基于MOOCs 的大學物理實驗教學改革和實踐

倪涌舟 周國泉 徐一清 周益民

摘 要 本文通過對大學物理實驗課程教學中存在的教學手段單一、現代技術應用不足、學生對實驗的思考探索欠缺等問題的分析，提出了在大學物理實驗課程教學中建立基于MOOCs 的“網絡課程 + 面授 + 課后討論”教學模式，以達到充分利用學生碎片化學習時間，豐富實驗教學手段，提升學生的實驗興趣，培養(yǎng)學生動手和創(chuàng)新能力的目的。

關鍵詞 大學物理實驗課程 MOOCs 實驗教學模式

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2021.03.017

Reform and Practice of College Physics Experiment Teaching Based on MOOCS

——Take Zhejiang A & F University as an example

NI Yongzhou， ZHOU Guoquan， XU Yiqing， ZHOU Yimin

（College of Sceince， Zhejiang A & F University， Hangzhou， Zhejiang 311300）

Abstract This paper analyzes the problems of single teaching methods in the teaching of college physics experiment courses， insufficient application of modern technology， and students' lack of thinking and exploration of experiments， and proposes the establishment of a MOOCs-based "network course + face-to-face instruction + after-class discussion" teaching mode， in order to achieve the purpose of making full use of students' fragmented learning time， enriching experimental teaching methods， enhancing students' experimental interest， and cultivating students' practical and innovative abilities.

Keywords college physics experiment course; MOOCs; experiment teaching mode

“大學物理實驗”課程是對高等院校理工科專業(yè)學生進行科學實驗基本訓練的一門獨立的必修基礎課。其內涵的實驗方法、思想、儀器和技術，在培養(yǎng)與提高科學實驗能力和從事科學實驗的素質等方面具有重要的意義。

1 我校“大學物理實驗”課程教學現狀

目前我校的“大學物理實驗”課程教學主要采用分層次實驗項目的開放教學，首先是通過基礎實驗積累實驗知識和實驗技能，培養(yǎng)良好的實驗規(guī)范;其次是利用近代綜合實驗注重培養(yǎng)實驗能力和思維能力;最后通過設計實驗為培養(yǎng)學生能獨立自主地進行科學實驗研究工作的能力。分層次實驗項目的開放教學通過多年的實踐，為培養(yǎng)我校學生的實驗能力起到了重要作用。但是在實際實驗教學中，還存在著一定的問題，主要表現在：

1.1實驗教學手段落后單一

目前“大學物理實驗”課程的教學還是處在老師講解演示，學生做的模式。在這種模式下，學生一味地重復教師的講解，對實驗的原理、方法、結論缺少自己的思考，不利于培養(yǎng)學生的自我學習、自我探究的能力，也不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。

1.2現代化教學技術應用不足

目前，我校的“大學物理實驗”課程建有基于物理實驗教學中心服務器的實驗預習、預約、門禁管理系統(tǒng)，也建立了一些虛擬仿真實驗，但是數量較少，不利于學生的碎片化學習。也缺乏實驗的微課視頻，學生的預習也主要是針對實驗原理進行的預習，進實驗室前缺乏對實驗儀器的了解，儀器的操作使用都要等著教師講解。另外交流互動途徑缺乏，學生與老師的溝通主要通過QQ群，由于學生在實驗課前對實驗儀器操作、實驗過程不了解，因此QQ群交流的內容也集中在實驗管理上，學生對實驗教學的內容提不出問題進行交流互動。

1.3學生對實驗的思考探索欠缺

目前，我校“大學物理實驗”課程每一個實驗項目的完結主要通過學生書寫實驗報告，實驗報告流于模板化、形式化，學生寫實驗報告時對實驗的過程、方法、數據缺乏反思，實驗結束后對所做過的實驗根本不再思考探究，這不利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2 基于MOOCs 的大學物理實驗教學模式的構建

針對我?！按髮W物理實驗”課程教學存在的問題，我們設計了基于MOOCs 的“網絡微課視頻+網絡互動+面授”教學模式，[1-3]通過課前預習討論交流，課堂教師組織實驗，課后分析研究的教學過程，以達到充分利用學生碎片化學習時間，豐富實驗教學手段，提升學生的實驗興趣，培養(yǎng)學生動手和創(chuàng)新能力，同時達到加強師生交流，轉變師生教學關系的目的。

