一、成果背景

1.国内高校大学物理实验教学缺乏统一标准

大学物理实验是理工科学生在大学接触的第一门实验课，能够帮助学生掌握物理实验基本方法，提高实验操作及创新能力，养成良好的实验素养。但因为实验课的特殊性：相同的实验原理可由不同的实验方法来验证，名称相同的实验设备内部构造又往往不同。大学物理实验课一直无法制定有效的教学标准。高校各自为政，在实验项目设置及教学要求上各行其道、缺少规范。对不确定度理论的讲解可谓一“度”各表；置信概率取0.683还是0.954？不确定度何时保留2位？南北有差异，东西不相同；标准问题在全国大学物理实验竞赛阅卷时也常引起争议（阅卷老师来自参赛高校），甚至有的高校内部都不能组织统一的实验操作考试，因为不同指导教师对相同实验项目的解读不一样。

标准的缺失还造成新教师入职难，他们不知如何把控实验内容，也不知如何实施分层次教学。传统的口口相传易造成教学内容和经验“越传越少”甚至传错。

2.大学物理实验教学标准化方案的制定是高校实验教学的迫切需要

大学物理实验教学标准化是根据人才培养方案和课程教学大纲制定统一规范的标准，使之成为教材编写、教学设计和评估、教学考试与竞赛命题的依据。标准提出了实验内容分层次，对不同专业学生提出不同的教学要求，做到了因材施教。有了标准，教师心中就有了明晰的教学定位和教学指南，管理者和考核者也有章可依，有据可循。新教师也能少走弯路，尽快入职。有了标准，各高校大学物理实验课就有了统一规范的教学要求，从而有望实现“南北统一，东西和谐”。

基于教学标准拍摄的典型案例教学视频，更有助于高校物理实验教师之间相互借鉴与学习。

3.联合制定大学物理实验教学标准化方案具有必要性

目前，河南省有三所物理类国家级实验教学示范中心，在各自承担大量物理实验教学任务的同时，还肩负着引领河南省实验教学改革的重任。一所高校制定标准，难免有不周全之处。三所示范中心通力合作，进行大学物理实验教学标准化方案的制定和实践，综合调研省内高校大学物理实验教学的共性和特点，解决共同存在的问题，成果制定的标准更加具备普适性和推广性。

成果的研究与实施可提升主要完成人的教学能力和教学效果，进一步增强了三所示范中心的软实力，并在全省高校大学物理实验教学领域内形成显著的辐射效应。

二、成果目标

1.成果目标：为每个大学物理实验项目制订教学标准；立足河大，推广全省；三校合力，辐射全国。

2.设计思想：由基础到高阶，循序渐进，因材施教。

3.改革原则：立足物理，加强理工；夯实基础，突出创新；实践标准，推广应用。

4.改革内容：

1) 精选实验项目，为每个项目设置分层次实验教学目标；

2) 落实因材施教，进行分层次教学实践，突出高阶创新；

3) 提炼课程内容，编写相应实验教材；

4) 浓缩改革成果，建设典型案例教学库；

5) 改革教学模式，不同专业采用不同的教学、评价方式。

5.研究重点：为每一个大学物理实验项目制订教学标准，并应用实践，最终推荐给国内高校。

6.研究难点：

（1）构建日臻完善科学合理实验教学标准化方案，真正做到实验教学有“案”可依。

（2）建立将物理实验标准化分层次教学方案应用于实践的机制，做到推广有据。

三、研究方法

1.实施方法

（1） 调研和预研究。参考一流高校大学物理实验标准化研究与实践的先进经验，确立大学物理标准化制定与实践的思路。

（2） 改革试点。选择河南大学19级物理学专业及明德计划实验班学生进行改革试点。一年后，对20级学生再次实践。

（3） 标准的改进与完善。认真分析研讨不同专业大学物理实验大纲，并与相关理论课教师进行座谈。分析现有实验教学内容与教学过程中存在的问题，根据需要进行教学内容和教学过程的调整，以满足不同专业学生的需求，进行针对性教学培养。

（4） 形成标准。团队成员全部来自大学物理实验教学的一线，有国家级物理实验教学示范中心主任、教学副院长等。良好的人员构成高效地保障了大学物理实验课程标准的研究和实施的顺利进行。

（5） 标准的实施与推广。通过开放式协作平台在实践中完善大学物理实验教学标准化的细节，在河南大学10个学院29个专业的大学物理实验课中推广，并由成果成员在郑州大学、河南师范大学进行实践。随后在兄弟院校开展实验教学分层次实践。

