基于“學(xué)習(xí)通”+“翻轉(zhuǎn)課堂”模式的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究*

王麗麗，李正大

(長沙學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院，湖南 長沙 410022)

1 引言

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課是我國普通高等學(xué)校物理學(xué)專業(yè)學(xué)生的必修實(shí)驗(yàn)課，也是高校中理工科類專業(yè)學(xué)生的必修基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，輔助大學(xué)物理理論課，幫助學(xué)生更好地理解掌握大學(xué)物理知識(shí)與技能，了解解決物理問題的過程與方法。而大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)作為一門基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，還可以對(duì)高校理工科類專業(yè)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)基本訓(xùn)練，是本科生接受系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開端，在人才培養(yǎng)中具有其他課程不可替代的重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生經(jīng)過大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的訓(xùn)練后，在實(shí)踐與科學(xué)研究中的內(nèi)驅(qū)力提升，動(dòng)手實(shí)踐的能力提高。科學(xué)的、有效的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)有助于幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的科學(xué)素養(yǎng)，提升學(xué)生的實(shí)踐與科學(xué)研究能力。

2 以教師為中心的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式

我國高校理工科專業(yè)學(xué)生的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程一般開設(shè)在大學(xué)一年級(jí)和大學(xué)二年級(jí)，不同院校不同專業(yè)開課學(xué)時(shí)不等。作為一門必修實(shí)驗(yàn)課程，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)涵蓋力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)以及近代物理學(xué)等知識(shí)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目種類繁多。目前，各個(gè)高校根據(jù)自身的實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，開設(shè)哪些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一般由開課實(shí)驗(yàn)室確定，或者學(xué)生可以根據(jù)自己專業(yè)、興趣愛好等在學(xué)?，F(xiàn)有條件中選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

我國高校的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程一般是學(xué)生課前預(yù)習(xí)，課上先由教師講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、注意事項(xiàng)等內(nèi)容，再演示實(shí)驗(yàn)，然后學(xué)生按照教師或教材所講步驟重復(fù)實(shí)驗(yàn)，測量數(shù)據(jù)，驗(yàn)證結(jié)果。傳統(tǒng)教學(xué)模式具體如下。

（1）實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)。課前預(yù)習(xí)是學(xué)生在相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目課前完成的，是否完成的標(biāo)準(zhǔn)一般以學(xué)生是否書寫了實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告為判斷依據(jù)。但學(xué)生常常只是把課本抄寫一遍，并沒有真正掌握本次實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃淼?，沒有達(dá)到預(yù)習(xí)的目的。

（2）實(shí)驗(yàn)操作。實(shí)驗(yàn)課上，教師一般將實(shí)驗(yàn)背景、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟以及注意事項(xiàng)等內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的講解，并且演示操作實(shí)驗(yàn)過程，學(xué)生只需要將教師的操作行為復(fù)制一遍，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)即可。完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生可能不需要預(yù)習(xí)，不需要理解掌握實(shí)驗(yàn)原理，不需要具備相應(yīng)的物理知識(shí)，只復(fù)制操作過程，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄到已給定的表格中。尤其對(duì)于非物理專業(yè)的學(xué)生，由于物理實(shí)驗(yàn)不是專業(yè)課實(shí)驗(yàn)，很多學(xué)生可能只是為了取得學(xué)分，并沒有掌握相應(yīng)的物理知識(shí)，實(shí)驗(yàn)方法與技能、實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)也不能得到訓(xùn)練、提高。

（3）實(shí)驗(yàn)評(píng)定。因?qū)嶒?yàn)操作中學(xué)生人數(shù)較多，教師不易掌握每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作情況，實(shí)驗(yàn)評(píng)定一般依據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)評(píng)分重結(jié)果，忽視實(shí)驗(yàn)操作過程，實(shí)驗(yàn)成績不能反映學(xué)生的實(shí)踐能力等。

傳統(tǒng)的教學(xué)模式以教師為中心，學(xué)生只是被動(dòng)的重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟，忽視了學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程過程中的主觀能動(dòng)作用，不利于學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)造創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)教學(xué)模式注重的是結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)知識(shí)的驗(yàn)證和傳授，但忽視了實(shí)驗(yàn)過程中能力和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。