2.1 課前預習系統(tǒng)的構建

物理實驗課前的預習是物理實驗教學的重要環(huán)節(jié)，學生通過預習，了解實驗的原理和實驗的基本操作過程和方法，對進入實驗室開展實驗有重要作用。目前我?！按髮W物理實驗”課程的教學要求學生在進入實驗室開展實驗之前進行實驗預習，并書寫預習報告，但是學生的實驗預習經常存在以下問題：

（1）實驗內容與理論教學進度不一致，導致學生對實驗的原理缺乏理解。物理實驗課的開設由于實驗場地、器材的限制，往往不能與理論教學同步進行。學生在預習實驗時，一些實驗的原理在理論課上還沒有上過，學生需要自學原理，導致一些學習能力欠缺的同學無法理解實驗原理，只是根據教材抄寫一下完成預習報告就算了，起不到實驗預習的效果。

（2）學生沒有看到實驗儀器進行預習，對實驗操作的整體認識不足。學生在實驗課前預習時，主要是根據教材預習。雖然教材上有儀器介紹，但是學生沒有看到儀器實物，對實驗操作的整體認識不足。

（3）學生的預習效果沒有評測。目前我?！按髮W物理實驗”課程的預習只要求學生完成預習報告的書寫，教師在實驗課教學中也只是檢查一下學生的預習報告，對于學生是否是真正預習了，預習的效果如何沒有完善的評價，導致學生的預習效果沒有辦法保證。

針對以上情況，我們建設了“大學物理實驗”網絡課程，在課程構架上設置了預習模塊，特別針對學生預習錄制實驗原理講解、儀器介紹視頻。學生在預習時，通過視頻學習，可以更好地理解實驗原理，了解實驗儀器的結構和基本操作，從而真正達到實驗預習的目的。同時，我們針對學生預習應該到達的效果設計了實驗預習檢測單元，編寫了學生在預習中應該掌握的知識點的測驗題。學生在預習后需要完成測驗，一方面便于教師了解學生的預習情況，另一方面也是加深學生對實驗知識的理解。

2.2 課內教學方式的轉變

大學物理實驗課程的教學與理論課程的教學有很大的區(qū)別。在實驗課的教學中，學生一般需要在3個課時內完成一個實驗。在短短的3個課時內，學生既要掌握實驗原理，又要學習實驗儀器的使用，并完成實驗任務的測量，時間其實是比較緊張的，所以實驗指導教師為了順利完成教學，一般會花20-30分鐘的時間講解實驗原理和儀器使用方法，然后指導學生完成實驗。很多學生在短時間內并不能完全掌握儀器的正確使用方式，特別是一些儀器調節(jié)過程比較復雜時，學生往往只能不斷求助教師，而教師需要指導十幾組實驗只能疲于奔命，最后往往變成教師直接給學生調節(jié)儀器，實驗客車鍛煉學生動手能力的目的也就無從談起了。

針對實驗課程學生動手少的問題，我們主要是轉換教師的身份，教師在實驗課中盡量少講少動，將更多的精力放在實驗課堂的組織上，而指導學生的任務則通過以下方式解決。

（1）實驗原理的講解通過視頻，并且放在課前預習中，讓學生在課前預習中就學習和理解實驗原理。

（2）錄制儀器調節(jié)視頻，讓學生通過視頻學習儀器的使用規(guī)則。在錄制視頻時，我們將實驗儀器的操作盡量分解，一步操作一個視頻，視頻的時間盡可能短，使得學生可以在碰到不理解的操作步驟時，最快地反復觀看視頻進行學習。

學生通過視頻學習儀器操作，極大地解放了教師。教師可以有更多地時間去組織整個實驗教學，同時觀測學生的實驗情況，對于真正存在實驗困難的學生進行指導。從而真正到達鍛煉學生動手能力的實驗目的。

