基于积分制的公共基础实验教学改革探索与实践

梁振涛， 徐春龙， 刘长青， 熊 强， 丁 健

（1.长安大学理学院，西安 710064；2.西安交通大学材料科学与工程学院，西安 710049；3.陕西科技大学材料科学与工程学院，陕西省无机材料绿色制备与功能化重点实验室，西安 710021；4.长安大学电子与控制工程学院，西安 710064）

0 引 言

理工类高校中的公共基础实验课是工科教学体系的重要组成部分，由于它涉及人数多、覆盖面广，对培养学生实验技能、提高实操能力和分析解决问题能力有着至关重要的作用，对培养学生科学素养、创新意识和创新能力具有独特的优势［1-3］。

近年来，随着高等教育评价体系的变化和工程教育认证的评价要求，传统公共基础实验教学体系已不能完全适应人才培养的需求，主要表现为：在教学理念上，不能深入贯彻“以学生为中心”“OBE”等先进教育理念；在教学方法上，传统实验教学中老师讲学生听［4］，听完做实验的教学方法不能很好地调动学生学习的主动性［5］；在教学模式上，考核评价过于依赖分数的考核评价方式不科学，实验项目设置与专业、产业需求结合不紧密，对学生创新能力培养不足，课程安排方面不能完全适应完全学分制教学改革的需要［6-7］。

为此，不少高校在开放式教学、分层次教学、模块化教学、探究式教学等方面进行了许多探索，为实验教学改革开辟了很多新的思路［8-10］。近年来，长安大学理学院以物理实验教学中心为试点、进行了基于积分制的教学模式改革与探索，取得了一定的成效，为公共基础类实验课程进行开放式教学和管理积累了一些经验。

1 积分制的教学模式改革思路

基于积分制的实验教学模式打破原有固定的教学管理模式，对实验项目进行分层次重置，采用积分制模式管理学生实验流程，以学生实验积分评价课程通过状态，并转化为课程成绩，实现过程和目标双驱动，解决传统模式中存在的问题。

1.1 实验项目设置

以“大学物理实验课”为例，根据教学大纲和培养目标，将其教学内容设置为绪论课、验证性实验、综合性实验、创新型实验［11-12］，如图1 所示。

图1 积分制教学模式的实验项目设置

绪论课主要教会学生基本的数据测量及处理方法，使学生了解课程任务、培养目标、选课方式和考核方法等，进行课程思政教育，引导学生树立正确的世界观、人生观与价值观。验证性实验主要是通过声、热、光、电等直观的实验现象，对课程的基础理论进行验证，提高学生对理论知识的理解程度，加强对知识点的掌握；通过对基础仪器的使用，使学生掌握常用测量工具的基本操作，培养学生基本的实验动手能力；通过分析和处理实验数据，培养学生规范处理实验数据的基本能力。综合性实验主要培养学生对理论知识、实验技术和实验方法的综合运用能力，教会学生通过观察物理现象并运用所学的知识进行综合分析。

创新型实验主要是通过实验方法利用理论知识解决实际问题，考察学生对知识的综合运用能力和立足现实分析问题、解决问题的能力，从而在实验和理论研究的互动中，树立学生理论和实践相互促进的科学研究思想，培养学生的创新意识、创新思维和创新能力。

1.2 积分制教学模式改革的主要思路

基于积分制的实验教学改革，主要从授课方式、选课方式、考核方式几个方面展开。选课方式、考核方式是积分制教学模式的实质和灵魂，也是进行积分制教学模式改革的前提和基础，具体思路见图2 所示。

图2 积分制教学模式的主要思路

（1）授课方式。依托在某平台上线的“大学物理实验”在线资源及定制开发的实验综合选课平台，开展线上线下混合式实验教学。

①验证性实验和综合性实验。线上部分主要是学生在课前通过观看实验视频，学习实验原理、实验操作步骤等，撰写实验预习报告；线下部分主要进行实践操作及实验数据测量处理等。线上部分不占用计划学时。

②创新型实验。线上部分主要是学生查阅文献、设计实验方案等；线下部分是学生在教师指导下完成实验内容、达成预期目标，并开发实验设备，发表相关实验成果等。

（2）选课方式及流程。绪论课是整个实验课程的基础，作为课程学习的必要条件，所有人必须选择，且通过考核后方有资格进行后续实验项目的选择。绪论课的成绩不计入总成绩。

通过绪论课，学生方可申请选择创新型实验项目，实验教师在考察学生理论课学习情况、参考学生在其他课程中的表现等，对学生申请情况进行审核，审核后学生根据教师审核情况进行实验项目的选择。实验项目的选择需要满足最低积分要求和实验个数要求。积分制教学模式的选课流程如图3 所示。