（6） 三个示范中心联合，建立实验教师培训机制。利用三所国家级实验教学示范中心的资源开展全省大学物理实验教师培训，研讨标准，示范教学，达到全省高校物理实验教师共同提高的终极目标。

2.具体实施过程

（1）2020.06前完成了调查研究。

（2）2020.7-12:资料检索，建设PASCO实验室，进行大学物理实验标准化的预制定，并在郑州大学和河南开封科技传媒学院应用。

（3）2021.1-6：完成了实验项目的标准化的制订，编写了相应实验教材《普通物理实验》。在郑州大学、河南师范大学、新乡学院进行实践应用。

（4）2021.7-今：实践完善阶段。将大学物理标准化推广并不断完善，使该标准化的操作和使用更加科学化。

（5）在2020、2021年河南省大学物理实验竞赛暨实验教学研讨会上，介绍了实验标准化教学开展情况，并征求大家的意见及建议。

（6）利用各级大学生物理实验竞赛对学生实施高阶创新实验锻炼。成果实践期间，组织学生参加了第六、第七全国大学生物理实验竞赛，第三、四届河南省大学生物理实验竞赛。组织了河南大学第二、第三届大学生物理实验竞赛。

四、成果内容

1. 优化实验教学过程，针对不同层次的教学要求构建了实验教学标准化指标体系

（1）精选40个实验项目，为每个项目设置基础、提升、进阶、高阶四个层次的教学目标。强调项目在培养学生科学素养、创新能力方面的作用，明晰每个项目关联的知识点、学科知识与延伸实验，为教师教学设计打开了思路。

（2）同步设计了40个项目的实验教学PPT；

（3）DIY录制了基于分层次教学理念的40节教学视频，丰富了大学物理实验典型案例教学库。

2. 实践分层次教学，提炼课程内容，创新教学模式，改革评价方式

(1)对理科和工科采用不同的教学模式

对理科专业学生，要求学生至少完成基础、提升、进阶部分实验内容，对学有余力，学习兴趣较强的学生进行高阶创新性实验内容。对于工科学生，在完成基础、提升内容后，加强物理实验技能和本专业知识的结合，开展探究性实验。

（2）对相同专业的学生依据个人能力和兴趣提出不同的要求

以河南大学明德计划物理实验班为例，采用了传统和PASCO相结合的分层次教学模式。课前学生通过线上自学、预习实验标准化教学库视频，完成测试题并提出问题。课中老师集中有代表性的问题进行解答。课后借助PASCO平台验证自己的理解，并达到举一反三的效果。课余，学生利用实验课学到的知识和技能以及创新思维和作品，积极参加校、省、国家级大学生物理实验竞赛，大学生挑战杯等各级比赛。

（３）坚持标准化实验教学实践，创新了实验教学模式

结合大学物理实验课的特点，以及标准化分层次教学的要求，改革教学模式，以“线上：直播+虚拟仿真”使学生掌握实验的基本要求；以“线下：DIY+操作实验”的形式使学生体会动手的乐趣，创新实验成功的自豪感。

（4）改革教学评价方式，强调评价的多样化和过程化

比如，对物理学专业和明德实验班的《普通物理实验（三）》实行了平时实验成绩+撰写课程小论文并答辩的考核形式。实施了在各级各类大学生物理实验竞赛中获奖给予1~10不等的分数奖励办法。

3. 学生能力得到显著提高

三所示范中心指导学生获得全国大学生物理实验竞赛一等奖8项，二等奖7项，三等奖10项，学生公开发表论文7篇，申请发明专利3项。

2020年，河南大学队夺得第四届河南省大学生物理实验竞赛3个一等奖中的2个，2021年第五届再夺一等奖数、奖牌总数、获奖率第一；第六、第七届全国大学生物理实验竞赛中荣获3项一等奖，优秀组织奖，可看出高阶教学效果较好。

通过竞赛，学生的自信心大为增强。2020年获国赛一等奖的河南大学史孟豪组申请了发明专利，已通过了初审和二次审核。凭此优秀成绩正寻找保研接收单位。郑州大学常顺强同学在“2021年中南地区物理实验竞赛专题研讨会”上汇报了一等奖创新作品，得到了几所一流高校的直博邀请，其一等奖作品已获发明专利。

4. 出版实验教材、编写实验讲义

2021年5月申请人主编出版了河南大学实验教材《普通物理实验》，教材同时被河南开封科技传媒学院部分专业使用。教材突出课程思政与教学标准化内容，每一个实验项目都明确了基础必做内容与高阶选作内容，是国内首部普通物理实验标准化教材。另外，申报团队还编写了《数字化物理实验》讲义来指导学生进行创新实验。

