小数据，大教育——大学物理实验课中的教学变革

陈桂云，吴 威

(南京农业大学,江苏 南京 210031)

大学物理实验课是高等理工科院校对学生进行科学实验基本训练的必修基础课程，是本科生接受系统实验方法和实验技能训练的开端，是后续其他实验的基础，具有受众面广、实践性强、思政资源丰富的优势。大学物理实验，具有丰富的实验思想、方法、手段，同时能提供综合性很强的基本实验技能训练，是培养学生科学实验能力、提高科学素质的重要基础。它在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面具有其他实践类课程不可替代的作用[1,2]。

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议及全国教育大会上多次提到“立德树人”，指出，高校立身之本在于立德树人。要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，学科体系、教学体系等等都要围绕“立德树人”来设计，高等教育要努力实现全程育人、全方位育人[3,4]。”本文旨在以实验数据为突破口，探寻大学物理实验课程中的思政教育契机，展开大学物理实验课堂的教学变革。

综观高校物理实验室发展，无论是实验室环境、仪器设备、还是师资力量、实验内容、教学模式、实验规章制度等，多年来一直稳步向前发展。以实验内容而言，从基础性实验到综合性实验再到设计性实验的分层次化内容设置与安排已屡见不鲜。随实验课堂教学改革的展开，多维度的过程及结果相结合的实验成绩评价方式也渐成共识及教学评价常态。

虽然具体方案不尽相同，但大学物理实验成绩评定，通常会包含到以下四个方面：实验预习、实验操作、实验报告和实验测试这些因素。实验测试可随堂，也可单独进行。课前完成的实验预习，则因不同班级学风及个人学习态度不同，差别甚大。教师通常可以利用随堂预习测试来了解及记录预习状况。实验操作一般也可通过随堂观察，记录最优和最劣两极端进行加减分记录。成绩评价中相当重要的实验报告环节，因课堂时间有限，通常都是课后完成并提交相应的纸质报告。然而雷同相似的实验报告经年难以避免，难辨高下时不得已归结到靠书写态度来判分。

多年实验报告评分的尴尬及混合型教学模式的实践需要共同催生了实时实验报告提交系统的诞生。不过学生现场手机提交报告的改革，在解决部分旧有问题同时，也引发了一些新的问题。譬如报告系统的不稳定，可能带来扣分的不公平等等。笔者在大学物理实验的混合式教学模式实践中，因实验报告提交系统的若干问题需要在教学实践中搜集数据，于是在霍尔效应和牛顿环两个物理实验中历时两年搜集学生实验数据。第一年重点搜集异常数据，以发现异常仪器及报告系统异常问题，以求线上评价能够公平公正对待每个学生。第一年数据搜集时发现，能从学生数据观察到学生不尽相同的学习状态。第二年则对24个班约720名同学展开霍尔效应和牛顿环两个物理实验数据的逐一实时搜集，辅之以立即面聊讨论实验问题。这一面广量大费时繁琐的课堂一线教学实践，收获了实验报告提交系统相关实验的问题整改报告，更重要的是，发现了实验数据中隐藏着的课程思政教育契机及大学物理实验课堂教学变革的新切入点。

搜集实验数据并辅以面聊这一过程，让笔者发现，实验数据展示出的学生学情至少有以下三种：第一类(A类)学生，实验数据可得满分，且实验时间富余。他们通常会提前离开，课程有吃不饱现象。第二类(B类)学生，实验数据正常，实验时间饱满。其中又可细分为三种情形：B1，过程及答题都很谨慎，坚持到下课甚至拖堂才无错误完成实验；
B2，发现数据问题，反复重做，寻找最优结果；
B3，发现数据问题，求助讨论寻找原因及解决方案。第三类(C类)学生，实验心不在焉，走过场。C类大致有两者情形：C1，似乎内心负重，心不在焉；
C2，治学做事已形成不严谨的粗心大意不良习惯，不在意实验结果。

以上发现，引起了笔者的深思。实验数据的对错及好坏，它的意义何在？显然不能仅仅局限于用它评价学生的成绩高低。小小的数据中分明隐藏着学生的学习能力、分析解决问题能力、学习态度、协作精神及价值取向等等。小数据中潜藏着大教育。如果不加以利用，不仅会抱憾于思政教育失之交臂，也会让课程的人本价值限于空谈。只有让教学与教育深度关联，课程才是真正的以人为本，才有可能实现其人本价值内核。

