基于慕課模式的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新

曹顯瑩，曲　陽

(哈爾濱石油學(xué)院 實(shí)驗(yàn)中心，黑龍江 哈爾濱 150028)

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基于慕課模式的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新

曹顯瑩，曲陽

(哈爾濱石油學(xué)院 實(shí)驗(yàn)中心，黑龍江 哈爾濱 150028)

摘要：通過對(duì)傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀的分析與討論，指出了目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)方法單一、枯燥，針對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)方法進(jìn)行研究，把慕課模式引入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課中，將慕課模式的學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)模式的課堂教學(xué)相結(jié)合，把學(xué)習(xí)理論知識(shí)放在慕課中，實(shí)驗(yàn)操作部分放在傳統(tǒng)的課堂中，此方法可充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性與主動(dòng)性，并能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新精神，從而提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)質(zhì)量.

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；慕課；教學(xué)方法

在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，高等理工院校人才培養(yǎng)的要求逐漸提高，大學(xué)生必須具備堅(jiān)實(shí)的物理基礎(chǔ)、出色的動(dòng)手實(shí)踐能力和勇于開拓的創(chuàng)新精神. 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ)教學(xué)的重要組成部分，是系統(tǒng)地訓(xùn)練學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能的開端，這門課程內(nèi)涵豐富，覆蓋面廣，信息量大，對(duì)于激發(fā)學(xué)生想象力、創(chuàng)造力，培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立開展科學(xué)研究能力具有不可替代的作用，所以學(xué)好物理實(shí)驗(yàn)對(duì)于廣大理工科學(xué)生來說是十分重要的. 目前，對(duì)于傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在幾點(diǎn)問題[1]：

1)教學(xué)模式呆板，教學(xué)內(nèi)容固定、陳舊，以教師為中心，教師指定學(xué)生完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生被動(dòng)地按照要求和操作步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)本來有趣的實(shí)驗(yàn)失去興趣，這種教學(xué)模式無法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神.

2)學(xué)習(xí)時(shí)間固定，學(xué)生只能在短短的課堂時(shí)間內(nèi)完成教師所要求的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，這樣就避免不了有些學(xué)生為了應(yīng)付而學(xué)習(xí).

3)考核制度不完善，一般成績(jī)考核都以教師為中心，很難做到公平、公正.

近幾年，慕課像一場(chǎng)全球性的數(shù)字海嘯，給世界高等教育帶來了巨大的沖擊，引發(fā)了一場(chǎng)教育的風(fēng)暴.

慕課(MOOCs)是 Massive open online courses[2]的簡(jiǎn)稱，其意為：大規(guī)模開放性的在線課程. 慕課不僅是學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)者的聚集，更是一種通過共同話題或某一領(lǐng)域的討論將教師和學(xué)習(xí)者連接起來的方式[3]. 隨著信息技術(shù)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普及，慕課受到了IT精英和教育專家們的高度關(guān)注[4]. 慕課相對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)具有如下特點(diǎn)：第一，課程時(shí)間較短，這要求課程更突出精華；第二，學(xué)生可以隨時(shí)隨地去學(xué)習(xí)，改變了傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式；第三，將學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變成主動(dòng)思考.

本文針對(duì)現(xiàn)有的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式展開研究，把慕課模式引入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課中，將慕課模式的學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)模式的課堂教學(xué)相結(jié)合，把學(xué)習(xí)理論知識(shí)放在慕課中，將實(shí)驗(yàn)操作部分放在傳統(tǒng)的課堂里，這樣學(xué)生就可以自行選擇學(xué)習(xí)時(shí)間和學(xué)習(xí)地點(diǎn)，不受傳統(tǒng)課堂的時(shí)間和地點(diǎn)限制，只要有網(wǎng)絡(luò)的地方學(xué)生均可學(xué)習(xí)，然后在課堂上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作以及數(shù)據(jù)處理等過程，最后進(jìn)行課堂討論，這樣既節(jié)省了課堂上理論知識(shí)的講授時(shí)間，又增加了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間和討論環(huán)節(jié)，并且學(xué)生有充分的時(shí)間來自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，組裝實(shí)驗(yàn)儀器，從而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí).

1傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式分析

對(duì)石油工程系、機(jī)械自動(dòng)化工程系的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的預(yù)習(xí)情況和實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì). 表1是石油工程系和機(jī)械自動(dòng)化工程系學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，從表中可看出的有5%的學(xué)生沒有預(yù)習(xí)報(bào)告，86%的學(xué)生的預(yù)習(xí)報(bào)告照抄實(shí)驗(yàn)教材，只有10%的學(xué)生能夠真正地查文獻(xiàn)找資料，完成預(yù)習(xí)過程. 分析原因有以下幾點(diǎn)：1)由于學(xué)生是非物理專業(yè)，所以對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的重視度不夠，學(xué)習(xí)不積極主動(dòng). 2)學(xué)生不知道應(yīng)該怎樣預(yù)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)，從而導(dǎo)致預(yù)習(xí)報(bào)告只能照抄教材. 3)學(xué)生接受了以往的灌輸模式學(xué)習(xí)，不愿意由被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，這就造成了學(xué)生在課堂上過于依賴教師的講解和演示，而實(shí)驗(yàn)課時(shí)不充足，若占用過多時(shí)間進(jìn)行講解和演示，學(xué)生動(dòng)手的時(shí)間就會(huì)很少，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的真正目標(biāo)與效果[4]. 從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)操作考核成績(jī)不及格的人數(shù)較多.

表1　石油工程系、機(jī)械工程系學(xué)生的預(yù)習(xí)情況

表2是石油工程系與機(jī)械自動(dòng)化工程系的實(shí)驗(yàn)操作考核成績(jī)，從表2能夠看出僅有18%的學(xué)生獲得實(shí)驗(yàn)操作部分的優(yōu)秀成績(jī)，而大多數(shù)的學(xué)生操作成績(jī)達(dá)到及格，有23%的學(xué)生在操作部分無法拿到及格的分?jǐn)?shù). 這一結(jié)果說明了學(xué)生無法獨(dú)立地完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，并且不會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、誤差分析，在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)問題不能獨(dú)立解決，只能求助于教師.

表2　石油工程系、機(jī)械工程系實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)

為了更好地解決以上問題，將“慕課”的教學(xué)形式融入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程. 通過慕課，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行個(gè)性化地自主學(xué)習(xí)完整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程，避免了學(xué)生預(yù)習(xí)不理想的情況，在課堂上進(jìn)行有序的實(shí)驗(yàn)，在教師帶領(lǐng)下進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，動(dòng)手組裝實(shí)驗(yàn)儀器，討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而使學(xué)生真正地理解實(shí)驗(yàn)的真諦，不會(huì)出現(xiàn)考試過程中不會(huì)操作，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不會(huì)分析等情況.

2大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程融入“慕課”的教學(xué)形式，改革其教學(xué)方法

以增強(qiáng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)、提高學(xué)生科學(xué)思維意識(shí)為準(zhǔn)則，通過改善教學(xué)模式，使學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變成主動(dòng)學(xué)習(xí)，鼓勵(lì)學(xué)生為自己的學(xué)習(xí)負(fù)責(zé)，從而提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，改革的課堂教學(xué)方案如圖1所示.

圖1　大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案

2.1慕課模式的學(xué)習(xí)

學(xué)生可以通過在線視頻學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)課程，包括學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)背景、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟等，與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，慕課模式的優(yōu)點(diǎn)是學(xué)習(xí)者可以自行選擇學(xué)習(xí)時(shí)間及學(xué)習(xí)地點(diǎn)，同時(shí)可以針對(duì)不懂的部分有針對(duì)性地進(jìn)行回放學(xué)習(xí)，直到能夠完全看懂、學(xué)會(huì)為止. 這樣不僅可以減少教師在課堂的講授時(shí)間，而且能夠提升學(xué)生在課堂的自信心，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果.