2.3 課后實驗探究的實踐

我校“大學物理實驗”課程每一個實驗項目的完結主要通過學生書寫實驗報告，目前來看，學生書寫的實驗報告流于模板化、形式化，對實驗的過程、方法、數據缺乏反思，實驗結束后對所做過的實驗根本不再思考探究，這不利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。針對以上問題，我們主要進行了以下調整：

（1）強化學生對實驗數據的分析。實驗結果的數據分析是得出實驗結果的重要過程，不管是驗證性實驗還是設計性實驗，數據結果都是必不可少的。而且目前國家對測量數據的分析有嚴格的規(guī)范，讓學生掌握符合國家要求的規(guī)范化的處理數據的能力是實驗的重要目的。因此，我們在實驗中強化了學生對實驗數據處理的要求，一方面要求學生正確、準確獲得實驗數據，不得弄虛作假，另一方面要求學生掌握正確的數據處理方式，并且要求學生能夠通過實驗數據分析進一步理解實驗原理，從而真正完成通過理論設計實驗到驗證理論的過程，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力。

（2）強化學生對操作過程的理解。實驗的操作是培養(yǎng)學生動手能力的關鍵，實驗課程需要培養(yǎng)學生規(guī)范有效的操作，而一個實驗操作是否規(guī)范的標志就是最后實驗誤差的大小。讓學生掌握誤差分析的方法，正確分析誤差的來源，對改進、提高學生操作能力很有幫助。我們在學生書寫實驗報告時要求學生全面分析實驗，正確提出實驗可能產生誤差的操作過程，強化學生對操作過程的理解，從而進一步培養(yǎng)學生掌握正確的實驗操作方法。

（3）強化課后討論。只要仔細反思，不管是成功的實驗還是失敗的實驗都還讓學生有收獲。因此課后反思討論是加深學生對實驗理解的必要環(huán)節(jié)，我們在網絡課程中設計了課后討論環(huán)節(jié)，選取學生實驗報告中問題最多的部分，讓學生在網上討論分析其中的錯誤，從而加深學生對實驗的理解。

3 基于MOOCs 的大學物理實驗教學改革的成效

在實行基于MOOCs 的“網絡課程 + 面授 + 課后討論”教學模式后，設置了課前預習，預習測驗，儀器操作視頻學習，課后討論交流等環(huán)節(jié)，便于學生利用碎片化時間進行學習，提高了學生的學習效率。

（1）設置課前預習，學生通過網絡課程的實驗原理視頻和儀器介紹視頻進行預習，可以更好地理解實驗原理，了解實驗儀器的結構和基本操作，從而真正達到實驗預習的目的。

（2）針對學生預習應該到達的效果設計了實驗預習檢測單元，編寫了學生在預習中應該掌握的知識點的測驗題。學生在預習后需要完成測驗，一方面便于教師了解學生的預習情況，另一方面也是加深學生對實驗知識的理解。

（3）錄制儀器調節(jié)視頻，讓學生在實驗課中通過視頻學習儀器的調節(jié)，使得學生可以更加直觀的理解實驗儀器的調節(jié)方法和調節(jié)現象。

（4）完善課后分析研究，改變過去實驗上完就結束的方式，增加學生對實驗的分析研究，通過網絡課程設置的討論區(qū)，有實驗指導教師上傳存在問題較多的實驗報告，讓學生進行討論，提高學生對實驗過程、結論進一步理解。

綜上所述，基于MOOCs 的大學物理實驗教學能夠極大地提高學生對實驗課程的學習，對于鍛煉學生的動手能力，提升學生獨立利用實驗開展研究有重大地幫助。

基金項目：2019年度浙江農林大學校級教育教學改革項目“基于Moocs的大學物理實驗教學改革”（JG2019007）

參考文獻

[1] 盧佃清，李新華，王勇，唐小村，王莉.“大學物理實驗”課程教學體系的構建[J].淮海工學院學報（人文社會科學版），2019，17（4）：138-140.

[2] 倪燕茹.大學物理實驗在線開放課程教學模式探索[J].物理實驗，2018，38（10）：37-40.

[3] 吳慶州，王濤.基于MOOC創(chuàng)新物理實驗教學模式的研究與實踐[J].物理實驗，2017，37（8）：40-43.