網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)在楊氏模量測(cè)量實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用與實(shí)踐

摘 要 對(duì)目前拉伸法測(cè)量楊氏模量實(shí)驗(yàn)的課程特點(diǎn)、教學(xué)模式及存在問(wèn)題進(jìn)行分析，論述網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)在該實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的重要作用，并對(duì)該實(shí)驗(yàn)的教學(xué)環(huán)節(jié)、教學(xué)方法和考核方式進(jìn)行有益的探索與實(shí)踐。

關(guān)鍵詞 楊氏模量;網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái);大學(xué)物理實(shí)驗(yàn);自主學(xué)習(xí)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）08-0110-03

Application and Practice of Network Teaching Platform in Youngs Modulus Measurement Experiment//PENG Jinchi

Abstract In this paper， the characteristics， teaching mode and exis-ting problems of the current experiment of measuring Youngs modulus by stretching method are analyzed. The important role of the network teaching platform in the experiment teaching process is

discussed. The teaching links， teaching methods and assessment methods of the experiment are explored and practiced.

Key words Youngs modulus; network teaching platform; college physics experiment; autonomous learning

1 前言

根據(jù)胡克定律，在物體的彈性限度內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，比值被稱為材料的楊氏模量，它是表征材料在彈性限度內(nèi)物質(zhì)材料抗拉或抗壓的物理量。楊氏模量的大小標(biāo)志了材料的剛性，楊氏模量越大，越不容易發(fā)生形變。楊氏彈性模量是選定機(jī)械零件材料的依據(jù)之一，是工程技術(shù)設(shè)計(jì)中常用的參數(shù)。楊氏模量的測(cè)定對(duì)研究金屬材料、光纖材料、半導(dǎo)體、納米材料、聚合物、陶瓷、橡膠等各種材料的力學(xué)性質(zhì)有著重要意義，還可用于機(jī)械零部件設(shè)計(jì)、生物力學(xué)、地質(zhì)等領(lǐng)域。因此，理解楊氏模量的測(cè)量原理和掌握楊氏模量的測(cè)量方法，是對(duì)工科專(zhuān)業(yè)本科生尤其是機(jī)械、土建以及測(cè)繪等專(zhuān)業(yè)本科生的基本要求。

2 拉伸法測(cè)量楊氏模量實(shí)驗(yàn)的課程特點(diǎn)與教學(xué)現(xiàn)狀

作為最基本的力學(xué)測(cè)量實(shí)驗(yàn)之一，拉伸法測(cè)量楊氏模量是全國(guó)高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程中重要一節(jié)。該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目除了具有自己獨(dú)有的課程特點(diǎn)之外，也存在目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的共性問(wèn)題。

實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果不理想 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是一門(mén)手腦結(jié)合的課程，學(xué)生要學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的原理，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的測(cè)量方法、操作步驟，同時(shí)要掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行細(xì)致分析，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理處理。因此，課前預(yù)習(xí)作為教學(xué)環(huán)節(jié)的第一步是非常重要的，直接影響到后續(xù)的教學(xué)效果。但是目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程包括其他實(shí)驗(yàn)課程的預(yù)習(xí)只體現(xiàn)在紙面上的預(yù)習(xí)報(bào)告，缺乏全面衡量預(yù)習(xí)效果的方法和手段。另外，很多學(xué)生只是常規(guī)性地抄寫(xiě)書(shū)本內(nèi)容，根本不會(huì)思考實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，沒(méi)有達(dá)到預(yù)習(xí)的目的。

