大學(xué)物理實驗在線開放課程教學(xué)改革淺析

欒照輝 劉欣 趙磊

摘? ? 要：“大學(xué)物理實驗”作為理工類專業(yè)一門重要的基礎(chǔ)必修課，在應(yīng)用型人才培養(yǎng)方面起著舉足輕重的作用。文章探討了將在線開放課程融入到“大學(xué)物理實驗”中的教學(xué)模式，探討如何充分發(fā)揮在線開放課程的優(yōu)勢來彌補(bǔ)傳統(tǒng)實驗教學(xué)中存在的不足，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。這種新型的教學(xué)模式符合信息化時代的發(fā)展要求，必將成為未來“大學(xué)物理實驗”教學(xué)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實驗;在線開放課程;教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2021）01-0054-02

一、引言

“大學(xué)物理實驗”作為理工類專業(yè)獨(dú)立于“大學(xué)物理”而單獨(dú)開設(shè)的一門基礎(chǔ)必修課，是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后接觸的第一門實驗技能訓(xùn)練課。通過對實驗課程的學(xué)習(xí)，來加強(qiáng)學(xué)生對物理概念的認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生基本的實驗技能、實事求是的工作作風(fēng)以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，提高學(xué)生獨(dú)立分析解決問題的能力。同時，“大學(xué)物理實驗”中豐富的實驗思想和巧妙的實驗手段也幫助學(xué)生開闊了眼界，有助于引導(dǎo)與激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和意識[1]。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和大規(guī)模普及，“慕課”這一新型的教學(xué)模式自2008年被提出后受到了世界各國教育專家和學(xué)者的廣泛關(guān)注。“慕課”是大規(guī)模開放性在線課程的簡稱，在這種教學(xué)模式下，學(xué)生主要通過在線觀看教學(xué)視頻來完成對知識的學(xué)習(xí)，教師則主要負(fù)責(zé)解決學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇見的問題并對課程內(nèi)容作進(jìn)一步的延伸，從而完成知識的遷移和深化過程。“慕課”這種開放的學(xué)習(xí)環(huán)境不僅打破了學(xué)習(xí)過程中對時間與地點的限制，更重要的是它改變了傳統(tǒng)教學(xué)中以教師講授為主導(dǎo)的教學(xué)模式，使得學(xué)生可以根據(jù)自己的意愿主動選擇想要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生積極主動地帶著問題去思考和交流，從而真正實現(xiàn)了以學(xué)生為中心的教學(xué)目標(biāo)[2]。

本文在傳統(tǒng)“大學(xué)物理實驗”教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，提出了一種將在線開放課程融入到“大學(xué)物理實驗”中的教學(xué)思想。學(xué)生主要通過在線開放課程對實驗內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)，在課堂上則主要進(jìn)行實驗系統(tǒng)的搭建、實驗現(xiàn)象的觀測以及實驗結(jié)果的討論。這樣不僅豐富了教學(xué)內(nèi)容，而且充分鍛煉了學(xué)生的實驗操作水平，通過與學(xué)生之間的交流討論，激發(fā)學(xué)生對實驗的熱情，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力，增強(qiáng)其創(chuàng)新意識，這對促進(jìn)理工科“大學(xué)物理實驗”的教學(xué)改革有著重要的意義。

二、傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗教學(xué)模式及不足

“大學(xué)物理實驗”教學(xué)內(nèi)容主要包括力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等普通物理實驗和在近代物理學(xué)發(fā)展史上起著重要作用的近代物理實驗兩大部分。由于實驗設(shè)備以及實驗教學(xué)學(xué)時的限制，在物理實驗教學(xué)過程中很難確保每一個學(xué)生都能夠獨(dú)立完成實驗操作，這使得物理實驗教學(xué)從某一方面講只是傳授給學(xué)生一些基本的實驗測量方法，并沒有真正意義上鍛煉學(xué)生的實際動手能力，這樣勢必使學(xué)生喪失鍛煉自己獨(dú)立分析和解決問題的機(jī)會，達(dá)不到物理實驗教學(xué)的真正目的。

