基于網(wǎng)絡可視化教學平臺的普通物理實驗教學模式探索

孫玉萍　賈福超　王磊

[摘要]網(wǎng)絡可視化教學資源建設已經(jīng)成為高等學校教學改革的重要組成部分，對物理等實驗學科的人才培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用。而目前普通高校的實驗教學現(xiàn)狀不容樂觀，在信息化時代發(fā)展和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標的驅(qū)動下，高校普通物理實驗課程教學改革刻不容緩，對基于網(wǎng)絡可視化教學平臺的普通物理實驗課程的教學模式改革進行探討。

[關(guān)鍵詞] 網(wǎng)絡化教學平臺;實踐創(chuàng)新能力;物理實驗教學

[中圖分類號]? G642??????? ?? ??????? [文獻標志碼]? A???????? ????????????? [文章編號]? 2096-0603（2018）34-0094-02

一、引言

隨著信息化時代下國家對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求，專業(yè)實驗教學作為學生培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)引起高校教育工作者的重點關(guān)注。在學生培養(yǎng)方案修訂的過程中，提高實踐教學比例呼聲愈來愈烈。普通物理實驗是高等學校物理專業(yè)學生必修的基礎實驗課，它與普通物理理論課程既有緊密聯(lián)系，又相互獨立。普通物理實驗的開設對正確引導學生獨立思考，培養(yǎng)學生的科學素質(zhì)、創(chuàng)新精神和實踐創(chuàng)新能力有著重要意義。然而傳統(tǒng)的實驗課程實驗時間和內(nèi)容相對固定，學生自由發(fā)揮、自主創(chuàng)新空間不夠。任課教師對實驗課堂滿意度偏低，在預習報告、課堂表現(xiàn)等方面很難對學生作出比較客觀的學習評價;同時學生的實踐能力和知識獲得感也遠低于他們的預期和課程的培養(yǎng)目標。針對這種現(xiàn)象，結(jié)合新時代對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標，探討網(wǎng)絡可視化教學平臺建設的意義及其在普通物理實驗教學過程中的應用。

二、普通物理實驗的教學現(xiàn)狀

對于物理實驗課程，國外部分大學經(jīng)過幾十年的改革和探索，已經(jīng)形成了各具特色、比較完善和先進的物理實驗教學模式，其主要特點包括：（1）注重實用、鼓勵創(chuàng)新，突出物理實驗“設計性、開放性、探索性”的教育功能，提高探究性創(chuàng)新實驗項目的比例，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和創(chuàng)新應用能力;（2）教學方法、教學手段多樣性，美國、日本、加拿大的一些物理專業(yè)實驗課程都非常重視討論互動過程;（3）順應信息化、數(shù)字化時代的要求，引入信息技術(shù)等手段，建立物理實驗教學網(wǎng)站，進行現(xiàn)代化的管理和教學，使學生可以在實驗室之外的任何終端進行交互，使預習、復習、提問、討論的時空得以延伸;（4）教學內(nèi)容時代性，隨著科技發(fā)展的日新月異，實驗教學內(nèi)容不斷優(yōu)化，增強學生的探究興趣;（5）教學考核的靈活性，根據(jù)實驗項目的具體特點設置不同的考核標準，靈活調(diào)節(jié)筆試、口試、操作考核、實驗報告在總考核中所占的比重?？偟膩砜?，國外的實驗教學非常注重學生的參與度，開放和設計性實驗占比較大，實驗課堂氣氛活躍。

與國外高校相比較，現(xiàn)階段國內(nèi)大部分高校中的物理實驗教學存在著許多不足，對于本科階段的物理類課程，國內(nèi)高校仍然是重理論教學輕實驗教學。具體現(xiàn)狀可總結(jié)為以下幾點：

