普通物理實驗線上線下混合教學(xué)模式探索*

姚 葉 王亞輝 王 瑞 李倩文

(陜西理工大學(xué)物理與電信工程學(xué)院 陜西 漢中 723003)

1 引言

普通物理實驗是高等學(xué)校理工各專業(yè)學(xué)生必修的通識性基礎(chǔ)課，是學(xué)生入校以來最先接觸到的基礎(chǔ)實驗課，對物理學(xué)的建立和發(fā)展起著至關(guān)重要的作用[1]．普通物理實驗與物理理論課程不同，由于其綜合性強，具有豐富的實驗思想、實驗知識和方法，同時能夠提供重要的基礎(chǔ)實驗技能訓(xùn)練，對于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、文化素質(zhì)、創(chuàng)新意識和探究能力具有理論課程無法替代的重要作用[2]．但是多年來，我國大部分地區(qū)普通物理實驗的教學(xué)模式一直較為陳舊，傳統(tǒng)模式的教學(xué)環(huán)境局限于線下實體實驗室中，教師按照固定的教材進行講授，在課時并不充足的情況下指導(dǎo)多名學(xué)生依照實驗步驟進行實驗，這在某種程度上限制了學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力，使得學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性不足，導(dǎo)致實驗效果不佳和實驗效率低下，不適于現(xiàn)代社會對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求和素質(zhì)教育的發(fā)展[3]．現(xiàn)階段，普通物理實驗教學(xué)主要采用這種傳統(tǒng)線下教學(xué)模式，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，線上教學(xué)模式也開始嶄露頭角，那么線上和線下教學(xué)模式的特點是什么？它們之間是否能夠相互取代？什么樣的教學(xué)模式更有利于提高學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力？這些都是我們現(xiàn)下亟需探討的問題．

2 普通物理實驗線上教學(xué)模式的優(yōu)勢

隨著社會的發(fā)展，信息技術(shù)的提高，我國教育的改革也在不斷深入．在當(dāng)前社會背景下，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式由于學(xué)習(xí)資源相對匱乏且具有時空局限性，已經(jīng)無法滿足當(dāng)今社會對于人才培養(yǎng)的需求，于是線上教學(xué)這一種新型教學(xué)模式便應(yīng)運而生了[4]．

普通物理實驗包含力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)等基礎(chǔ)實驗項目，每個實驗都包含預(yù)習(xí)、教學(xué)和反饋等環(huán)節(jié)，學(xué)生做好預(yù)習(xí)是掌握整個實驗的基礎(chǔ)．但是由于實驗儀器和場地的限制，學(xué)生在預(yù)習(xí)的過程中往往只是通過課本了解實驗?zāi)康?、實驗器材、實驗原理和實驗步驟，并沒有接觸到器材，這樣一來預(yù)習(xí)效果就會大打折扣．同時教師也只能通過預(yù)習(xí)報告了解學(xué)生的預(yù)習(xí)情況并給出相應(yīng)評定，不免缺乏一些客觀性．如果學(xué)生可以進行模擬實驗預(yù)習(xí)，通過自己設(shè)計并實施實驗，在模擬實驗的過程中出現(xiàn)問題及時通過線上平臺反饋給老師，師生再進行線上互動交流，那么學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)效率必然會大幅度提升．

隨著信息技術(shù)越來越成熟，虛擬仿真實驗可以通過計算機來模擬真實的實驗場景[5]．它不僅能隨時為學(xué)生所用，彌補教學(xué)學(xué)時不足的情況，而且也解決了實驗場地不足、實驗儀器易損壞等問題，進而幫助學(xué)生加深對相關(guān)實驗項目的理解，提高課程的教學(xué)效果．由此可見，相關(guān)仿真實驗平臺的開發(fā)及應(yīng)用是實體實驗教學(xué)的重要補充．除此之外，還有以愛課程、學(xué)堂在線、網(wǎng)易云課堂等為代表的MOOC平臺，它以大規(guī)模、開放性和“時”“空”自由性深受廣大學(xué)者的關(guān)注，除了可以上傳錄制好的教學(xué)視頻外，它還具有學(xué)生論壇、在線問答、師生虛擬互動和在線評分等功能[6]．在線教學(xué)平臺將大量學(xué)習(xí)資源匯集起來，對教與學(xué)的時間和空間進行了拓展，使教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”不再拘泥于固定的時間、固定的地點和固定的課本中．尤其在一些無法進行線下面對面教學(xué)的情況下(例如本次新冠肺炎疫情隔離期間)，此類線上教學(xué)的優(yōu)勢就愈發(fā)明顯了．