傳統(tǒng)的“大學(xué)物理實驗”教學(xué)模式主要包括實驗前的預(yù)習(xí)、實驗中的操作以及實驗后的報告三大部分內(nèi)容。實驗前的預(yù)習(xí)要求學(xué)生通過教材對實驗內(nèi)容進(jìn)行初步的了解并完成相應(yīng)的預(yù)習(xí)報告。但是書本上的內(nèi)容很難將一些深奧的物理現(xiàn)象和實驗操作步驟生動地展現(xiàn)在學(xué)生面前，因而難以達(dá)到理想的預(yù)習(xí)效果。實驗中的操作是指學(xué)生在預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過課堂上教師的講解完成實驗操作并記錄下測量數(shù)據(jù)。由于學(xué)生層次具有不一致性，教師在講解實驗的過程中很難照顧到所有學(xué)生，這會導(dǎo)致一部分學(xué)生在教學(xué)時間內(nèi)無法完成實驗，達(dá)不到真正的學(xué)習(xí)目的。實驗后的報告則要求學(xué)生對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出結(jié)論，并完成相應(yīng)的實驗報告內(nèi)容。這部分內(nèi)容是學(xué)生成績評定的依據(jù)。由于實驗報告數(shù)量非常多，且數(shù)據(jù)處理的計算量較大，教師在評定的過程中根本無法核對每一位學(xué)生的計算情況，這會讓一部分學(xué)生覺得有機(jī)可乘，從自己編造測量結(jié)果甚至去抄襲他人的實驗報告，導(dǎo)致實驗成績無法完全反映出學(xué)生真實的實驗態(tài)度。由此可見，傳統(tǒng)的教學(xué)模式思想比較單一，教學(xué)方式比較落后，很容易使學(xué)生失去作實驗的興趣，因此急需在物理實驗教學(xué)中加入新的教學(xué)理念，為物理教學(xué)注入新的活力[3]。

三、在線開放課程與傳統(tǒng)物理實驗相結(jié)合的教學(xué)模式

在線開放課程有著傳統(tǒng)教學(xué)模式無法比擬的優(yōu)勢。首先，學(xué)生可以根據(jù)實際情況自由地選擇學(xué)習(xí)時間及地點。其次，學(xué)生可以針對學(xué)習(xí)過程中遇到的困難反復(fù)觀看教學(xué)內(nèi)容，并且可以通過網(wǎng)絡(luò)將問題反饋給教師，通過與教師間的交流互動來解決出現(xiàn)的問題。這種教學(xué)模式將學(xué)生被動的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動的學(xué)習(xí)，能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，真正意義上地實現(xiàn)了以學(xué)生為教學(xué)中心的教學(xué)目標(biāo)[4]?；诖?，我們提出了一種將在線開放課程融入到“大學(xué)物理實驗”中的教學(xué)思想。這種教學(xué)模式的基本形式是：教師將實驗講義、虛擬仿真實驗以及微課視頻等完備的學(xué)習(xí)資料上傳到網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生根據(jù)教師提供的學(xué)習(xí)資料完成預(yù)習(xí)，并總結(jié)在學(xué)習(xí)過程中所遇到的問題。課堂上的教學(xué)中心則不再是傳統(tǒng)教學(xué)中單純地教會學(xué)生如何去作實驗，而是通過開放式的教學(xué)研討引導(dǎo)學(xué)生對實驗過程中遇到的實驗現(xiàn)象及數(shù)據(jù)處理等問題進(jìn)行分析探討。課下，學(xué)生將實驗數(shù)據(jù)以及寫好的實驗報告上傳到網(wǎng)上，教師通過網(wǎng)絡(luò)給出實驗成績。這種將在線開放課程與傳統(tǒng)物理實驗教學(xué)相結(jié)合的模式能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)“大學(xué)物理實驗”教學(xué)中存在的不足，極大地豐富和完善了“大學(xué)物理實驗”的三大教學(xué)內(nèi)容。

首先，對于實驗前的預(yù)習(xí)來說，傳統(tǒng)的教學(xué)模式學(xué)生只能從實驗講義上大致了解實驗內(nèi)容，對于一些復(fù)雜的實驗原理及實驗現(xiàn)象并不能產(chǎn)生直觀的認(rèn)識，這會導(dǎo)致學(xué)生在預(yù)習(xí)時比較盲目，很難達(dá)到理想的預(yù)習(xí)效果。學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中產(chǎn)生的這些疑問會直接影響到實驗中的操作，這就使得一些學(xué)生在完成測量任務(wù)時，只是機(jī)械地去模仿教師所講的實驗步驟，而不是去主動思考實驗中所蘊(yùn)含的物理思想，失去了鍛煉自己主動思考及分析解決問題的機(jī)會。在線開放課程不僅可以為學(xué)生提供實驗講義，還可以利用豐富的網(wǎng)絡(luò)資源為學(xué)生呈現(xiàn)出一些虛擬仿真實驗結(jié)果。這使得實驗現(xiàn)象能夠更加直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前，有助于學(xué)生全面深刻地理解物理規(guī)律，掌握實驗方法。隨著軟件編程以及建模技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的搭建為學(xué)生提供了更加逼真的虛擬元件及可視化交互環(huán)境，學(xué)生只需通過鼠標(biāo)點擊虛擬元件便可以搭建自己想要的實驗系統(tǒng)并仿真出實驗結(jié)果，也可以利用虛擬實驗平臺來驗證自己設(shè)計的實驗方案的可行性，從而真正激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升其自主創(chuàng)新能力。