（一）學校在物理實驗教學中投入的經(jīng)費有限，儀器陳舊，實驗項目無法更新

當代社會對科學技術(shù)的依賴導致各個高校對科研工作的高度重視。高校尤其是省屬高校都需要依靠重大的、有影響力的標志性科研成果來提高學校的社會地位和聲望，這導致各個高校從政策層面上出現(xiàn)“重科研輕教學”的現(xiàn)象。大量政府經(jīng)費投入科研上，而對教學的關(guān)注自然有所不足。通過調(diào)研了解到，很多高校的物理實驗教學儀器陳舊，導致實驗項目無法更新。實驗計劃項目不再依據(jù)人才培養(yǎng)需求制定，而是基于已有的實驗設備開設，實驗內(nèi)容和項目的局限性限制了學生的實驗活動，不利于專業(yè)知識的強化和實踐技能的培養(yǎng)。

（二）教學方法過于單一，無法提升學生的創(chuàng)新能力

大多高校一直沿用傳統(tǒng)的“教師先講學生后做”的實驗教學模式，學生通過固定的教材進行預習，實驗課堂上指導教師先對實驗原理、實驗儀器、實驗步驟及注意事項進行講解，并進行實驗演示，然后學生分組完成實驗撰寫實驗報告。整個過程學生都是被動參與，沒有自主發(fā)揮的空間;課堂氣氛沉悶，教學效果不佳。

（三）預習資源單一，學習效果很不理想

提前預習實驗內(nèi)容是獨立完成實驗分析實驗結(jié)果的前提。目前在實驗教學過程中發(fā)現(xiàn)大部分學生雖然完成了預習報告的撰寫，但對實驗原理、實驗步驟等基本問題并沒有掌握，因此很難獨立完成實驗。其主要原因是學生預習資源單一，預習資源僅僅局限于實驗教材，大部分學生都是一字不落地照抄課本。預習內(nèi)容太過抽象，教材上的可視化內(nèi)容太少。

（四）現(xiàn)有考核評價機制不利于激發(fā)學生學習的積極性

目前的實驗課程評價機制不夠健全，難以對學生的知識基礎和實踐能力作出客觀評價，出現(xiàn)實驗成績比較集中的現(xiàn)象，導致學生預習動機偏低，在實驗課堂上不善思考不愿動手。

三、網(wǎng)絡可視化實驗教學平臺的建設

教育信息化促進教育現(xiàn)代化已成為我國教育改革的重要戰(zhàn)略。信息化教學資源因具有資源共享、交流互動、再現(xiàn)場景等其他教學手段無法比擬的優(yōu)勢，在輔助教學方面得到了廣泛應用。利用信息化教學資源可打破教與學在時間與空間的限制，增強學生的學習興趣，改善課程教學效果;課程信息化建設已成為課程改革的迫切需要。普通物理實驗網(wǎng)絡化教學平臺的建設需要從提高實驗教學效果的根本目標出發(fā)，以教學信息化建設為方向，具體實現(xiàn)以下主要教學功能：

（一）資源共享功能

借助于微課的特點和優(yōu)勢，將實驗講授分為實驗目的、實驗原理、實驗儀器、實驗步驟、數(shù)據(jù)處理、實驗注意事項和思考題等片段，分別將其制作成時間較短的微課，實驗演示播客視頻以指導教師在實驗室中現(xiàn)場講解演示形式進行視頻錄制，借助學校網(wǎng)絡教學平臺上傳，供學生線上瀏覽、學習，真正實現(xiàn)課程資源共享。

（二）實驗預習功能

通過網(wǎng)絡可視化平臺的課程教學資源，實現(xiàn)實驗講義、實驗儀器、實驗原理講授、實驗演示的可視化。使學生進入實驗室之前可以自己構(gòu)建實驗室“有什么、做什么、怎么做”的實驗思路，從而為提高學生獨立思考、獨立實驗操作以及實驗課堂的效率提供保障。

（三）預習測試功能

傳統(tǒng)的實驗課堂中指導教師對學生預習效果的評價依據(jù)往往是紙質(zhì)版的預習報告，而學生預習資源僅僅是實驗教材，導致預習報告千篇一律。網(wǎng)絡教學平臺可為學生提供信息豐富的課程資源，課程資源的呈現(xiàn)需要指導教師根據(jù)教學大綱要求和項目特點精心設計。學生預習效果可以通過平臺的預習測試完成，預習測試是進入實驗室進行操作完成實驗的前提。