图3 积分制教学模式的选课流程

每类实验项目的积分（即实验项目的难度系数分，也就是实验项目的权重分）不同，由实验教学团队集体审定，由管理员在系统中设定。

学生根据专业培养方案要求、个人学习情况、兴趣、其他课程安排、个人后期发展规划等，灵活地从三类实验项目中进行选择，具体情况如表1 所示。假定验证性实验、综合性实验、创新型实验三类实验对应的项目积分分别为a、b、c，学生需要修满的最低积分为M，实验个数不能超过N（实验个数的要求主要是通过控制总的实验个数引导学生选择综合性实验和创新型实验）。

表1 基于积分制的基础学科实验课程选课方式

（3）考核方式。单个实验项目采用10 分制。验证性实验和综合性实验，需要完成实验报告；创新型实验，鼓励学生撰写科技论文，扩大学生的知识面，提高学生分析实验结果的水平和撰写论文的能力。对于撰写论文的同学，单项成绩会适当偏高。

当学生单个实验项目成绩不低于6 分时，视为获得该实验项目的积分；当学生获得累计积分满足最低要求后，即为通过该门课程。

（4）课程成绩换算。根据课程积分和具体实验项目成绩将学生累计积分换算为百分制的课程成绩。

先由单项成绩和积分计算出学生的实验课初始成绩。假定PAi（i＝0，1，…，x）、PBj（j＝0，1，…，y）、PCk（k＝0，1，…，z）分别为学生所选择的验证性实验、综合性实验、创新型实验的单个实验项目成绩（如没有选择某类别的实验项目，即相应选择数为0，则无该项成绩）。学生的积分和单项实验成绩通过下式转化为实验课初始成绩，

再由实验课初始成绩采用线性回归的方式转化为课程百分制成绩。假定所有参加实验的学生通过上述公示转化出的实验课初始成绩最高分为PFS-max，由式（1）计算出的最低理论分（即所选实验项目积分为最低要求积分M，所选实验个数为限定的可选的最多实验个数N，单个实验项目成绩为6 分时计算出的实验课初始成绩）为PFS-min。将最高分再转化为学生百分制成绩的最高分100 分，将最低分转化为百分制成绩的最低分60 分。其他学生的最终成绩

2 实践效果

2.1 积分制实验教学运行情况

物理实验教学中心年均开课涉及150 个班，面向4 500 余名学生，年均生时数超过210 000。表2 显示了近3 学年学生的选课情况。

（1）学生选做的实验项目结构发生变化，不及格率下降。从表2 可以看出，在实验总人数浮动不大的情况下，选择验证性实验的人次由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%，下降比例为11.86%；选择综合性实验的人次由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%，上升比例为4.72%；选择创新型实验的人次由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%，上升比例为88.47%。由此可知，选择验证性实验的人次在逐年下降，选择综合性实验和创新型实验的人次在逐年上升，同时创新型实验选择人次的上升速度要快于综合性实验选择人次的上升速度。另外，可以看到，不及格人数由346 人下降到182 人，占学生人数的比例由7.94%下降至3.99%，下降了3.95%，下降比例为47.4%。

（2）学生实验素养不断提升。一是学生对实验的重视程度和参与度明显提升。学生对待成绩较改革之前更加“分分计较”。在课程完成度、实验项目报告撰写、实验室停留时间、实验报告数据处理、实验问题讨论等方面有非常明显改善，平台互动区域讨论发帖量大幅增加。二是学生的求知欲和学习兴趣明显提升。积分制教学模式以学生自主学习活动为基础，学生由“参与者”变为“主导者”，学生的自主性得以体现、参与感明显提升，能够充分地调动学生学习的主动性，激发其潜在的求知欲和学习兴趣［13］。三是学生的视野和知识面明显提升。结合竞赛、大创项目、工程实践问题的创新型实验项目的引入，兼具综合性、实用性和研究性，有一定难度和深度，既有新鲜感、趣味性又富有挑战性［14］，能够拓宽学生的视野和知识面，丰富和深化书本知识的学习和运用，使学生获取更多的知识信息，不断提高学习兴趣和参加物理实验的热情。

