以项目学习为核心的实验教学能够有效提高学生科学实验能力、科学素质、科学思维方法和科学研究能力，是基础学科卓越创新人才培养的关键。
以第三届“卓越杯”物理实验竞赛中进入决赛的24支参赛队为样本，通过对参赛学生项目开展路径的调研，结合专家评分与同伴评价，对竞赛中开展项目式教学的人才培养路径与模式进行了实证探索。
研究采用滞后序列分析法，对面向卓越人才培养的项目式教学路径进行了归纳总结，分析并完善在项目学习过程中的主要环节。基于结构方程模型论证了研究方法对研究结果的正向影响，肯定了项目式教学对人才创新力的激发作用。
（本论文节选自《实验室研究与探索》（ 第41卷第８期 ，作者：倪晨， 李渔迎， 方恺， 王琦， 于婷婷， 顾牡，同济大学物理科学与工程学院），需要原文可私信关键词“JX20230308”取阅。）
“卓越杯”物理实验竞赛“卓越大学联盟”是由北京理工大学、重庆大学、 同济大学等国内９所具有理工特色的综合性大学组成 的“卓越人才培养合作高校”的简称。多年来以卓越拔尖人才培养为核心，共同探索人才培养规律与模式。为有效培养学生的创新精神和团队协作意识，提高大学生的综合能力和实践能力，提高大学物理实验教学质量，卓越联盟高校于2017年启动“卓越杯”大学生 物理实验竞赛（以下简称卓越杯物理实验竞赛）。 第三届卓越杯物理实验竞赛由我校（同济大学）承办，除了各联盟高校参赛队伍外，还邀请了南开大学共同参赛。竞赛采取预先公开竞赛内容与要求的形式，包括命题 类课题与自选类课题两种。
其中命题类创新课题共２项：
题目１为无线电能传输，要求设计一种通过磁近场以无线方式传输电能的实验方法和实验装置（自组装置），尽可能提高传输效率，增加传输距离，体现节能环保特点，实现接收端小型化的优化设计，并具有实际 应用前景；
题目２为超声声镊，要求利用超声装置对空气或液体中的轻小物体实现束缚及移动。
自选课题类为创新物理实验装置的设计，要求设计并制作物理思想清晰、能使用计算机或移动设备进行数据采集与分析、在物理实验教学中易于使用的创新物理实验装置或仪器。参赛学生在教师指导下，从选题调研开始，进行资料搜集、实验方案设计、理论计算与模拟、仪器设 计与制作、调试测量、实验验证、数据处理与误差分析以及迭代修改，最终完成报告撰写与汇报演示。
决赛结果统计分析如图１所示。从整体上来看，本次竞赛 决赛项目在研究方法的科学性和客观性、研究内容的 先进性和安全性以及研究成果的实效性和创新性上都 具有较高水平。由此可见，竞赛中所有参赛项目均为 典型的基于项目的实验教学案例，研究过程完整且蕴含各高校的教学特色，具有研究价值。
图1决赛项目各维度平均评分统计
本研究以该竞赛中进入决赛的24支参赛队作为分析对象。通过收集参赛学生在实验研究项目开展过程中的路径与细节，探究面向卓越人才培养的项目式物理实验教学活动设计。并通过专家和同伴对其不同维度的评价结果构建结构方程模型，验证该教学模式对学生创新能力培养的积极影响。
项目式实验教学路径研究
项目式实验教学较一般实验教学中以教师为主 导、先演示后实验的教学方式有很大不同，强调以学生为主体，是适合培养分析能力、解决问题能力等高阶思维能力的实验教学模式。 目前，很多高校采用项目式教学模式指导学生开展学术竞赛活动，并取得良好的效果 。同时在竞赛背景下，各项目内容更具前沿 性，项目指导方式更具多样性，学生综合水平更具竞争力。 本研究基于滞后序列分析法对学生项目研究路径流程进行分析， 挖掘各校决赛项目统一的开展路径。
滞后序列分析方法
滞后序列分析法基于统计理论研究行为之间的顺序关系，探索和总结在复杂的交互行为序列中发生的 交叉依赖关系，并将行为序列中重复发生的行为建立 为关系链 。在教育研究中，该方法被广泛应用于学习行为分析研究，用以挖掘学习者潜在的行为模式、行为规律以及行为习惯，分析其行为背后的学习需求，寻找学习行为与学习绩效的关系，从而达到改进教学的目的。
