面向新工科建设对理工科人才实践能力与创新素养的迫切需求，破解传统物理实验课堂“验证性实验占比过高、学生面对真实工程任务难以自主设计方案、数智素养与跨学科思维培养不足”的育人难题，材料科学与工程学院《大学物理实验》课程团队以胡春莲教授为带头人，以“虚实结合、工程赋能、数智驱动”为核心理念，创新推行“基础验证+综合设计”双模块结构改革，依托虚拟仿真平台、真实工程案例与AI智能工具搭建沉浸式实验课堂，构建“虚拟仿真预习—实体操作探究—工程应用迁移—竞赛项目孵化”一体化实验育人链条，实现传统验证性实验课堂全方位焕新，为新工科背景下基础实验教学改革打造可复制的实践样板。

当前新工科建设深入推进，人工智能、大数据等技术与传统工程领域加速融合，市场亟需兼具扎实物理功底、工程实践能力和数智技术素养的复合型人才。以往《大学物理实验》课堂以验证性实验为主，学生“按步骤操作、照模板写报告”，实验原理理解停留在记忆层面，面对“桥梁缆索张力监测”等真实工程任务时难以自主设计测量方案，虚拟仿真与实体操作衔接不畅，实验数据转化为工程决策的能力薄弱。为补齐人才培养短板，课程团队对标新工科建设要求，以“虚实数智深度融合”为核心抓手，重构实验教学全流程，打造"设计化、数智化、能力化"全新实验课堂。

（1）“虚拟仿真+实体操作+工程应用”三层递进，打通实验课堂与工程一线

课程打破“教师演示、学生复现”的传统实验定式，把真实工程场景转化为常态化教学情境，实现虚拟认知、实体探究、工程解决的能力递进。

虚拟仿真突破时空限制。课前依托国家实验空间虚拟仿真实验平台与自建31个虚拟仿真项目，学生自主完成实验预习与故障预演。以“弦线上的驻波”实验为例，学生进入声悬浮虚拟仿真实验，直观观察不可见的声波驻波能量分布，测量声速验证理论，突破"驻波不可见、理论抽象"的教学瓶颈，为实体实验奠定直观认知基础。

实体操作聚焦关键技能。课中回归自建物理实验教学示范中心，学生自主设计实验方案、选择测量方法、预判误差来源。以桥梁专业学生为例，围绕“虎门大桥异常振动”工程案例，学生分组设计弦线驻波实验，运用智能张力传感器与phyphox手机软件采集数据，完成自主探究，将理论知识转化为实践操作。

工程应用实现能力跃迁。课后依托数字化平台拓展工程应用场景，学生将驻波原理迁移至“吉他音色优化”或“桥梁缆索张力监测”等真实工程问题，运用公式提出改变频率或波速以破坏驻波条件的工程对策，完成从“实验操作”到“工程设计”的范式转变。线上依托AI大模型辅助数据分析，学生上传频谱数据自动识别基频与泛音成分，培养“AI辅助、人工决策”的技术伦理意识。

（2）“基础验证+综合设计”双模块重构，四位一体分层教学激活学生主体

课程确立“项目为体，内容为用”核心逻辑，以“物理+工程+AI”跨学科融合为导向，针对不同专业重构差异化实验情境，划分两大模块实现理论知识与项目实践深度绑定。

基础验证模块实施“预习—仿真—实操”三段式改造。课前依托虚拟仿真平台自主预习，课中实体操作聚焦仪器操作规范与数据处理方法，课后数字化平台拓展工程应用。以“液体粘滞系数”“霍尔效应”等经典实验为载体，夯实学生基础实验技能。

综合设计模块以真实工程问题为驱动。面向桥梁专业设置缆索监测情境，面向材料专业设置性能评价情境。以“弦线上的驻波”为例，学生分为智能弦音仪组与桥梁张力监测组，自主设计实验流程、选择测量方法、预判误差来源，教师仅作安全性审核与关键节点引导。教学组织创新采用“集体讲授+小组协作+个别辅导”三位一体模式：集体授课统一梳理专业基础与项目设计方法；小组实行“组内异质、组间同质”管理，设立组长责任制；针对理解困难学生开展一对一专项辅导，兼顾整体教学与个性化成长。

（3）赛教融合闭环育人，课程实验直通科创竞赛与科研产出

课程将全国大学生物理实验竞赛标准完整嵌入教学评价体系，搭建“课堂实验孵化—项目入库打磨—竞赛冲刺提升”闭环路径，让课程作业升级为竞赛作品、科研雏形。

课中练技能。课内通过小组合作开展设计性实验，训练学生实验方案设计、工程问题解决和团队协作能力，为物理实验竞赛储备核心技能。将竞赛标准前置到课堂，在实验项目中全面植入竞赛元素。

课后孵项目。建立优秀作品入库孵化机制，从课程实践中遴选创新项目进入大学物理实践项目库，分类孵化竞赛方向。装置改进类聚焦学生自主改进实验装置与自制教具研发，可延伸为全国大学生物理实验竞赛创新装置赛道作品；智能系统类探索“物理+工程+AI”跨学科融合，可打造“人工智能+物理实验”新型竞赛项目。

未来冲竞赛。形成“课程实践—项目孵化—竞赛冲刺”的完整培养链条，实现从课堂学习到竞技获奖的贯通培养。

（4）教学改革成效显著，学、研、赛多维成果全面丰收

场景项目式教学改革实施以来，课程育人成效持续凸显。

学生实验能力明显增强。改革后学生实验主动性与设计能力大幅提升，操作考核合格率稳定在八成以上，实验报告平均分逐年提升。近五年学生获国家级、省部级物理实验创新竞赛奖156项，其中一等奖15项。

教师教学能力卓越发展。团队获全国高校教师数智教育创新大赛一等奖等国家级奖项5项，校级以上奖励50余项。主讲教师受邀赴国内知名高校及海外大学开展课程示范与学术交流，扩大模式影响力。

社会辐射面与示范作用突出。国家虚拟仿真实验教学平台大学物理实验页面累计浏览量超三十万次，获批省部级一流课程。多次受邀担任国家级、省部级物理竞赛评审，承办市级物理创新竞赛决赛，覆盖十余所高校近千支代表队，多次获物理实验竞赛国家级“优秀组织奖”，团队工作入选校级最佳案例。

针对部分学生跨情境应用训练不足、高阶实验能力养成受阻等现存问题，团队后续将深化AI辅助实验设计、优化校企联合授课、完善过程化考核体系，搭建成果交流平台，持续完善场景化育人体系。本次改革以产业实景为载体、项目实践为核心、科创竞赛为延伸，打通理论、实践、竞赛、科研育人环节，推动学生从被动操作转向主动解决工程实际问题。下一步，课程将持续联动行业企业拓展实景教学场景，深化AI赋能实验教学，持续提升新工科创新人才培养质量。

本课程由重庆交通大学物理教学团队建设，长期探索交通特色高校理工科专业实验教学改革路径，已形成“虚实结合、数智赋能、课赛融通”的实验教学新生态。