2.2 创新实验促进创新人才培养

自积分制教学模式运行以来，在教师的指导下，学生在学科竞赛、申报和完成大创项目、科学研究等方面取得了丰硕成果。表3 展示了物理实验教学中心开展教学模式改革以来取得的成果。

据不完全统计，近年来，约有300 余名学生由于较好地完成了创新型实验项目而被选拔参加学校学科竞赛培训队，在“中国大学生物理学术竞赛”和“全国大学生物理实验竞赛”中获得优异成绩，其中获得全国大学生物理实验竞赛全国一等奖1 项、二等奖5 项，获得中国大学生物理学术竞赛西北赛区赛个人最佳奖6人次，获得陕西省赛个人特等奖15 人次，一等奖21 人次。完成创新型实验的同学中，获得其他学科竞赛国家级奖项600 余人次，获得国家奖学金和国家励志奖学金400 余人次，获得校级以上荣誉称号近百人次。其中的2018 级和2019 级学生，100%获推免或考取研究生。根据创新型项目完成的科技论文和专利共10篇（项）。

3 总结与反思

3.1 总 结

（1）积分制教学模式是推行完全学分制教学改革的有效措施。公共基础实验虽然涉及面广，教学人数多、教学任务重，但采用积分制教学改革能充分发挥其灵活性、可选择性、个体适用性的特点，能够很好地满足完全学分制对公共基础实验的要求，是推行完全学分制教学改革的有效措施。

（2）积分制教学模式是践行“以学生为中心”、落实OBE教育理念的有效措施。随着新时代高等教育改革内涵的发展，“以学生为中心”的“课堂革命”改革和OBE人才培养理念对实验教学在兼顾不同学生个体差异、分层次开展教学方面提出了新要求。积分制教学模式下，学生可以自由进行课业规划、选择实验项目、指导老师和实验时间、实验难度，促进学生个性化发展，有效解决学生“吃不饱”“不消化”等问题，更好地践行新时代教育理念。

（3）积分制教学模式是提升人才培养质量的有效措施。积分制教学模式的设计目的本就是通过创新型、综合性实验重点培养学生的创新思维和创新意识，实验设备、实验方案、实验项目等由“固定式”变为“可选式”，学生需要通过阅读文献、查找资料等进行设计和探索，有利于培养学生的探索精神、创新思维、创新意识和创新能力，进而提升人才培养质量。

（4）积分制教学模式是选拔拔尖人才的有效措施。积分制教学模式，通过引入创新型研究实验，将科研、竞赛、工程问题等与教学相结合，使科研成果、竞赛成果和物理实验教学相辅相成、相互促进［15］，能够吸引更多学有余力的同学参与其中。从实践效果看，参与并完成创新型实验的学生，往往是综合成绩优异者，被选拔参加“中国大学生物理学术竞赛”和“全国大学生物理实验竞赛”的同学更是同届学生中的佼佼者，他们多数获推免或考取研究生，适合进行科研工作。因此，积分制教学模式有利于导师及时发现科研苗子，是选拔拔尖人才的有效措施。

3.2 反 思

经过多年的探索和实践，物理实验教学中心在积分制实验教学模式改革中取得了一些成绩。但由于积分制教学模式下，实验时间、指导教师、实验项目、实验难度均由学生自行选择，实验项目会相应增多，除人力、物力需求相应增加以外，仍需从多样化的实验设备、实验室信息化建设、师资队伍建设等方面继续改进。

（1）多样化的实验设备更新。一是创新型实验项目需不断更新内容；二是同一实验项目中不同层次实验内容需要选用不同的设备，改变以往“统一化”的实验设施。

（2）加强实验室信息化建设。一是功能强大的实验管理与选课平台系统建设；二是数字化课程资源建设；三是教学信息化闭环系统建设（实验结束后给学生的反馈与互动系统）。

（3）加强师资队伍建设。一是科研与教学相结合，科研促进教学；二是工程实践问题进课堂；三是科学和有效的教师评价与激励机制的完善。

4 结 语

基于积分制的实验教学模式，既是完全学分制下实验教学改革的一个方向，也是开放式实验教学的一个探索方向，它能够满足学生的个性化需要，也能够培养学生的实践能力、团队意识、创新能力，提高人才培养质量，有效选拔拔尖人才。这种教学模式，对于工程力学、基础化学、电路基础等涉及人数多、覆盖面广的公共基础类实验课程具有推广价值。