编码表设计与数据编码
项目式教学基本流程一般包含确定主题、制定方案、组织实施、汇报成果４ 部分内容 。构建知识即为确定学习主题，与项目中的选题环节不谋而合。 建模与设计是物理实验项目开展方案的重要内容，操作技能、数据分析属于项目实施范畴，科学交流是成果汇报时所需的基本素养。编码表的一级维度以物理实验教学目标为依据，通过综合分析项目开展基本流程以及实验教学目标，将行为活动具体化，建立教学目标与项目实施环节映射关系，将物理实验中的项目式教学可以细分为选题、建模、设计、实施、分析、结论６个主要阶段 。 除此之外，为了解学生具体的问题解决行为，便于教师及时干预，本研究加入了探索环节。最终以上７个环节被定义为如表１所示的一级维度。结合每个阶段的成果，设立明确的评价指标，最终共拟定 14 个二级维度。学生项目开展流程行为编码表
教学路径分析
竞赛活动作为项目式实验项目综合评价的载体， 可以准确地反映项目式教学开展的完整过程。高分组与低分组的路径所呈现的结果表明，各参赛项目的主 干研究路径具有高度一致性，包括：定题（ＸＴ）—查找资料（ＴＣ）—物理系统建模（ＢＷ）—设计仪器（ＤＪ）— 实验验证（ＩＳ）—数据分析（ＡＦ）—作出结论（ＣＺ）。仅低分组的个别环节存在偏离，对竞赛成果也造成一定 的影响。
综合来看，在卓越联盟高校中开展项目式实验教学过程可以划分为研究方法确定及研究结果产出 两个主要阶段，如图３所示。其中，研究方法的准确性。
高分组与低分组残差表（部分）
决定研究内容产出的质量，研究结果的产出辅助研究方法的改进，最终的研究成果在两个阶段的不断迭代 作用下越发科学与精准。因此在教学环节中，教师尤 其需要注重反思迭代的正确方法引导，帮助学生建立 严谨的科学研究精神。
除此之外，通过学生学习行为的分析也反映了一些实验教学过程中需要注意的细节。
项目式物理实验教学过程
项目式实验教学成效分析
教学效果评价是项目式教学的突出特征，评价内 容涵盖教学路径各环节，通过形成性评价与结果评价 综合反映学生在知识、能力、团队合作等方面成效，尤其应当突出创新性科学思维为核心素养的评价。基于竞赛的结果，利用结构方程模型对项目式实验教学对 创新能力的影响做进一步的分析与验证。
结构方程模型分析方法
结构方程模型利用一定的统计分析技术，根据理论模式与实际数据关系的一致性程度，对复杂现象的理论模式做出评价，以对实际问题进行定量研究 。一个完整的结构方程模型是由测量模型和结构方程模 型两部分组成 。 其中测量模型用于描述测量指标与结构模型之间的关系，结构模型用于描述结构变量 之间的关系。该方法是一种验证性分析技术，适合验证本研究所提出的“项目式实验教学能否助力创新能力培养”问题。
模型构建思路与基本假设
基于图３所示的项目式物理实验教学过程，本研究构建了假设模型。模型中包含研究方法、研究内容产出以及创新能力３个潜变量。
模型中包含两个假设：① 研究方法对研究内容产出有显著影响；② 研究 型实验锻炼对学生创新能力培养有显著影响。其中研究方法是隐性的运用智慧进行科学思维的技巧，是在已有研究基础上或者自身从事科学研究过程中不断总结、提炼出来的。在物理实验教学中主要包含建模、设计两个关键环节。
“建模”指的是现实问题系统的抽象表示能力，包括能够提供理论和实际联系的物理模 型与系统定性和定量理解的测量模型 。
“设计”指的是提出科学问题，设计具有可行性的实验方案来回答所提问题并进行模型测试和优化。
研究结果是研究方法显性的成果产出，在物理实验教学情境下主要从 所设计的实验装置、答辩时的实验现象以及实验操作３方面进行考察。