以上三种不同的学情，对应三种不同层次的学生。这意味着教学不能大而化之，需要针对不同类型学生进行分层次的教学，也意味着可以针对不同类型学情，进行不同的思政点切入。实验数据中隐藏着的课程思政教育契机，将为大学物理实验课堂教学变革注入新的活力。

从人本视角深刻反思大学物理实验课程价值，认清课程在学生发展上的基本定位是通识类核心基础课[5,6]。让课堂教学从混合型教学模式实践的形式关注走出来，走向更为深入的课程教育内核关注。回归初心，以人为本，让课程真正成为育人的课程，教学过程真正成为教育的实施过程。秉持以上理念，以实验数据为突破口，教学内容为载体，找到思政教育契机，将教学升华到教育本真。大学物理实验课堂的教学变革可从下面四个方面展开。

3.1 重整课程教学目标

首先要从知识、能力、思政三个方面重整大学物理实验课程的教学目标，并指出需根据学生不同学情，灵活处理教学过程中的切入点，要实施分层次分类型的因材施教，将育人与教学深度关联。

大学物理实验课程教学目标中的知识目标可设置为：系统学习并掌握基础物理实验的原理、思想方法、实验方法和数据处理方法。教学目标中的能力目标可设置为：训练并培养基础的科学实验技能、发现问题及分析解决问题的实践技能、培育创新意识，夯实创新能力发展根基。教学目标中的思政目标可设置为：培养社会主义核心价值观引导下的敢于接受挑战、求实创新、勇于实践，具有良好科学素养和协作精神的爱国敬业诚信友善的新时代人才。

分层次的因材施教，以上面三种学情类型为例，对于学有余力的A类学生，可以在课程中提供其深入探究的科研拓展点或者让其做小组负责人；
对于B类学生，正常教学，但多训练及发展该类学生敢于尝试和协作，努力发现并解决问题能力；
对于实验心不在焉，走过场的C类学生，要进行适度的对话疏导教育等等。

3.2 建设混合式教学模式下的良性课堂生态

混合型教学模式下的大学物理实验课程，其课堂生态系统由教师、学生、实验指导书、仪器、教室环境及课程教学的网络辅助系统等组成。建设良性课堂生态，就是让其中各要素都能发挥“言传身教”的作用，并且让各要素之间整体均衡，良性互动，协调共进达成该课程的目标，实现课程在学生发展上应该起到的作用。具备良性生态的课堂，好比某种小社群组织的生态体。它要在利益博弈、观点碰撞和思想交锋中体现学习与发展兼顾、科学与人文交融、合作与竞争并存的特点。这样的课堂中，完成实验只是目标之一，犯错的价值会被重新思考，并被纳入学习过程[2]。

以育人本位作为课程的立足点，可以从一明一暗两条线着手进行课堂生态建设布局。其中明线即所谓“言传”，即明示。是指课程目标、教材、课程内容、课堂教学等都直接明示,明确并宣告课程的育人价值导向，不藏着掖着。而暗线即所谓“身教”，让环境发挥作用。具体指创设出立德树人的环境场，发挥文化潜移默化育人的作用。利用人(教师和优秀学生)的行为春风化雨，利用网络、板报、橱窗、走廊、墙壁等进行文化建设，展示教育理念、发展愿景、科学家情怀与成就等等，营造有利于学生修德立身的良好氛围。让学生无论何种途径，只要与课程发生链接，就置身于这样的氛围中，置身于大学物理实验课程立德树人的课堂生态中，不自觉地受其影响。

3.3 强化课堂观察与互动，让思政育人与教学有机链接

既往的课堂观察，容易满足于学生是否顺利完成实验，数据是否正确。既往的互动，过于关注学生是否正确理解及正确操作。这些观察与互动基本上是以顺利完成教学任务为目标，过于僵化呆板流于浅表，远不能达成育人宗旨。

有效的教学变革得发挥教师主导作用，强化课堂观察与互动，让思政育人与教学有机链接。当教师用心观察学生实验状态，看到数据背后的“学习隐情”，才可能巧妙利用实验数据为切入点，推动学生反思，教学过程才自然而成育人过程，“小”数据也才有可能催生出“大”教育。