其次，在實驗操作上，傳統(tǒng)的教學(xué)模式主要由教師進(jìn)行實驗內(nèi)容的講授，之后學(xué)生根據(jù)自己的理解完成實驗操作。為了給學(xué)生留有足夠的操作時間，教師的講授時間通常不超過半小時。但是在這么短的時間內(nèi)學(xué)生很難消化所有的實驗內(nèi)容，這就讓學(xué)生在作實驗時會表現(xiàn)出動手能力不足，甚至無法完成實驗等問題，這無疑失去了開設(shè)“大學(xué)物理實驗”課的最根本意義。在線開放課程中最重要的一個環(huán)節(jié)就是微課視頻的加入，這使得學(xué)生在課前就可以通過視頻對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的了解，并且可以根據(jù)自己的實際理解程度對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行反復(fù)的學(xué)習(xí)，同時，學(xué)生還可以將學(xué)習(xí)過程中遇到的問題通過交互平臺向教師提問，教師可以通過在線解答或者在課堂上討論的方式完成對學(xué)生的答疑解惑，這樣就解決了傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的問題，真正實現(xiàn)了以學(xué)生為本的教學(xué)理念。

再次，傳統(tǒng)的教學(xué)模式學(xué)生需要將實驗報告上交到指定地點，如實驗報告箱、教師辦公室等處。教師則根據(jù)學(xué)生的實驗報告情況給出相應(yīng)的成績，然而，這個成績的評定很難做到公平、公正。因為大部分實驗報告都是千篇一律的格式，更有甚者會出現(xiàn)一樣的測量數(shù)據(jù)。另一方面，由于“大學(xué)物理實驗”是面向全校的教學(xué)科目，因此教師所需要批閱的實驗報告數(shù)量就會非常多，教師根本無法準(zhǔn)確判斷每一位學(xué)生的計算能力，這就會導(dǎo)致實驗成績無法完全反映出學(xué)生的真實水平。而在線教學(xué)的互聯(lián)網(wǎng)功能能夠有效地解決上述問題。首先，學(xué)生可以將自己完成的實驗報告通過網(wǎng)絡(luò)遞交給教師，這就節(jié)省了學(xué)生上交報告的時間。其次，教師可以將逐差法與最小二乘法等典型的數(shù)據(jù)處理方法通過計算機(jī)輔助軟件進(jìn)行編程，學(xué)生只需將測試結(jié)果輸入到指定位置，系統(tǒng)便會根據(jù)計算程序給出相應(yīng)的計算結(jié)果。這樣就可以有效地考察學(xué)生在數(shù)據(jù)處理過程中的計算能力，并杜絕抄襲現(xiàn)象。

四、新型教學(xué)模式給教師帶來的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

在線開放課程與傳統(tǒng)物理實驗相結(jié)合的教學(xué)模式符合信息化時代的發(fā)展要求，為每一位實驗教師提供了展示自己才華的舞臺。教師可以利用網(wǎng)絡(luò)上的優(yōu)秀資源豐富和完善自己的實驗教學(xué)內(nèi)容，擴(kuò)大教學(xué)空間，豐富教學(xué)手段，從而促進(jìn)精品課程的建設(shè)，更好地完成教育教學(xué)目標(biāo)。與此同時，教師為了能夠適應(yīng)教育信息化的發(fā)展趨勢，需要不斷地調(diào)整、充實和完善自身的知識結(jié)構(gòu)，不斷探索行之有效的教育方式，以促進(jìn)自身專業(yè)的成長和綜合素質(zhì)的提高。在新的教育模式下，教師應(yīng)該主動適應(yīng)角色的轉(zhuǎn)變，真正地成為學(xué)生學(xué)習(xí)上的朋友和引導(dǎo)者，使“大學(xué)物理實驗”的教學(xué)呈現(xiàn)出一種新的發(fā)展趨勢。

五、結(jié)語

“大學(xué)物理實驗”作為理工類專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)必修課程，在提升學(xué)生基本的科學(xué)素質(zhì)和綜合能力方面有著不可替代的作用。本文探討了將在線開放課程融入到傳統(tǒng)實驗教學(xué)中的教育模式，并充分發(fā)揮在線開放課程的優(yōu)勢來彌補(bǔ)傳統(tǒng)實驗教學(xué)中存在的不足，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。這種將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相融合的模式符合信息化時代的發(fā)展要求，必將成為未來“大學(xué)物理實驗”教學(xué)的發(fā)展趨勢。

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