗、創新型實驗三類實驗對應的項目積分分別為a、b、c，學生需要修滿的最低積分為M，實驗個數不能超過N（實驗個數的要求主要是通過控制總的實驗個數引導學生選擇綜合性實驗和創新型實驗）。

表1 基于積分制的基礎學科實驗課程選課方式

（3）考核方式。單個實驗項目采用10 分制。驗證性實驗和綜合性實驗，需要完成實驗報告；創新型實驗，鼓勵學生撰寫科技論文，擴大學生的知識面，提高學生分析實驗結果的水平和撰寫論文的能力。對于撰寫論文的同學，單項成績會適當偏高。

當學生單個實驗項目成績不低于6 分時，視為獲得該實驗項目的積分；當學生獲得累計積分滿足最低要求后，即為通過該門課程。

（4）課程成績換算。根據課程積分和具體實驗項目成績將學生累計積分換算為百分制的課程成績。

先由單項成績和積分計算出學生的實驗課初始成績。假定PAi（i＝0，1，…，x）、PBj（j＝0，1，…，y）、PCk（k＝0，1，…，z）分別為學生所選擇的驗證性實驗、綜合性實驗、創新型實驗的單個實驗項目成績（如沒有選擇某類別的實驗項目，即相應選擇數為0，則無該項成績）。學生的積分和單項實驗成績通過下式轉化為實驗課初始成績，

再由實驗課初始成績采用線性回歸的方式轉化為課程百分制成績。假定所有參加實驗的學生通過上述公示轉化出的實驗課初始成績最高分為PFS-max，由式（1）計算出的最低理論分（即所選實驗項目積分為最低要求積分M，所選實驗個數為限定的可選的最多實驗個數N，單個實驗項目成績為6 分時計算出的實驗課初始成績）為PFS-min。將最高分再轉化為學生百分制成績的最高分100 分，將最低分轉化為百分制成績的最低分60 分。其他學生的最終成績

2 實踐效果

2.1 積分制實驗教學運行情況

物理實驗教學中心年均開課涉及150 個班，面向4 500 余名學生，年均生時數超過210 000。表2 顯示了近3 學年學生的選課情況。

（1）學生選做的實驗項目結構發生變化，不及格率下降。從表2 可以看出，在實驗總人數浮動不大的情況下，選擇驗證性實驗的人次由27 007 下降至23 978，所占的比例由49.98%下降至44.06%，下降了5.93%，下降比例為11.86%；選擇綜合性實驗的人次由24 733 上升至26 085，所占的比例由45.77%上升至47.93%，上升了2.16%，上升比例為4.72%；選擇創新型實驗的人次由2 294 上升至4 362，所占的比例由4.25%上升至8.01%，上升了3.76%，上升比例為88.47%。由此可知，選擇驗證性實驗的人次在逐年下降，選擇綜合性實驗和創新型實驗的人次在逐年上升，同時創新型實驗選擇人次的上升速度要快于綜合性實驗選擇人次的上升速度。另外，可以看到，不及格人數由346 人下降到182 人，占學生人數的比例由7.94%下降至3.99%，下降了3.95%，下降比例為47.4%。

（2）學生實驗素養不斷提升。一是學生對實驗的重視程度和參與度明顯提升。學生對待成績較改革之前更加“分分計較”。在課程完成度、實驗項目報告撰寫、實驗室停留時間、實驗報告數據處理、實驗問題討論等方面有非常明顯改善，平臺互動區域討論發帖量大幅增加。二是學生的求知欲和學習興趣明顯提升。積分制教學模式以學生自主學習活動為基礎，學生由“參與者”變為“主導者”，學生的自主性得以體現、參與感明顯提升，能夠充分地調動學生學習的主動性，激發其潛在的求知欲和學習興趣［13］。三是學生的視野和知識面明顯提升。結合競賽、大創項目、工程實踐問題的創新型實驗項目的引入，兼具綜合性、實用性和研究性，有一定難度和深度，既有新鮮感、趣味性又富有挑戰性［14］，能夠拓寬學生的視野和知識面，豐富和深化書本知識的學習和運用，使學生獲取更多的知識信息，不斷提高學習興趣和參加物理實驗的熱情。

2.2 創新實驗促進創新人才培養

自積分制教學模式運行以來，在教師的指導下，學生在學科競賽、申報和完成大創項目、科學研究等方面取得了豐碩成果。表3 展示了物理實驗教學中心開展教學模式改革以來取得的成果。

