以能力培養(yǎng)導(dǎo)向的混合式專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索與實(shí)踐

葉燕 吳茂成 許宜申

摘? 要：針對(duì)傳統(tǒng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中存在的理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法有效銜接、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容固定、學(xué)生發(fā)揮余地很少及實(shí)驗(yàn)成效不高等問題，以普通物理中的“分光計(jì)”實(shí)驗(yàn)為例，探索實(shí)踐了“理論教學(xué)+線上視頻與平臺(tái)仿真+線下實(shí)體實(shí)驗(yàn)”混合式專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。實(shí)踐結(jié)果表明：該模式可在實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效和諧共振基礎(chǔ)上，減小儀器設(shè)備投入，突破實(shí)驗(yàn)時(shí)空限制，調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性，開闊學(xué)生思維和視野，切實(shí)提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能、綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新意識(shí)。

關(guān)鍵詞：混合式教學(xué);專業(yè)實(shí)驗(yàn);創(chuàng)新能力培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：2096-000X（2019）24-0092-03

Abstract： In view of the problems that the theoretical teaching and experimental teaching in the traditional professional experimental teaching mode cannot be effectively connected， the experimental teaching content is fixed， the students have little room to play and the experimental results are not high， the "spectroscopic" experiment in ordinary physics is taken as an example to explore practice. The spectroscopic experiment in ordinary physics is taken as an example to explore the hybrid professional experimental teaching mode of professional teaching， online video and platform simulation and offline entity experiment'. The practical results show that this model can reduce the input of instruments and equipment on the basis of the effective harmonious resonance of theoretical teaching and experimental teaching， break through the limitations of experimental time and space， mobilize students' self-learning enthusiasm， broaden students' thinking and vision， and effectively improve students' experimental skills and synthesis literacy and innovation awareness.

Keywords： hybrid teaching mode; professional experiment; innovative talent training

實(shí)驗(yàn)是鞏固、加深對(duì)理論知識(shí)認(rèn)識(shí)的有效途徑，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)的高素質(zhì)人才的重要環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際、培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)方法和提高動(dòng)手能力的重要平臺(tái)[1]。然而，當(dāng)前傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式大多存在理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)分離、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容固定（多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)）以及學(xué)生發(fā)揮余地幾乎為零等問題，不僅無法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、發(fā)掘?qū)W生潛力，更容易造成學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的缺失。因此，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是當(dāng)前教育教學(xué)改革的重點(diǎn)問題之一。

本文以普通物理主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之一“分光計(jì)”為例，分析了傳統(tǒng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中存在的主要問題并分析了相關(guān)原因，介紹了“理論教學(xué)+線上視頻與平臺(tái)仿真+線下實(shí)體實(shí)驗(yàn)”這一混合式專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，以調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐操作技能和解決問題能力，從而切實(shí)提高專業(yè)能力素養(yǎng)。

一、傳統(tǒng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的主要問題

在傳統(tǒng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本上為鞏固和加深理論教學(xué)而安排，通常要求學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)加深對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)。該實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在的主要問題，可以歸納為以下幾點(diǎn)[2]。

（一）理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法實(shí)現(xiàn)和諧共振

目前，專業(yè)課程的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式一般分為兩種：一是理論課和實(shí)驗(yàn)課分開，各自構(gòu)建體系;另一種是理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)合在一起，在理論課講解相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)之后開展實(shí)驗(yàn)。兩種方式各有特點(diǎn)，也各有不足。理論課和實(shí)驗(yàn)課分開，從各自課程體系的角度確實(shí)有一定的好處，但不可避免地存在著理論和實(shí)驗(yàn)的脫節(jié)。而理論和實(shí)驗(yàn)合在一起的方式，每次知識(shí)點(diǎn)講解過后就開展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，單從知識(shí)點(diǎn)理論和實(shí)踐之間的銜接可以做得相對(duì)較好，但這樣做實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單，只能以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，很難開展綜合性、系統(tǒng)性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法實(shí)現(xiàn)和諧共振，學(xué)生綜合能力素養(yǎng)難以得到鍛煉培養(yǎng)。

另外，通常課程理論講授和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)并非同一個(gè)老師，理論課老師負(fù)責(zé)相關(guān)理論知識(shí)的講授，往往并不完全清楚實(shí)驗(yàn)室里具體用什么儀器或者設(shè)備來驗(yàn)證相應(yīng)的理論知識(shí)點(diǎn);而實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師往往只負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)具體操作的講解，而不太關(guān)注學(xué)生是否已經(jīng)掌握了該實(shí)驗(yàn)所需的理論基礎(chǔ)。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容固定

對(duì)于普通物理專業(yè)實(shí)驗(yàn)而言，由于所涉及的理論內(nèi)容一般比較經(jīng)典，往往一套實(shí)驗(yàn)幾年甚至十幾年不變，致使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容固定單一。通常是首先由教師講解實(shí)驗(yàn)原理、操作流程、數(shù)據(jù)采集和處理等步驟，接著教師演示一遍給學(xué)生們看，然后學(xué)生照樣子做一遍并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告即為完成任務(wù)。同時(shí)，由于對(duì)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性缺乏足夠認(rèn)識(shí)，認(rèn)為其只是理論教學(xué)的輔助和補(bǔ)充手段，造成學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的重視不夠，時(shí)間和精力投入不足，甚至將實(shí)驗(yàn)課程看成是一種學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。