雖然線上教學(xué)模式有諸如此類的教學(xué)優(yōu)勢，但也存在著自身局限性(如對硬件和網(wǎng)絡(luò)要求較高，缺少實際操作環(huán)節(jié))．同時，從認(rèn)識事物的客觀規(guī)律來看，人們對事物認(rèn)知的過程總是由感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識，理性認(rèn)識再指導(dǎo)、改造實踐．由于普通物理實驗具有不同于理論課程的實踐性，所以線下實驗教學(xué)依舊不可或缺．

3 普通物理實驗線下教學(xué)模式的不可替代性

普通物理實驗是用實驗的方法去研究物理學(xué)的規(guī)律，其宗旨是使學(xué)生能夠?qū)W習(xí)到豐富的實驗知識，培養(yǎng)學(xué)生實驗探究能力，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)．與理論物理課程相比，普通物理實驗課程最顯著的特點——實踐性，是其線下教學(xué)模式不可被摒棄的原因．這里的實踐性包含兩層含義.

第一層含義就是實際可操作性．學(xué)生在做實驗的時候要充分考慮各種實際情況，得出的結(jié)論要盡量符合實際．例如通過理論物理課的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)了解質(zhì)點、剛體等理想模型和理想運動狀態(tài)，但在實驗時并不存在理想模型，通過線下實驗學(xué)生就可以明白實際實驗情況和理想化模型是不同的．

實踐性的另外一層含義就是培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的動手能力，學(xué)生在實際操作過程中發(fā)現(xiàn)問題，再進行思考交流，從而解決問題，不斷對實驗進行改進，不斷探索主動學(xué)習(xí)．通過線下實體實踐，不僅能培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力和實驗操作的規(guī)范性，還能提升學(xué)生在實驗過程中處理突發(fā)事件的能力以及在實驗中遇到挫折時的心理素質(zhì)．

在素質(zhì)教育全面實施的時期，對于學(xué)生的培養(yǎng)要以培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力為重點，為了適應(yīng)素質(zhì)教育的要求，應(yīng)加強普通物理實驗的實踐應(yīng)用性[7]．在這種新時代背景下，高校在進行物理實驗教學(xué)過程中，更要注重線下的實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力和創(chuàng)新能力．此外，線下教學(xué)模式師生間的即時互動性也是線上教學(xué)所不具備的，教師可以更加直觀地觀測到學(xué)生的實驗情況，進一步作出指導(dǎo)．由此可見，線上教學(xué)模式不能取代線下，線下教學(xué)模式亦如此，這兩種模式對于普通物理實驗這門課程來說都具有它自身的優(yōu)勢及局限性，只有將線上線下教學(xué)模式融合起來，形成一種新的混合教學(xué)模式，才有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)和全面發(fā)展．

4 普通物理實驗線上線下混合教學(xué)模式

4.1 混合教學(xué)模式的內(nèi)涵及意義

混合教學(xué)模式是“線上+線下”融合式的教學(xué)．早在2000年，“美國教育技術(shù)白皮書”就為該模式的提出與流行奠定了基礎(chǔ)[8]．但對于其概念的界定，不同的學(xué)者仍各執(zhí)一詞．國外學(xué)者Jennifer Hoffman認(rèn)為混合教學(xué)是將教師的各個教學(xué)過程進行分類，采用不同的教學(xué)手段進行有機整合．國內(nèi)學(xué)者東北師范大學(xué)榮譽教授何克抗認(rèn)為這是一種將傳統(tǒng)教學(xué)和線上教學(xué)的優(yōu)點相結(jié)合，能提高教師的主導(dǎo)作用，體現(xiàn)學(xué)生主體作用，提高學(xué)生主觀能動性的高效模式[9]．上海師范大學(xué)教育技術(shù)系黎家厚教授認(rèn)為混合教學(xué)是在教學(xué)活動的過程中，教師和學(xué)生根據(jù)自己的需求將教學(xué)的內(nèi)容、過程和媒介進行有機整合、應(yīng)用的一種融合型學(xué)習(xí)．臺灣資策會教育訓(xùn)練處顧問工程師鄒景平認(rèn)為混合教學(xué)就是教師根據(jù)需要機動地選擇實體教室、線上同步和非同步模式．雖然學(xué)者們對混合教學(xué)模式的內(nèi)涵表述不一，但都認(rèn)為它是依托網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對傳統(tǒng)課堂的教與學(xué)進行補充或改造而生成的新的高效教學(xué)模式[10]．