視頻可選取國(guó)內(nèi)外著名高校的教學(xué)視頻拼接，也可請(qǐng)有經(jīng)驗(yàn)的一線教師錄制. 學(xué)生可以借助在線習(xí)題進(jìn)行自測(cè)以鞏固學(xué)習(xí)效果、加深理解實(shí)驗(yàn)原理. 習(xí)題及答案由專家及有經(jīng)驗(yàn)的一線教師擬定并發(fā)布. 當(dāng)完成此次課程后可進(jìn)入在線虛擬課堂與其他在線學(xué)習(xí)者進(jìn)行交流互動(dòng)，在進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)本次課程的理解的同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)方案的討論，也可將問題以討論帖的形式掛于虛擬課堂的虛擬“黑板”上，待后來的學(xué)習(xí)者參與分析與討論，同時(shí)教師定期或不定期上線給予疑難問題的解答與指導(dǎo).

通過這種慕課模式的學(xué)習(xí)、討論，學(xué)生由被動(dòng)參與者變成了主動(dòng)學(xué)習(xí)者，并且只要有網(wǎng)絡(luò)的地方，學(xué)生可以隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，解決了課堂教學(xué)局限性的問題.

2.2課堂教學(xué)模式改革

通過在線學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)操作步驟已經(jīng)初步掌握，教師和學(xué)生共同走進(jìn)傳統(tǒng)的課堂進(jìn)入動(dòng)手操作環(huán)節(jié).

1)首先要求學(xué)生按實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容順利完成實(shí)驗(yàn)，并對(duì)產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否符合理論預(yù)期.

2)學(xué)生完成指定的實(shí)驗(yàn)后，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行討論，討論的內(nèi)容由淺入深，一般包括：出現(xiàn)某種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因，數(shù)據(jù)中誤差的來源，如何減小測(cè)量過程中出現(xiàn)的誤差，計(jì)算誤差的不確定度，制定其他可行的實(shí)驗(yàn)方案，等等.

3)通過由淺入深地學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠自己設(shè)定實(shí)驗(yàn)方案，教師對(duì)學(xué)生設(shè)定的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行修改，幫助學(xué)生順利完成實(shí)驗(yàn). 在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的過程中，學(xué)生能夠掌握主動(dòng)權(quán)，有獨(dú)立思考的機(jī)會(huì)，能夠清楚哪些是自己的強(qiáng)項(xiàng)和弱項(xiàng)，從而取長(zhǎng)補(bǔ)短，關(guān)注如何提高自身學(xué)習(xí)能力的策略和習(xí)慣.

4)學(xué)生獨(dú)立搭建實(shí)驗(yàn)裝置，完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程. 在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生自己搭建新的實(shí)驗(yàn)裝置，并完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量和處理過程，并進(jìn)行誤差分析與計(jì)算. 在這個(gè)過程中，學(xué)生認(rèn)為在學(xué)習(xí)中值得冒險(xiǎn)嘗試新方法，他們能夠從錯(cuò)誤中吸取經(jīng)驗(yàn)，舉一反三，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和對(duì)科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度. 在這個(gè)過程中，學(xué)生與教師的共同學(xué)習(xí)，減少了距離感，有利于教師因材施教.

2.3成績(jī)考核制度改革

嚴(yán)格的考核制度是保證優(yōu)良教學(xué)質(zhì)量必不可少的前提條件[3]. 目前，大學(xué)物理成績(jī)考核制度分為實(shí)驗(yàn)操作與筆試成績(jī)，比例分配各占50%. 為提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的積極性，改變成績(jī)考核制度，將成績(jī)考核分為線上自測(cè)、實(shí)驗(yàn)操作和筆試成績(jī)，比例分別為1∶4∶5，滿分為100分.