5. 物理实验教师团队水平持续改善

本成果参研教师积极进行教学研究和教学创新，有10篇教研论文发表，3人次获省级以上教学奖励，获批3个一流课程，3个项目，参编1部河南省十四五规划教材。

6. 受益学生

受益学生达6000人次以上，包括三所示范中心和一所公立一所私立学校的学生。

五、成果创新点

1.大学物理实验教学内容设计充分体现了分层次教学理念与标准化特色，有创新。如图1所示，每一个实验项目都设计了基础、提升、进阶、高阶四个层次的内容，每一层次都有详细的教学内容安排，对不同专业学生提出了不同层次教学要求。实践表明，标准化分层次实验教学真正实现了因材施教，各尽所能，充分调动了每一位学生学习大学物理实验课的积极性。

2.标准化教学方案和资源库具有非常大的实用性，可操作性强，有创新。

实验教学标准化指标体系内含40项目的实验教学标准化方案，DIY录制了相应的标准化教学视频，设计了PPT文稿，供学生下载。根据此套标准化方案，刚接触大学物理实验课的教师能迅速掌握每一个实验项目的精髓及授课方法，从视频中学习借鉴实验教学的重难点，体会物理实验的博大精深与内在联系。选课的学生可以深入了解每一个项目的实验背景与原理、内容与步骤。反复观看教师的授课，既可以不受时空限制利用碎片时间随时随处预习和复习，又可以根据自身专业和能力选择不同的层次进行学习。

3.首次在省内提出三所国家级实验教学示范中心联合，推广实施实验教学标准化，填补了省内空白，研究方向和内容有创新。

本成果囊括几乎所有的大学物理实验项目，完成详细的实验教学标准化课堂设计和教学视频，每一个实验是独立的单元，依据不同专业的教学大纲要求，组合成不同的教学内容，实验教学标准化方面，本成果在全省范围内填补了空白，在全国同行中走在了前列。

4.首次在省内大面积全方位进行线上线下混合式教学模式探索，对于传统单纯依赖于实验室的实地教学而言，教学方式具有创新性。

在成果的引领下，逐步形成了线上线下混合式教学模式。上课前教师将教学视频上教师将教学视频上传“河南大学实验室与实践教学综合服务平台”或钉钉群。学生或下载，或网上直接预习。学生上课前看视频及PPT学习，课上做实验，教师指导。节约了时间，使学生探究高阶实验内容变成了可能。也节约了空间，使得更多的学生可以走入实验室进行探究实验。

六、成果推广应用情况

（1）推广价值

成果突出标准化，在教学过程中实施分层次教学，使每位同学都能学有所获。对有能力感兴趣的学生通过进阶和高阶内容的学习，引导其参加各级各类物理实验竞赛，有利于学生创新能力的培养；成果的实施可锻炼实验教学队伍，提升实验室的软实力，提高教师改革实验教学模式的热情和信心。成果有推广的价值。

（2）推广情况

三所国家级实验教学示范中心联合研究制定并分别实施了标准化教学方案，有50多名教师5000多名学生参与了标准化分层次教学实践。

成果团队充分利用各种线上线下研讨会的机会向全国、全省兄弟高校推广标准化教学的思想与方法，得到了广泛认可。

成果在河南开封科技传媒学院、新乡学院得到应用，有15名教师700名学生参与了标准化分层次教学实践，取得了良好的效果。

成果团队亲自指导河南开封科技传媒学院3个参赛队在2020年第六届全国大学生物理实验竞赛中全部夺得二等奖，其中1个队参加了一等奖决赛。在获奖率仅为60%的全国比赛中有如此骄人的成绩，可见标准化分层次教学呈现出应用于民办学校的良好态势，标准化分层次教学的实施促进了一些基础差的同学找到自己的优势和特长，通过努力脱颖而出。成果团队还指导该学院获得第十五届“挑战杯”河南省大学生课外学术科技作品竞赛三等奖1项。

商丘师范学院组织师生专程来第一完成单位交流研讨实验标准化教学情况。

七、今后努力方向

1. 完善标准，录制更专业的视频，分成果分知识点上传视频到“河南大学本科生实践创新管理平台”，使学生不受时空限制随时学习。接收学生的建议，录制操作视频供学生学习。

2. 结合大学物理实验的线上线下混合式教学，向更多高校推广应用标准化体系。

3. 选择合适的时机，举行物理教师实验教学标准化研讨及操作培训。

2022年1月4日