大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)

吳　肖，黃國(guó)華，呂　華

(廣東工業(yè)大學(xué)　實(shí)驗(yàn)教學(xué)部，廣州　510006)

?

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)

吳肖，黃國(guó)華，呂華

(廣東工業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)部，廣州510006)

該文針對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果差，學(xué)生缺乏自我評(píng)價(jià)和反思的問(wèn)題，開發(fā)了基于網(wǎng)絡(luò)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)并在教學(xué)中應(yīng)用。該系統(tǒng)與具體的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合，學(xué)生能獨(dú)立地完成物理實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的自我評(píng)價(jià)。系統(tǒng)有針對(duì)性地對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目提出指導(dǎo)與評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的難點(diǎn)進(jìn)行形象化講解，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)的網(wǎng)絡(luò)化，形成了一個(gè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的電子檔案袋。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)；電子檔案袋

自主學(xué)習(xí)是大學(xué)生主要的學(xué)習(xí)方式之一[1]。由于應(yīng)試教育仍是中小學(xué)的主要教育模式，不少學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后仍按照以前的學(xué)習(xí)方式學(xué)習(xí)，自主學(xué)習(xí)能力依然普遍較低。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是大學(xué)生入學(xué)后接觸的第一門比較系統(tǒng)的實(shí)踐類課程，在培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[2]。

高校開放課程和開放教學(xué)是一種趨勢(shì)。數(shù)字化校園和數(shù)字化課程資源為高校教學(xué)和大學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供了便捷的環(huán)境。為了能夠充分利用信息化資源，發(fā)揮信息化環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的建設(shè)變得尤其迫切[3-4]。廣東工業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)部的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心近年來(lái)也開始建設(shè)學(xué)生自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)，積極為學(xué)生創(chuàng)造好的自主學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生的主體性得到積極、全面的發(fā)展，使之真正成為學(xué)習(xí)的主人。

1　大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生自主學(xué)習(xí)存在的問(wèn)題

1)學(xué)生預(yù)習(xí)效果較差。

2)缺乏自我評(píng)價(jià)和反思。

2　大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的開發(fā)

針對(duì)學(xué)生在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過(guò)程中的自主學(xué)習(xí)問(wèn)題，我們進(jìn)行了大學(xué)物理自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的開發(fā)。該系統(tǒng)以網(wǎng)上平臺(tái)呈現(xiàn)，學(xué)生通過(guò)該系統(tǒng)自主學(xué)習(xí)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，在網(wǎng)站的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄和處理分析，進(jìn)行自我評(píng)價(jià)，生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告并提交給老師，逐步獲得自主學(xué)習(xí)的認(rèn)知策略和監(jiān)控策略。該系統(tǒng)的首頁(yè)如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)首頁(yè)

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合，有針對(duì)性地對(duì)具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目提出指導(dǎo)與評(píng)價(jià)指標(biāo)，并遵循自主性逐步增加的過(guò)程，待學(xué)生掌握了自主學(xué)習(xí)的認(rèn)知策略和監(jiān)控策略后，在基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括緒論學(xué)習(xí)、基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)3個(gè)部分，學(xué)習(xí)過(guò)程包括預(yù)習(xí)進(jìn)行時(shí)、實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)和實(shí)驗(yàn)完成時(shí)3大步驟，學(xué)生必須依次完成整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2　自主學(xué)習(xí)流程

實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)是實(shí)驗(yàn)順利完成的重要保障，是實(shí)驗(yàn)?zāi)芊袢〉弥鲃?dòng)的關(guān)鍵[6]。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用問(wèn)題導(dǎo)向預(yù)習(xí)，在“預(yù)習(xí)思考問(wèn)題”中精心設(shè)置了一些問(wèn)題，要求學(xué)生通過(guò)后續(xù)的“預(yù)習(xí)內(nèi)容擴(kuò)充”部分以及“實(shí)驗(yàn)微課堂”部分的學(xué)習(xí)來(lái)進(jìn)行解答并提交答案?！邦A(yù)習(xí)內(nèi)容擴(kuò)充”對(duì)課本上的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了擴(kuò)充和形象化處理，以圖文并茂的形式介紹了實(shí)驗(yàn)儀器的使用及實(shí)驗(yàn)方法原理等，對(duì)實(shí)驗(yàn)的要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。為了達(dá)到更好的預(yù)習(xí)效果，在借鑒MOOC[7]的教學(xué)模式下，系統(tǒng)開設(shè)了“實(shí)驗(yàn)微課堂”板塊。此板塊由中心教師精心拍攝的短小的教學(xué)視頻組成，如示波器部分由“示波器的原理”“示波器面板說(shuō)明”“示波器的校準(zhǔn)”“示波器測(cè)量電信號(hào)波形”等多個(gè)視頻組成，學(xué)生對(duì)哪部分內(nèi)容感興趣，就點(diǎn)擊學(xué)習(xí)哪部分。學(xué)生提交預(yù)習(xí)問(wèn)題的答案后方可參閱預(yù)習(xí)問(wèn)題答案，并可依據(jù)答案對(duì)本人預(yù)習(xí)情況進(jìn)行自我評(píng)價(jià)和反思。教師也可以教師身份登錄后查閱和評(píng)價(jià)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況。