此外，湖南省大學(xué)生物理競賽由理論考核和實(shí)驗(yàn)考核兩部分組成，其中實(shí)驗(yàn)考核更側(cè)重考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。而物理實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)教學(xué)方式，使得學(xué)生在物理競賽實(shí)驗(yàn)考核中缺乏競爭力。因此大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課不僅要傳授物理知識(shí)，系統(tǒng)的訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，同時(shí)更應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)探究能力和創(chuàng)新能力，提高競賽競爭力，推動(dòng)工科專業(yè)發(fā)展，促進(jìn)傳統(tǒng)工科向新工科轉(zhuǎn)化。

3 以學(xué)生為中心的新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式

3.1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以分為三大類：基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)、綜合型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)探究型實(shí)驗(yàn)。課程開設(shè)可分為必做實(shí)驗(yàn)和選做實(shí)驗(yàn)，必做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目占據(jù)總實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的50%-60%，其他問選做項(xiàng)目。必做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可根據(jù)學(xué)生專業(yè)特點(diǎn)確定，把物理實(shí)驗(yàn)與學(xué)生專業(yè)聯(lián)系起來，充分體現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)的重要性。選做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由學(xué)生根據(jù)自身專業(yè)特點(diǎn)、未來發(fā)展方向、興趣等選擇，其中學(xué)生自選的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中設(shè)計(jì)探究型實(shí)驗(yàn)占自選項(xiàng)目50%及以上，防止學(xué)生因設(shè)計(jì)探究型實(shí)驗(yàn)相對(duì)較難而只選基礎(chǔ)型或綜合型實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)探究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目增加，可促進(jìn)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課程中思考、創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，增設(shè)設(shè)計(jì)探究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，增加學(xué)生選擇的多樣性，更好的為各個(gè)專業(yè)服務(wù)。

本文以我校功能材料專業(yè)學(xué)生為研究對(duì)象，必修實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中除基本的物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目外，側(cè)重增加了與材料性能參數(shù)測量的實(shí)驗(yàn)，如拉伸法測量金屬絲的楊氏模量、鐵磁材料的磁滯回線和基本磁化曲線的測量等，使物理實(shí)驗(yàn)適應(yīng)學(xué)生專業(yè)需求與發(fā)展，為學(xué)生專業(yè)實(shí)驗(yàn)的開設(shè)打好基礎(chǔ)，更好地為專業(yè)發(fā)展服務(wù)。

3.2 落實(shí)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的目的

教師利用“學(xué)習(xí)通”、實(shí)驗(yàn)虛擬仿真軟件等教學(xué)工具，輔助完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)。為使實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的目的落實(shí)，任課教師可以利用“學(xué)習(xí)通”教學(xué)軟件，把每一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容甚至演示視頻上傳到軟件平臺(tái)上，并且針對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置問題，學(xué)生可以直接利用手機(jī)隨時(shí)隨地完成初步預(yù)習(xí)。學(xué)生在“學(xué)習(xí)通”APP 上預(yù)習(xí)時(shí)除了閱讀觀看必要的教學(xué)資料外，同時(shí)回答問題提出疑問，教師可以查看學(xué)生閱讀情況及回答問題情況，判斷是否預(yù)習(xí)及預(yù)習(xí)中遇到的難題，既可以檢查督查學(xué)生預(yù)習(xí)，同時(shí)可以掌握學(xué)生預(yù)習(xí)中的疑難點(diǎn)，真正落實(shí)預(yù)習(xí)目的。文字及視頻資料預(yù)習(xí)后，還可以利用科大奧銳開發(fā)的實(shí)驗(yàn)虛擬仿真系統(tǒng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解，簡單了解實(shí)驗(yàn)儀器操作方法，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及規(guī)律。另外，還要求學(xué)生查閱文獻(xiàn)、書籍、網(wǎng)絡(luò)等，找出該實(shí)驗(yàn)在生活、工業(yè)、科研或自身專業(yè)上的應(yīng)用，或者其他實(shí)驗(yàn)測量方法、改進(jìn)措施等，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)機(jī)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