對(duì)于能力較強(qiáng)的學(xué)生可以申請(qǐng)期末考試免試，申請(qǐng)免試的學(xué)生除要取得平時(shí)的基本實(shí)驗(yàn)、綜合訓(xùn)練、考題討論課等教學(xué)環(huán)節(jié)的優(yōu)異成績(jī)外，學(xué)生還要選擇教師設(shè)置的一些創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生自己查閱資料、分析理解、制定實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生可以在開放的實(shí)驗(yàn)室里改進(jìn)或重新制作實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并完成實(shí)驗(yàn)研究論文[4].

3融入慕課思想的教學(xué)實(shí)踐

作者于2015年3月針對(duì)邁克耳孫干涉實(shí)驗(yàn)課對(duì)本校2014級(jí)140306班采取了試點(diǎn)教學(xué). 首先準(zhǔn)備預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)的視頻，視頻內(nèi)容主要為邁克耳孫干涉實(shí)驗(yàn)的背景、實(shí)驗(yàn)原理以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容. 學(xué)生在課下預(yù)習(xí)視頻，了解邁克耳孫干涉實(shí)驗(yàn)的精髓及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容. 課堂上教師運(yùn)用10 min講解操作實(shí)驗(yàn)儀器的注意事項(xiàng)，留給學(xué)生45 min進(jìn)行基于邁克耳孫干涉儀的光波長(zhǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)，并利用剩余的35 min由教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論. 討論題目根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容預(yù)先設(shè)計(jì)好，例如：最初設(shè)計(jì)邁克耳孫干涉儀的目的是什么？現(xiàn)今邁克耳孫干涉儀的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些問題？等等，以此提高學(xué)生對(duì)邁克耳孫干涉實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵的理解.

通過上述教學(xué)環(huán)節(jié)2014級(jí)140306班所得成績(jī)列于表3，同時(shí)將2013級(jí)130305班的邁克耳孫干涉實(shí)驗(yàn)課成績(jī)作為對(duì)比也列于表3. 2013級(jí)130305班人數(shù)為35人，采用的是傳統(tǒng)的教學(xué)模式，2014級(jí)140306班的人數(shù)是33人，采用的是本文所述的教學(xué)模式. 通過表3的數(shù)據(jù)可以看出：1)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)優(yōu)秀和良好的比例明顯增大，成績(jī)提高顯著；2)實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)的成績(jī)提高并不明顯；3)實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)有所提高. 通過課堂狀態(tài)分析，實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)的成績(jī)提高不明顯的原因是課堂操作時(shí)間短，在增加課堂操作時(shí)間的同時(shí)需要有針對(duì)性地增加學(xué)生動(dòng)手能力的訓(xùn)練.

表3　近2年的邁克耳孫干涉實(shí)驗(yàn)課成績(jī)統(tǒng)計(jì)表

4結(jié)束語

本文將慕課模式引入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課中，將慕課模式的學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)模式的課堂教學(xué)結(jié)合，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課堂充分利用慕課的優(yōu)勢(shì)，縮短了教師講解環(huán)節(jié)和機(jī)械式的重復(fù)過程，留出大部分時(shí)間用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間和討論，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)，從而提高了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量.

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[責(zé)任編輯：郭偉]

Reform and innovation of college physics experiment teaching method based on MOOCs mode

CAO Xian-ying, QU Yang

(Experiment Center, Harbin Institute of Petroleum, Harbin 150028， China)

Abstract:Through the analysis and discussion of the status of traditional university physics experiment teaching, the teaching method of experiment of college physics were monotonous and boring. To solve these problems, the reform of teaching methods to enhance the teaching quality of experiment of college physics was discussed. MOOCs mode and traditional classroom instruction mode were combined, theory was learned in MOOCs and operation was carried out in traditional classroom. The enthusiasm and initiative of students were aroused by this teaching methods, their scientific literacy and innovative spirit were also developed, thus the teaching quality was improved.

Key words:college physics experiment; MOOCs; teaching method

中圖分類號(hào)：G642.423

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005-4642(2016)05-0025-04

作者簡(jiǎn)介：曹顯瑩(1984-)，女，山東邳墨人，哈爾濱石油學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心講師，碩士，從事物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究工作.

收稿日期：2015-12-24；修改日期：2016-03-03