教學(xué)內(nèi)容多，實(shí)驗(yàn)步驟復(fù)雜 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)通常分成力、熱、光、電、磁五個(gè)組成部分。對(duì)于熱、光、電、磁四類(lèi)實(shí)驗(yàn)，通常會(huì)有專(zhuān)門(mén)的測(cè)量?jī)x器，學(xué)生只需要完成連線和儀器數(shù)據(jù)讀取即可。而力學(xué)實(shí)驗(yàn)作為測(cè)量實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力要求非常高，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)測(cè)量準(zhǔn)確率相對(duì)其他實(shí)驗(yàn)而言比較低。拉伸法測(cè)量楊氏模量的實(shí)驗(yàn)原理僅僅是胡克定律，但是對(duì)于楊氏模量較大的材料而言，準(zhǔn)確地測(cè)量微小的形變量和應(yīng)力變化是非常不容易的。不僅要學(xué)習(xí)光杠桿的測(cè)量原理，還要準(zhǔn)確操作實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，同時(shí)要掌握逐差法處理數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)方法。

授課模式陳舊 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程和其他理論課程一樣，目前都是采用單一的課堂講授教學(xué)方式進(jìn)行教學(xué)。對(duì)于拉伸法測(cè)量楊氏模量實(shí)驗(yàn)課程而言，課堂教學(xué)的時(shí)間非常緊湊，教師不僅需要在短時(shí)間內(nèi)將實(shí)驗(yàn)原理、測(cè)量步驟和數(shù)據(jù)處理方法全面講解清楚，還要盡可能地留出更多的時(shí)間讓學(xué)生進(jìn)行儀器操作和數(shù)據(jù)測(cè)量。盡管實(shí)驗(yàn)室中配備了教學(xué)DVD裝置供學(xué)生觀摩學(xué)習(xí)，但是通常也是播放一次，無(wú)法做到讓學(xué)生反復(fù)觀看。因此，這種傳統(tǒng)的授課方式很難取得很好的教學(xué)效果，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作錯(cuò)誤率高，實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果偏離真實(shí)值較大。如果學(xué)生沒(méi)有認(rèn)真聽(tīng)講，很難正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)儀器操作和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量，也會(huì)增大實(shí)驗(yàn)設(shè)備破損的風(fēng)險(xiǎn)，影響該實(shí)驗(yàn)課程的后續(xù)教學(xué)。

教學(xué)評(píng)價(jià)不全面，缺乏反饋 教學(xué)評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)也是實(shí)驗(yàn)課程的重要組成部分，是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要一步。目前，大部分高校對(duì)物理實(shí)驗(yàn)課程缺少有效的評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)。學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后，僅僅是上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告便可以取得實(shí)驗(yàn)成績(jī)，預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程、數(shù)據(jù)處理以及課后作業(yè)都沒(méi)有得到有效評(píng)判。另外，授課教師在批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤沒(méi)有途徑反饋給學(xué)生。學(xué)生對(duì)于自己在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的錯(cuò)誤無(wú)從知曉，導(dǎo)致今后在具體工程實(shí)踐中仍然無(wú)法準(zhǔn)確地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理，沒(méi)有達(dá)到真正學(xué)習(xí)該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)課程的目的，也無(wú)法反映實(shí)驗(yàn)課程對(duì)學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦能力的提升程度。

3 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)在楊氏模量測(cè)量實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)是一種新興的教學(xué)支撐平臺(tái)，是利用多媒體和流媒體等技術(shù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)展現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容和實(shí)施教學(xué)活動(dòng)的綜合性教學(xué)系統(tǒng)，是傳統(tǒng)課堂教學(xué)的重要補(bǔ)充[1]。近年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)逐步升級(jí)，各項(xiàng)功能日趨完善。筆者所在學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)已建成包括課程管理、教學(xué)資源、教學(xué)活動(dòng)等基本模塊，涵蓋了整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的方方面面。與此同時(shí)，由于互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展和移動(dòng)終端的快速成長(zhǎng)，學(xué)生也更加接受這種線上的學(xué)習(xí)方式[2]。筆者近年來(lái)將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)引入楊氏模量測(cè)量實(shí)驗(yàn)教學(xué)并進(jìn)行了大量有益探索，取得較好的教學(xué)效果。