另外，由于缺乏科學(xué)有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)體系，客觀上使實(shí)驗(yàn)課程淪為二流課程，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式化。

（三）學(xué)生發(fā)揮余地很少、實(shí)驗(yàn)成效不高

普通物理專業(yè)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備通常較為貴重，再加上實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地限制，實(shí)驗(yàn)臺(tái)套數(shù)往往無法滿足每人一臺(tái)的高標(biāo)準(zhǔn)要求。同時(shí)，由于其中很多光學(xué)類實(shí)驗(yàn)整體難度較大，儀器調(diào)節(jié)需要較為扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和一定的經(jīng)驗(yàn)技巧，因而很多學(xué)生通常無法在規(guī)定的課堂時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)。因此，目前很多實(shí)驗(yàn)需要指導(dǎo)教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)前將實(shí)驗(yàn)儀器調(diào)節(jié)到位，學(xué)生在做具體實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)要求的步驟和調(diào)節(jié)方法，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)即可，從而導(dǎo)致學(xué)生自我發(fā)揮余地較少，實(shí)驗(yàn)成效不高。

二、混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

教學(xué)模式改革是教學(xué)改革的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。以普通物理主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之一“分光計(jì)”為例。分光計(jì)是一種精密測(cè)量角度的儀器，利用它能精確地測(cè)量入射和出射光線角度，通過測(cè)量有關(guān)角度可確定折射率、色散率、光譜線的波長(zhǎng)等其他光學(xué)量。但由于分光計(jì)的構(gòu)造精細(xì)，調(diào)節(jié)技術(shù)要求較高，使用時(shí)必須嚴(yán)格按規(guī)則調(diào)節(jié)，才能得到較高精度的測(cè)量結(jié)果。該實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生掌握分光計(jì)的調(diào)節(jié)方法和使用分光計(jì)測(cè)量棱鏡頂角及最小偏向角的方法及有關(guān)角度數(shù)據(jù)處理等。

在近幾年的本專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，積極探索實(shí)踐“理論教學(xué)+線上視頻與平臺(tái)仿真+線下實(shí)體實(shí)驗(yàn)”的混合式專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，已體現(xiàn)出來的主要優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)。

（一）理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)互融互通

該混合式專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，力求理論與實(shí)踐相融合、基礎(chǔ)與應(yīng)用相融合、課內(nèi)與課外相融合，將原本枯燥、抽象、離散的理論知識(shí)與工程實(shí)踐需求相結(jié)合，讓學(xué)生覺得“學(xué)有所用、有成就感”，以加深對(duì)理論知識(shí)的理解，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)習(xí)慣和運(yùn)用學(xué)科知識(shí)解決工程實(shí)際問題的綜合能力和創(chuàng)新思維等。在理論教學(xué)中，任課教師精煉理論內(nèi)容，突出重點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)基本物理概念和分析方法，以實(shí)際工程應(yīng)用為背景，引導(dǎo)設(shè)計(jì)思路，培養(yǎng)設(shè)計(jì)、自學(xué)和解決工程問題的基本素養(yǎng)。而學(xué)生除了正常的課堂理論學(xué)習(xí)之外，可以根據(jù)自己的認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)計(jì)劃，利用網(wǎng)路平臺(tái)上的開放課程資料和視頻，隨時(shí)隨地反復(fù)觀看和研讀尚未和較難理解的內(nèi)容，逐步加深理解和消化;并通過開放課程平臺(tái)中作業(yè)和評(píng)閱反饋，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果，及時(shí)查漏補(bǔ)缺;通過與同學(xué)、助教及老師的在線交流討論，獲得對(duì)知識(shí)的深入理解，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的互融互通。與此同時(shí)，教師則由“傳道授業(yè)”轉(zhuǎn)變?yōu)檎嬲敖饣蟆?，由知識(shí)傳授主導(dǎo)者轉(zhuǎn)變?yōu)榻M織者、管理者及指導(dǎo)學(xué)生主體學(xué)習(xí)參與者，實(shí)現(xiàn)“以教為主向以學(xué)為主、以課堂為主向課內(nèi)外相結(jié)合、以結(jié)果評(píng)價(jià)為主向結(jié)果過程評(píng)價(jià)相結(jié)合”的轉(zhuǎn)變，將很多只會(huì)限于重點(diǎn)考試范圍的“考生”轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蚶碚撀?lián)系實(shí)踐而學(xué)以致用的真正“學(xué)生”，將部分“觀眾”轉(zhuǎn)變?yōu)椤把輪T”、“編劇”，甚至是“導(dǎo)演”，切實(shí)提升學(xué)生綜合實(shí)踐能力、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量[3]。