據不完全統計，近年來，約有300 余名學生由于較好地完成了創新型實驗項目而被選拔參加學校學科競賽培訓隊，在“中國大學生物理學術競賽”和“全國大學生物理實驗競賽”中獲得優異成績，其中獲得全國大學生物理實驗競賽全國一等獎1 項、二等獎5 項，獲得中國大學生物理學術競賽西北賽區賽個人最佳獎6人次，獲得陜西省賽個人特等獎15 人次，一等獎21 人次。完成創新型實驗的同學中，獲得其他學科競賽國家級獎項600 余人次，獲得國家獎學金和國家勵志獎學金400 余人次，獲得校級以上榮譽稱號近百人次。其中的2018 級和2019 級學生，100%獲推免或考取研究生。根據創新型項目完成的科技論文和專利共10篇（項）。

3 總結與反思

3.1 總 結

（1）積分制教學模式是推行完全學分制教學改革的有效措施。公共基礎實驗雖然涉及面廣，教學人數多、教學任務重，但采用積分制教學改革能充分發揮其靈活性、可選擇性、個體適用性的特點，能夠很好地滿足完全學分制對公共基礎實驗的要求，是推行完全學分制教學改革的有效措施。

（2）積分制教學模式是踐行“以學生為中心”、落實OBE教育理念的有效措施。隨著新時代高等教育改革內涵的發展，“以學生為中心”的“課堂革命”改革和OBE人才培養理念對實驗教學在兼顧不同學生個體差異、分層次開展教學方面提出了新要求。積分制教學模式下，學生可以自由進行課業規劃、選擇實驗項目、指導老師和實驗時間、實驗難度，促進學生個性化發展，有效解決學生“吃不飽”“不消化”等問題，更好地踐行新時代教育理念。

（3）積分制教學模式是提升人才培養質量的有效措施。積分制教學模式的設計目的本就是通過創新型、綜合性實驗重點培養學生的創新思維和創新意識，實驗設備、實驗方案、實驗項目等由“固定式”變為“可選式”，學生需要通過閱讀文獻、查找資料等進行設計和探索，有利于培養學生的探索精神、創新思維、創新意識和創新能力，進而提升人才培養質量。

（4）積分制教學模式是選拔拔尖人才的有效措施。積分制教學模式，通過引入創新型研究實驗，將科研、競賽、工程問題等與教學相結合，使科研成果、競賽成果和物理實驗教學相輔相成、相互促進［15］，能夠吸引更多學有余力的同學參與其中。從實踐效果看，參與并完成創新型實驗的學生，往往是綜合成績優異者，被選拔參加“中國大學生物理學術競賽”和“全國大學生物理實驗競賽”的同學更是同屆學生中的佼佼者，他們多數獲推免或考取研究生，適合進行科研工作。因此，積分制教學模式有利于導師及時發現科研苗子，是選拔拔尖人才的有效措施。

3.2 反 思

經過多年的探索和實踐，物理實驗教學中心在積分制實驗教學模式改革中取得了一些成績。但由于積分制教學模式下，實驗時間、指導教師、實驗項目、實驗難度均由學生自行選擇，實驗項目會相應增多，除人力、物力需求相應增加以外，仍需從多樣化的實驗設備、實驗室信息化建設、師資隊伍建設等方面繼續改進。

（1）多樣化的實驗設備更新。一是創新型實驗項目需不斷更新內容；二是同一實驗項目中不同層次實驗內容需要選用不同的設備，改變以往“統一化”的實驗設施。

（2）加強實驗室信息化建設。一是功能強大的實驗管理與選課平臺系統建設；二是數字化課程資源建設；三是教學信息化閉環系統建設（實驗結束后給學生的反饋與互動系統）。

（3）加強師資隊伍建設。一是科研與教學相結合，科研促進教學；二是工程實踐問題進課堂；三是科學和有效的教師評價與激勵機制的完善。

4 結 語

基于積分制的實驗教學模式，既是完全學分制下實驗教學改革的一個方向，也是開放式實驗教學的一個探索方向，它能夠滿足學生的個性化需要，也能夠培養學生的實踐能力、團隊意識、創新能力，提高人才培養質量，有效選拔拔尖人才。這種教學模式，對于工程力學、基礎化學、電路基礎等涉及人數多、覆蓋面廣的公共基礎類實驗課程具有推廣價值。