達(dá)到預(yù)習(xí)要求后，學(xué)生可開始做實(shí)驗(yàn)，并依次按照實(shí)驗(yàn)儀器的安裝與調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)的測(cè)量，處理與分析，實(shí)驗(yàn)行為的自我評(píng)估去完成實(shí)驗(yàn)。為了使學(xué)生能更好地完成實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)中設(shè)置了一些需達(dá)到的調(diào)節(jié)和測(cè)量要求，學(xué)生參閱這些要求對(duì)實(shí)際測(cè)量進(jìn)行不斷地調(diào)整與反思，也設(shè)置了一些注意事項(xiàng)，要求嚴(yán)格遵守。在實(shí)驗(yàn)的最后，要求學(xué)生對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)步。

實(shí)驗(yàn)完成后，系統(tǒng)設(shè)置了一些課后思考。這些問(wèn)題較預(yù)習(xí)問(wèn)題難度會(huì)加深并趨于開放性，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，并激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新性的想法。另外，對(duì)于一些學(xué)有余力的學(xué)生，通過(guò)系統(tǒng)的“實(shí)驗(yàn)拓展”部分了解與本實(shí)驗(yàn)相關(guān)的一些實(shí)驗(yàn)和知識(shí)，如果學(xué)生有興趣還可以到實(shí)驗(yàn)室嘗試實(shí)踐。

3　大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的特點(diǎn)

1)從整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)看，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)行為等的評(píng)價(jià)與反思貫穿于整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程之中。

為了能夠提高學(xué)生的自我評(píng)價(jià)能力，評(píng)價(jià)的自主性會(huì)隨著實(shí)驗(yàn)遞增。如在預(yù)習(xí)時(shí)，通過(guò)前續(xù)3個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)后學(xué)生掌握了一定問(wèn)題導(dǎo)向評(píng)價(jià)[8]的方式，在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中逐步放開提問(wèn)的自由度，如學(xué)生自問(wèn)自答，或者是就學(xué)習(xí)同伴提出的問(wèn)題進(jìn)行回答；再如實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)前續(xù)實(shí)驗(yàn)對(duì)儀器調(diào)整給出了詳盡的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)實(shí)驗(yàn)會(huì)要求學(xué)生自行制定其中一些評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并自我評(píng)判。自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)中分光計(jì)的調(diào)節(jié)(操作)自我評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如圖3所示。

2)系統(tǒng)將微課程的理念滲透到平臺(tái)之中，實(shí)現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)課堂，以微視頻和微思考達(dá)到較好的預(yù)習(xí)效果。

微課的設(shè)計(jì)采取兩種方式：①依據(jù)實(shí)驗(yàn)的流程，如實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理等單獨(dú)微小視頻呈現(xiàn)；②對(duì)實(shí)驗(yàn)中難點(diǎn)、重點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)介紹[9]。

3)系統(tǒng)針對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)較容易出現(xiàn)的問(wèn)題以及實(shí)驗(yàn)中的難點(diǎn)進(jìn)行形象化講解，用仿真、動(dòng)畫或者視頻的形式提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣。

圖3　自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)中分光計(jì)的調(diào)節(jié)(操作)自我評(píng)價(jià)項(xiàng)目

如分光計(jì)、邁克爾遜實(shí)驗(yàn)等結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，學(xué)生感覺難度較大，為了使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前對(duì)儀器結(jié)構(gòu)有個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，系統(tǒng)采用了三維的虛擬現(xiàn)實(shí)物體旋轉(zhuǎn)技術(shù)[10]將其進(jìn)行360°形象化呈現(xiàn)，如圖4所示，克服了教學(xué)難點(diǎn)，提高了預(yù)習(xí)效率。

4)本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)的網(wǎng)絡(luò)化。

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告的自動(dòng)生成，方便學(xué)生進(jìn)行提交和教師進(jìn)行評(píng)價(jià)[11]，并形成學(xué)生大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的電子檔案袋[12]。學(xué)生隨時(shí)點(diǎn)擊閱讀，即時(shí)了解自身的不足與進(jìn)步，促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。圖5為學(xué)生查看到的教師評(píng)價(jià)頁(yè)面，教師可以分別對(duì)