（二）加深理論知識(shí)點(diǎn)理解，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果

學(xué)生在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開展線下實(shí)體實(shí)驗(yàn)之前，必須通過登錄個(gè)人賬號(hào)先完成開放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的實(shí)驗(yàn)講解視頻學(xué)習(xí)和相關(guān)知識(shí)點(diǎn)自我測(cè)試，以加深對(duì)理論知識(shí)點(diǎn)理解，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)要求，掌握實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法及相關(guān)注意事項(xiàng)，切實(shí)發(fā)揮實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果。

（三）調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性，拓展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

與混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式相配套，進(jìn)行了考核方式改革。在調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性方面，給“動(dòng)力”同時(shí)更給“壓力”。實(shí)驗(yàn)前開放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的知識(shí)點(diǎn)測(cè)試成績(jī)占該實(shí)驗(yàn)總評(píng)成績(jī)的15%，而學(xué)生要想在該自我測(cè)試中獲得較高成績(jī)則通常需要反復(fù)研看視頻講解資料，充分做好理論知識(shí)點(diǎn)鞏固和實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí);規(guī)定時(shí)間內(nèi)的線下實(shí)體實(shí)驗(yàn)情況占40%，而要在有限的時(shí)間內(nèi)高質(zhì)量完成實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生必須熟悉光路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作步驟和相關(guān)注意事項(xiàng)，并及時(shí)準(zhǔn)確地做好數(shù)據(jù)記錄;課后實(shí)驗(yàn)報(bào)告占30%，其中特別要求在所提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中必須要有主要理論知識(shí)點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象關(guān)聯(lián)闡述以及實(shí)驗(yàn)中遇到的問題與解決方式，或自己所總結(jié)的實(shí)驗(yàn)注意要點(diǎn);還有15%則根據(jù)學(xué)生在虛擬仿真平臺(tái)中所搭建的相關(guān)拓展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)思路和新穎性予以評(píng)分。

（四）突破實(shí)驗(yàn)時(shí)空限制，降低儀器設(shè)備投入

借助于開放實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)中的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生能夠在接近真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，不受傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時(shí)空限制，在任何時(shí)間、地點(diǎn)進(jìn)行預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或者開放性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)驗(yàn)證。同時(shí)，在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，原本一些復(fù)雜精細(xì)的實(shí)驗(yàn)操作只需要通過鼠標(biāo)與按鍵即可實(shí)現(xiàn)改變相應(yīng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)和實(shí)驗(yàn)條件，大大節(jié)省了實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間，提高了實(shí)驗(yàn)效率;而虛擬的儀器設(shè)備更是減少了實(shí)驗(yàn)建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用，降低了實(shí)驗(yàn)成本;并且，學(xué)生可以根據(jù)自己的思路，設(shè)計(jì)各種開放性實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證自己的觀點(diǎn)和假設(shè)，使其能夠在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中學(xué)習(xí)和提升，進(jìn)一步增強(qiáng)其自主學(xué)習(xí)意識(shí)和實(shí)踐創(chuàng)新能力。

三、結(jié)束語

“理論教學(xué)+線上視頻與平臺(tái)仿真+線下實(shí)體實(shí)驗(yàn)”的混合式專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，在實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效對(duì)接基礎(chǔ)上，可以有效地解決傳統(tǒng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ街衅毡榇嬖诘膶?shí)驗(yàn)設(shè)備資源有限以及時(shí)間和實(shí)驗(yàn)空間限制等問題，調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性，開闊學(xué)生思維和視野，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和綜合素質(zhì);同時(shí)，在自由構(gòu)思設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案過程中，學(xué)生的自主創(chuàng)新意識(shí)和能力也得到了很好的鍛煉。

更為重要的是，逐步改變實(shí)驗(yàn)教學(xué)依附于理論教學(xué)的傳統(tǒng)觀念，并在一定程度上促使教師提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)促進(jìn)理論課程教學(xué)改革，而學(xué)生能力提升可激勵(lì)課堂教學(xué)模式和教學(xué)方法等方面改革，從而形成實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有相對(duì)獨(dú)立性和理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)互相促進(jìn)發(fā)展的理念，以培養(yǎng)更多高素質(zhì)專業(yè)人才;進(jìn)而，逐漸形成將實(shí)驗(yàn)拓展為：“大實(shí)驗(yàn)”或“廣義實(shí)驗(yàn)”的理念，將科研訓(xùn)練與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃課題、學(xué)科競(jìng)賽賽題等都納入到實(shí)驗(yàn)范疇;將實(shí)驗(yàn)室從有限室內(nèi)空間拓展為“廣義無限空間”;將實(shí)驗(yàn)時(shí)間從有限課內(nèi)學(xué)時(shí)拓展為相對(duì)無限的課內(nèi)外結(jié)合開放學(xué)時(shí);將實(shí)驗(yàn)對(duì)象從自然現(xiàn)象拓展到社會(huì)現(xiàn)象，從而將傳統(tǒng)的理科、工科、農(nóng)科、醫(yī)科強(qiáng)勢(shì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ酵卣沟饺宋?、社科、教育、藝術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域。

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