利用課程管理模塊提升預(yù)習(xí)質(zhì)量 課程管理模塊包括課程介紹、教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、教師信息、課程通知、選課學(xué)生管理與課程共享等幾項(xiàng)內(nèi)容。在該模塊，筆者可以通過(guò)課程通知的方式，先行發(fā)布楊氏模量測(cè)量實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)要求以及該實(shí)驗(yàn)課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)，并設(shè)定學(xué)生的預(yù)習(xí)時(shí)長(zhǎng)。另外，筆者在教學(xué)平臺(tái)上上傳一些與本實(shí)驗(yàn)相關(guān)的原理性的知識(shí)內(nèi)容和一些視頻和音頻資料，以及整個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程與注意事項(xiàng)。這樣一來(lái)，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)始前，利用電腦或者手機(jī)登錄網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)瀏覽教學(xué)資源，對(duì)于實(shí)驗(yàn)中需要用來(lái)處理數(shù)據(jù)的逐差法也可以進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。筆者可以通過(guò)教學(xué)統(tǒng)計(jì)查看選課學(xué)生的點(diǎn)擊記錄和學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)，從而判定每位學(xué)生的預(yù)習(xí)效果。

利用教學(xué)資源模塊提升教學(xué)質(zhì)量 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中的教學(xué)資源模塊是傳統(tǒng)講授教學(xué)模式的重要補(bǔ)充。對(duì)于楊氏模量測(cè)量實(shí)驗(yàn)而言，要在短短的30～40分鐘把實(shí)驗(yàn)原理、操作步驟、數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)講解清楚是非常困難的。學(xué)生如果沒(méi)有很好地預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)課本，或者在聽(tīng)課過(guò)程中出現(xiàn)走神溜號(hào)的現(xiàn)象，就很難跟上課程進(jìn)度。另外，教室配備的教學(xué)DVD也只能播放一遍，即使可以重播，也不能滿足每一位學(xué)生的不同要求。

借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，可以在教學(xué)資源模塊中解決以上問(wèn)題。筆者經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)摸索，將本實(shí)驗(yàn)的授課內(nèi)容制作成PPT上傳到教學(xué)平臺(tái)，并將標(biāo)準(zhǔn)化操作示范錄制成多個(gè)獨(dú)立視頻上傳到平臺(tái)。學(xué)生在課前預(yù)習(xí)時(shí)可以進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，了解本實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)點(diǎn)。課堂上，只需要講解實(shí)驗(yàn)的基本原理和重點(diǎn)、難點(diǎn)，盡可能地安排更多的時(shí)間讓學(xué)生動(dòng)手操作。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中遇到不會(huì)的地方或者沒(méi)有注意的知識(shí)點(diǎn)，可以隨時(shí)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行回放，待到完全理解后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

利用教學(xué)活動(dòng)模塊提升考核質(zhì)量 實(shí)驗(yàn)課程與任何一門(mén)理論課程一樣，都要具有完整的教學(xué)環(huán)節(jié)。以往來(lái)講，一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的課堂教學(xué)完成，基本標(biāo)志該實(shí)驗(yàn)課程的結(jié)束，即使學(xué)生有問(wèn)題或者有沒(méi)有理解的知識(shí)點(diǎn)，也很難找到教師進(jìn)行解答。另外，實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)通常以最后的考核成績(jī)或者平時(shí)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)?yōu)樵u(píng)定依據(jù)，無(wú)法對(duì)學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的表現(xiàn)進(jìn)行綜合評(píng)定。

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的教學(xué)活動(dòng)模塊，可以有效地解決以上難題。學(xué)生在課后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告期間，可以繼續(xù)瀏覽課程資源來(lái)解決自己的疑惑，遇到仍然無(wú)法解決的問(wèn)題，可以在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的互動(dòng)模塊與教師交流?；?dòng)模塊不僅可以幫助學(xué)生提升學(xué)習(xí)質(zhì)量，也可以為授課教師提供有益幫助。筆者通過(guò)近年來(lái)收集的學(xué)生反饋問(wèn)題，不斷地改變授課內(nèi)容，逐步提升授課質(zhì)量，將學(xué)生反饋較多的問(wèn)題及時(shí)在課堂上進(jìn)行講解，避免學(xué)生再犯類(lèi)似的錯(cuò)誤。另外，借助教學(xué)平臺(tái)的統(tǒng)計(jì)功能，可以在期末的時(shí)候統(tǒng)計(jì)出學(xué)生的登錄次數(shù)、學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)、互動(dòng)次數(shù)等學(xué)習(xí)情況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。筆者根據(jù)這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并結(jié)合預(yù)習(xí)成績(jī)、操作成績(jī)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)綜合進(jìn)行判定，給出每位學(xué)生的最終成績(jī)。