學(xué)生預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(包括數(shù)據(jù)處理分析與課后思考)等進(jìn)行評(píng)分，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算總分。另外，教師可以有針對(duì)性地給出一些實(shí)驗(yàn)評(píng)語(yǔ)，幫助學(xué)生進(jìn)步。

圖5　學(xué)生查閱成績(jī)頁(yè)面截圖

4　結(jié)束語(yǔ)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)已投入使用一年，得到了廣大老師和學(xué)生的認(rèn)可。該系統(tǒng)拓展了學(xué)生學(xué)習(xí)的空間，加強(qiáng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和自主獲取知識(shí)的意識(shí)，使學(xué)生掌握了以問(wèn)題為導(dǎo)向[13]的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的學(xué)習(xí)策略。并利用即時(shí)的實(shí)驗(yàn)前、實(shí)驗(yàn)中、實(shí)驗(yàn)后的評(píng)價(jià)促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)認(rèn)知[14]的形成，培養(yǎng)了學(xué)生的自我反思、自我評(píng)價(jià)的能力。

[1]方方，何強(qiáng).網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)下自主學(xué)習(xí)模式研究[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2014，12(1)：60-62.

[2] 鄧維斌，周玉敏，黃蜀江，等.基于Web自主協(xié)作型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2008，6(6)：99-101，133.

[3] 曾思明，杜宇上，彭端，等.開放自主式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探究和實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2012，10(5)：79-82.

[4] 叢文靜，馬曉霞，趙敏.工程制圖自主式學(xué)習(xí)平臺(tái)的構(gòu)建[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32(12)：197-200.

[5] 莫慕貞.利用自主學(xué)習(xí)導(dǎo)向評(píng)估框架變革評(píng)價(jià)：理論基礎(chǔ)[J].考試研究，2012，33(4)：79-87.

[6] 李承躍，朱德軍.改進(jìn)《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》預(yù)習(xí)教學(xué)方式[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2013，11(5)：262-265.

[7] 劉繼斌，趙曉宇，黃紀(jì)軍，等.MOOC對(duì)我國(guó)大學(xué)課程教學(xué)改革的啟示[J].高等教育研究學(xué)報(bào)，2013，36(4)：7-9.

[8] 蔣南云，方葉祥，樊樹海.基于PBL的“生產(chǎn)運(yùn)作管理”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)探究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32(9)：181-184.

[9] 胡鐵生.“微課”：區(qū)域教育信息資源發(fā)展的新趨勢(shì)[J].電化教育研究，2011，10：61-65.

[10]張建武，孔紅菊.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].電化教育研究，2010(4)：109-112.

[11] 王紹卿.基于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告管理系統(tǒng)[J].山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，22(9)：70-73.

[12] 李俊，龔森.電子檔案袋在自主學(xué)習(xí)中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)教育信息化，2012(1)：76-79.

[13] 馮銳，繆茜惠.面向問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)的3C3R問(wèn)題設(shè)計(jì)模型述評(píng)[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2010(1)：70-73.

[14] 石崗.在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用建構(gòu)主義理論的思考[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2013，11(5)：90-92.

Construction and Implementation of Autonomous Learning System of College Physics Experiment

WU Xiao，HUANG Guohua，Lü Hua

(DepartmentofExperimentTeaching，GuangdongUniversityofTechnology，Guangzhou510006，China)

Aweb-basedautonomouslearningsystemofcollegephysicsexperimentswasdevelopedandappliedintheteaching，forthepooreffectinthecollegephysicsexperimentpreparationandthelackofstudentselfevaluationandreflection.Thelearningsystemcombinedcloselywiththeconcretecollegephysicsexperiments.Studentscanindependentlycompletephysicsexperimentpreparation，experimentoperation，experimentdataprocessing，andselfassessmentundertheguidanceofthesystem.Thesystemprovidedtargetedlabguidance，evaluationcriterionandvisualizeexplanationforthedifficultytothestudentsintheexperiment.Thesystemrealizednetworkingofteachingandformedanelectronicfilebagforcollegephysicsexperiments.

collegephysicsexperiment；autonomouslearningsystem；experimentevaluation；electronicfilebag

2015-05-26；修改日期: 2016-06-27

廣東省高等教育改革項(xiàng)目(JGXM017)。

吳肖(1982-)，女，博士，實(shí)驗(yàn)師，主要從事物理實(shí)驗(yàn)課程與教學(xué)論方面的研究。

G642.0

Adoi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.04.025