譬如，数据检查时会发现个别学生，为谋求高分，篡改数据。此时正是诚信教育的介入时机，这种情形一经发现，必须立即介入纠偏，通过对话交流等手段让学生反省更正。而由实验数据及状态观察到的C类学生，如果是因为大学成长阶段身心自我发展带来的各类身心问题，心不在实验室，导致实验出错，教师可以略略安抚，对话疏导，并策略地让其加入同学小组互动中，将其注意力转回课程本身。而如果是实验态度问题或者治学做事已形成不严谨粗心大意不良习惯，未按照要求来做实验的学生，则要通过对话教育，晓之以理，促其反思，介入纠偏。

针对观察到的A类学生及B类学生，同样可以以不同的方式和策略，让他们在课程中得到针对性的发展。根据学习成效金字塔模型，“学习保留率”与“学习方式”的关系形成三角金字塔形状。其中使用讨论、实践、教授他人等主动学习方法，两周后知识的保留率分别是50%、75%、90%[7]。故而对A类学生的策略，就是激发培养其领导力，激励他们完成自己实验同时，要主动去发现可能存在的问题并主导小组的讨论和实践，必要时可以教授他人。而对B类学生，更倾向激励其主动实践，积极参与讨论。

教师以实验数据为突破口，以教学内容为载体，找到合适的思政点后，策略性地引导与介入。教师主导着与学生的互动同时，辅之以鼓励强化A类学生在小组内部及小组间的领导性互动作用。让互动在师生间，组与组之间，内部组员之间以求助、引领、讨论、辩论或竞争或合作等形式出现在课堂。如是，不仅课堂会充满活力，在随时发生着的师生间、生生间的“言传身教”中，思政育人与教学也会自然发生链接。

3.4 完善成绩评价方式，并有效发挥其导引作用

既有的成绩评价方式，虽然也关注学生实验过程和态度，但更容易倾向于实验数据好坏及实验时间长短。这种评价有时会把学生导向对数据结果的过分关注，甚至于诱发实验数据不好的个别学生发生篡改数据的不道德行为。检查学生异常数据时发现：大部分学生是听话型学生。中学教育训练的经验告诉他们，按照老师要求做，是获取学业高分的最便捷途径。然而大学生已成人，需要走出既往舒适区，需要精神引领，需要合理“增负”，需要不良结构的现实问题挑战来逼迫成长。而实验过程如果伴随着技能、思想方法的学习，同时还需要发现个体实验的具体问题并寻找解决方案的话，实验时间会因人而异不会较短，并且实验数据也未必都很好。有时发现数据问题，思考出内在的原因，并调整实验验证自己的判断可能对学生发展意义更大[2]。

改革并完善实验成绩评价方式，让其有合理公平公正内核同时，要能对学生行为有效导引。可直接将思政目标(培养社会主义核心价值观引导下的敢于接受挑战、求实创新、勇于实践，具有良好科学素养和协作精神的爱国敬业诚信友善的新时代人才)的内核嵌入成绩评价中。既跟学生明示，成绩评价鼓励同学们“接受挑战、求实创新、勇于实践”，鼓励“协作探索，诚信友善”；
也明确指出成绩评价会打击弄虚作假篡改数据这类行为。譬如教学可以故意设置一些实验陷阱，保留几台问题仪器，让学生有机会面对现实缺陷，锻炼发展学生的质疑精神及发现问题解决问题能力。实践中发现，对自己要求高的学生会去追问实验数据潜藏问题，深入探究，发现了仪器问题，并来跟老师讨论。同时也发现，个别同学会直接弄虚作假，教师检查数据时就正好顺势面聊介入，给以纠偏。

从人本视角反思大学物理实验课程价值，发现实验数据可提供物理实验课堂思政教育的新契机。于是以实验数据为突破口，教学内容为载体，将教学升华到教育本真。回归初心，探寻到大学物理实验课程中的思政教育契机，展开大学物理实验课堂的教学变革。让课程成为教育人的课程。课程教学过程，真正成为教育的实施过程。这种教学变革必将在一线教学实践中不断被深化和完善。

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