因?yàn)橐咔橛绊懀?020 年春季學(xué)期我校采用“學(xué)習(xí)通”與虛擬仿真軟件結(jié)合，進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)。從學(xué)生實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)操作成績出現(xiàn)兩極分化現(xiàn)象。經(jīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作調(diào)查發(fā)現(xiàn)，對(duì)仿真系統(tǒng)軟件操作熟練程度對(duì)實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)影響較大，實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)儀器操作實(shí)際學(xué)習(xí)情況并不能從實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)中得到反饋，可見實(shí)驗(yàn)室實(shí)操必不可少。但實(shí)驗(yàn)仿真數(shù)據(jù)及規(guī)律、現(xiàn)象，能幫助學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，了解?shí)驗(yàn)物理規(guī)律，達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的目的?！皩W(xué)習(xí)通”與虛擬仿真軟件結(jié)合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，利用教材、課件、教學(xué)視頻、仿真軟件等工具，可以讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察全面的認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)，避免了傳統(tǒng)的從教材到實(shí)驗(yàn)報(bào)告本的簡單抄寫預(yù)習(xí)方式，真正達(dá)到了預(yù)習(xí)的目的。任課教師可以通過“學(xué)習(xí)通”及仿真軟件系統(tǒng)實(shí)時(shí)查看學(xué)生預(yù)習(xí)情況，并督促學(xué)生按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)。

3.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程角色“翻轉(zhuǎn)”

根據(jù)班級(jí)學(xué)生人數(shù)、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量及實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作量等，將學(xué)生分組，每個(gè)小組承擔(dān)一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的課堂講解任務(wù)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為實(shí)驗(yàn)背景、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器及操作、實(shí)驗(yàn)應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)方法和儀器改進(jìn)措施等五部分，每小組里每一個(gè)學(xué)生至少承擔(dān)一個(gè)部分內(nèi)容的資料查閱及講解。根據(jù)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)及實(shí)驗(yàn)講解內(nèi)容，以小組形式進(jìn)行討論。講解任務(wù)分配好后，明確學(xué)生每部分必講解的知識(shí)點(diǎn)，防止重難點(diǎn)內(nèi)容遺漏。

小組討論時(shí)，除對(duì)疑難點(diǎn)物理知識(shí)點(diǎn)的討論外，重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)本實(shí)驗(yàn)在實(shí)踐中的應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)儀器等改進(jìn)措施上的討論。小組討論不僅加深學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解，培養(yǎng)物理思維及方法，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和創(chuàng)新精神。此種教學(xué)方法增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促使學(xué)生更好地掌握物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，提高實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新能力。

4 教學(xué)方式變革中遇到的問題

（1）課堂教學(xué)效果有待提高。學(xué)生課前準(zhǔn)備不足，對(duì)講解的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目知識(shí)掌握不夠透徹，且不能較好地把教學(xué)內(nèi)容用簡練的文字傳達(dá)給學(xué)生。小組分工及團(tuán)體合作能力有待提高，存在個(gè)別學(xué)生渾水摸魚現(xiàn)象。資料查找能力有待提高，對(duì)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用及實(shí)驗(yàn)方法改進(jìn)缺少創(chuàng)新性。個(gè)別學(xué)生能針對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用多次測量或改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法等措施減小實(shí)驗(yàn)誤差，但多數(shù)學(xué)生還缺少主觀能動(dòng)性。

（2）考核方式有待研究。因無法量化課前準(zhǔn)備工作，且無法簡單通過講授效果評(píng)估學(xué)生工作量，所以對(duì)考核方式還有待研究。希望能改進(jìn)考核方式，合理評(píng)估學(xué)生工作量，最終達(dá)到提高學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力、學(xué)習(xí)興趣，切實(shí)提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、探究?chuàng)新能力，為大學(xué)生物理競賽儲(chǔ)備力量，同時(shí)推動(dòng)學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)中創(chuàng)新，提高我校的人才培養(yǎng)質(zhì)量。

5 總結(jié)

我國高校理工科專業(yè)學(xué)生的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程一般開設(shè)在大學(xué)一年級(jí)和大學(xué)二年級(jí)，不同院校不同專業(yè)開課學(xué)時(shí)不等。作為一門必修實(shí)驗(yàn)課程，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)涵蓋力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)以及近代物理學(xué)等知識(shí)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目種類繁多。目前，各個(gè)高校根據(jù)自身的實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，開設(shè)哪些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一般由開課實(shí)驗(yàn)室