4 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)在楊氏模量測(cè)量實(shí)驗(yàn)中的教學(xué)實(shí)踐效果

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)作為傳統(tǒng)教學(xué)的重要補(bǔ)充，不僅讓大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)環(huán)節(jié)更加完整，也極大地提升了實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量，提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)成績(jī)。筆者近年來(lái)堅(jiān)持將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)引入楊氏模量測(cè)量實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，得到很好的實(shí)踐效果。

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)提高了楊氏模量測(cè)量實(shí)驗(yàn)的選課率 筆者所在學(xué)校的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)實(shí)行預(yù)約制，由于楊氏模量測(cè)量實(shí)驗(yàn)過(guò)于復(fù)雜且容易出錯(cuò)，因此，選課的學(xué)生比例一直很低。但是在應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)以后，學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)，很大程度上避免了以上所列的各項(xiàng)問(wèn)題，學(xué)習(xí)興趣得到很大提升，選課率從以往的不到40%上升到55%，超過(guò)了平均水平五個(gè)百分點(diǎn)。借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生的預(yù)習(xí)報(bào)告完成質(zhì)量得到明顯提升，達(dá)到真正預(yù)習(xí)的目的，也保證了后續(xù)課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)操作的學(xué)習(xí)效果。

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)提升了學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)質(zhì)量 學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)，快速地掌握了實(shí)驗(yàn)原理和操作步驟，可以快速準(zhǔn)確地完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，同時(shí)可以避免因?yàn)椴僮魇д`或者操作不當(dāng)引起的儀器損壞，保證了課堂教學(xué)的順利進(jìn)行。根據(jù)最近三年的統(tǒng)計(jì)平均，楊氏模量測(cè)量實(shí)驗(yàn)的平均成績(jī)達(dá)到85.5分，比以往的74分增加了11.5分。同時(shí)，該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的不及格率由原來(lái)的6%下降到現(xiàn)在的3.4%。排除掉一些因?yàn)檎n程沖突而無(wú)法上課的情況，凡是上課的學(xué)生都能取得較好的實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)建立了良好的師生互動(dòng) 任課教師可以在課堂教學(xué)之外回答學(xué)生的疑難提問(wèn)，也可以將學(xué)生集中出錯(cuò)的地方共享在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)供學(xué)生參考。同時(shí)，每位學(xué)生可以及時(shí)查看自己的實(shí)驗(yàn)報(bào)告批改情況，對(duì)于出錯(cuò)的地方可以通過(guò)平臺(tái)資源進(jìn)行復(fù)習(xí)訂正。借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生還可以發(fā)起自主學(xué)習(xí)，根據(jù)平臺(tái)提供的學(xué)習(xí)資料自行設(shè)計(jì)楊氏模量測(cè)量的其他實(shí)驗(yàn)方法。

5 結(jié)語(yǔ)

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)作為互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的新興教育手段，給大學(xué)課程教學(xué)帶來(lái)前所未有的幫助。正是由于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的介入，對(duì)于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)這類(lèi)理論性較強(qiáng)的課程，學(xué)生從以往的被動(dòng)學(xué)習(xí)變成主動(dòng)學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)，從以往的課堂集中學(xué)習(xí)到平時(shí)的碎片化學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)效果得到大幅改善，學(xué)習(xí)成績(jī)得到大幅提升。

參考文獻(xiàn)

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作者：彭金池，長(zhǎng)沙理工大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院，講師，研究方向?yàn)榇髮W(xué)物理實(shí)驗(yàn)（410114）。