（四）師生交互功能

在播課單元打開的每一個視頻都可以在底部進行發(fā)表話題、跟帖回復，這一功能不僅可以檢測學生是否真的觀看微課視頻，也為教師和學生之間的溝通提供了一個有效的平臺，使學生的問題得到及時解答，同時也為課堂上教師有針對性地解決學生的疑惑提供了可靠素材，保證了學生的學習效果。

（五）基于可視化重現(xiàn)復習功能完善考核環(huán)節(jié)

“嚴把考核關(guān)”對學生整個實驗課程的過程行為及學習效果至關(guān)重要。如果不嚴格考核，再好的網(wǎng)絡教學平臺也很難激發(fā)學生學習動機。而課程網(wǎng)絡教學資源的建設，使學生在離開實驗室之后同樣可以對實驗操作進行可視化復習。因此，基于網(wǎng)絡教育平臺的建設可以進行后期的課程考核改革，增加實驗操作考核內(nèi)容。

四、科創(chuàng)競賽與實驗課程相結(jié)合的特色板塊建設

科創(chuàng)競賽可以幫助大學生培養(yǎng)創(chuàng)新思維和實踐動手能力，激發(fā)大學生利用相關(guān)專業(yè)知識分析問題、解決問題的熱情，同時注重創(chuàng)新創(chuàng)優(yōu)意識和團隊協(xié)作精神的培養(yǎng)，因而受到高校及大學生越來越多的關(guān)注。而普通物理實驗課程為科創(chuàng)競賽提供了很好的培育環(huán)境，激發(fā)學生的創(chuàng)新潛質(zhì)?？苿?chuàng)競賽的項目方案多為學生根據(jù)已有實驗儀器，查閱資料后自主進行改進設計。在項目執(zhí)行過程中，學生會不斷遇到問題，解決問題，逐步完善項目方案，改進項目作品。針對實驗儀器陳舊的教學現(xiàn)狀，在網(wǎng)絡教學平臺可以建設科創(chuàng)競賽特色板塊。特色板塊的討論能夠做到集思廣益，重點用于實驗課程結(jié)束后討論實驗儀器誤差的分析，并結(jié)合往年科創(chuàng)競賽項目案例，從提高實驗精度、簡化實驗操作角度分析現(xiàn)有儀器改進的可行性，培養(yǎng)學生主動思考、善于創(chuàng)新的能力，建立科創(chuàng)競賽的培育項目，并不斷把成功案例上傳至網(wǎng)絡教學平臺，激發(fā)學生學習欲望。比如在科創(chuàng)特色板塊的討論區(qū)可以設置一些主題讓學生展開討論，如，“在用硅壓阻式力敏傳感器測量液體表面張力系數(shù)的實驗中升降臺下降時會引起液面的晃動，由于圓形吊環(huán)容易形變，對實驗精度產(chǎn)生影響，如何改進實驗裝置能有效減小實驗誤差呢？”“在梁彎曲法測量楊氏模量的實驗中觀察視野較暗，影響讀數(shù)精度，有沒有辦法讓視野亮度得到提高呢？”特色板塊在實現(xiàn)競賽培育的同時，能真正調(diào)動學生的積極性，讓學生在實驗課中表現(xiàn)出不同于平常課堂的熱情。

五、結(jié)語

結(jié)合新時代對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標，從提高實驗教學效果的根本目標出發(fā)，以普通物理實驗課程的可視化網(wǎng)絡教學平臺建設為載體，對物理實驗課程的教學改革進行全面探究?？梢暬W(wǎng)絡平臺的建設對實驗教學內(nèi)容的優(yōu)化、教學模式的更新、學習質(zhì)量的保障、學生實踐能力的培養(yǎng)起到至關(guān)重要的作用。利用網(wǎng)絡教學平臺設立科創(chuàng)特色模塊，將科創(chuàng)競賽與實驗教學有機結(jié)合，可有效提升學生的學習熱情，增強學生的創(chuàng)新探究能力，為創(chuàng)新科研型拔尖人才的培養(yǎng)提供培育窗口。

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◎編輯 張 慧