混合教學(xué)模式一定會對傳統(tǒng)課堂進行重新建構(gòu)，因為這種模式拓展了傳統(tǒng)模式教學(xué)的時間和空間，使“教”與“學(xué)”不一定要在同一時間同一地點發(fā)生[11]．對于普通物理實驗教學(xué)來說，在教學(xué)組織形式上，混合教學(xué)模式可以打破傳統(tǒng)教學(xué)的時空限制，將開放教學(xué)、分組教學(xué)和個別教學(xué)有機地融合起來；在教學(xué)方法上，將講授法、討論法、直觀演示法和任務(wù)驅(qū)動法等多種教學(xué)方法有效結(jié)合起來；在教學(xué)手段上，將傳統(tǒng)手段與信息技術(shù)相融合，結(jié)合文字、圖片和視頻形成多模態(tài)教學(xué)．學(xué)生可以根據(jù)自身學(xué)習(xí)欲望，根據(jù)課程學(xué)習(xí)目標(biāo)及要求制定學(xué)習(xí)規(guī)劃，自主獲取不同程度和不同形式的學(xué)習(xí)資源進行預(yù)習(xí)，還可以多次自主設(shè)計進行模擬實驗，再通過線下交流探討實踐做出總結(jié)，最后通過多種途徑查漏補缺，鞏固知識[12]．

4.2 混合教學(xué)模式的設(shè)計方案

基于深度教學(xué)策略，本文所提出的普通物理實驗線上線下混合教學(xué)模式設(shè)計方案如圖1所示．

圖1 普通物理實驗線上線下混合教學(xué)模式設(shè)計方案

(1)課前預(yù)習(xí)階段

教師規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容，在線上發(fā)布資源及任務(wù)，學(xué)生可以應(yīng)用MOOC平臺中豐富的資源進行相關(guān)理論的自主學(xué)習(xí)，也可以利用虛擬仿真實驗平臺進行模擬實驗．教師可以通過后臺得到學(xué)生學(xué)習(xí)情況及答題情況的相關(guān)數(shù)據(jù)，總結(jié)學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中的難點，在線下實驗中重點講解．

(2)課中實驗階段

學(xué)生在線上已經(jīng)做了充足的預(yù)習(xí)，為線下實踐教學(xué)留下充足的時間．教師主要指導(dǎo)學(xué)生進行規(guī)范的實驗操作和突破學(xué)生在預(yù)習(xí)階段的難點．線下也可組織學(xué)生分組設(shè)計實驗，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作能力．

(3)課后深度學(xué)習(xí)階段

根據(jù)本節(jié)課內(nèi)容，教師可以利用MOOC中的論壇功能發(fā)起拓展討論，針對本節(jié)實驗內(nèi)容進行交流總結(jié)和評價，學(xué)生可以利用線上資源進行復(fù)習(xí)鞏固，將學(xué)習(xí)到的知識進行加工、遷移，形成深度學(xué)習(xí)．

該設(shè)計方案將線上和線下實驗教學(xué)優(yōu)勢融合起來，充分利用了學(xué)習(xí)資源和課余時間，為學(xué)生在課堂實驗中留出更多的時間．教師可以對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進行跟蹤評價，學(xué)生也可以自主選擇學(xué)習(xí)資源，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣．同時模擬仿真實驗可以減少實驗儀器不必要的損耗，學(xué)生可以多次探討設(shè)計模擬實驗再進行線下實踐，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作能力，相比傳統(tǒng)教學(xué)模式更能提高普通物理實驗課程的教學(xué)效果．

混合式實驗教學(xué)改革的模式并不是固定統(tǒng)一的，但是目標(biāo)卻是一致的，那就是要通過把“線上”和“線下”兩種教學(xué)模式融合起來，充分發(fā)揮它們二者的優(yōu)勢，從而達(dá)到改造傳統(tǒng)教學(xué)的效果，改善在教學(xué)過程中學(xué)生學(xué)習(xí)主觀能動性不高、參與度不足、學(xué)習(xí)效率低下等問題，進而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實踐能力和創(chuàng)新能力，全面培養(yǎng)學(xué)生成為高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才．筆者在此提供一個初步的設(shè)計方案，希望能給高校改革傳統(tǒng)的物理實驗教學(xué)模式提供新思路，各高?？梢愿鶕?jù)自身情況及學(xué)生學(xué)情制定合適的普通物理實驗線上線下混合教學(xué)模式．

5 結(jié)束語

在教育改革越來越深入的情況下，由于普通物理實驗線上和線下教學(xué)模式自身具有一定優(yōu)勢和局限性，所以融合它們優(yōu)勢的混合實驗教學(xué)模式是發(fā)展的必然產(chǎn)物．本文提出的混合教學(xué)模式兼具線上學(xué)習(xí)和線下教學(xué)的優(yōu)勢，充分發(fā)揮了學(xué)生的主體性和教師的主導(dǎo)性，實現(xiàn)了從理論到實驗再到實踐的完整學(xué)習(xí)過程．混合式實驗教學(xué)模式改革沒有統(tǒng)一范本，為了滿足新時代需求，培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才，如何根據(jù)本校情況、師生特點和培養(yǎng)目標(biāo)來建構(gòu)符合自己學(xué)校的混合實驗教學(xué)模式已成為當(dāng)前重要課題，還需要各高校不斷地進行探索與改革．希望本文能為普通物理實驗線上線下混合教學(xué)模式的改革提供新思路．