近代物理實驗課程教學(xué)探索
——以聲光效應(yīng)實驗為例

仲偉博

(泉州師范學(xué)院 物理與信息工程學(xué)院，福建 泉州 362000)

近代物理實驗是繼普通物理實驗之后物理專業(yè)或相關(guān)專業(yè)開設(shè)的專業(yè)核心課程之一，具有很強的技術(shù)性和綜合性，對培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新精神有著重要的地位[1]。尤其是通過近代物理實驗的學(xué)習(xí)可以幫助學(xué)生更好地豐富和發(fā)展物理學(xué)思想，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力、深入探究問題及科學(xué)處理問題的能力，所以探索近代物理實驗課程的教學(xué)改革方法對提高課程教學(xué)質(zhì)量具有非常重要的意義。許多同行都進行了深入的研究與探討，如文獻[1]～[7]，提出了值得學(xué)習(xí)和借鑒的思路和方法。

目前學(xué)校開設(shè)近代物理實驗的是物理師范專業(yè)，“聲光效應(yīng)實驗”是該專業(yè)近代物理實驗課程的實驗項目之一。由于聲光效應(yīng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于聲學(xué)、光學(xué)和光電子學(xué)等多個領(lǐng)域，聲光器件具有良好的發(fā)展前景，并且在不斷地滿足科學(xué)探究、工業(yè)生產(chǎn)及軍事應(yīng)用等方面的需求。因此，探索“聲光效應(yīng)實驗”項目的教學(xué)改革方法具有實際意義。

1 現(xiàn)狀分析與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)形勢

1.1 現(xiàn)狀分析

“聲光效應(yīng)實驗”項目具有實驗原理涉及理論知識點比較多，實驗儀器操作又較為復(fù)雜，難度比較大，時間比較長。近幾年，隨著招生數(shù)量的逐年擴大，高等教育已經(jīng)從精英教育轉(zhuǎn)變?yōu)榇蟊娊逃?。作為地方普通?yīng)用型本科院校，招收的學(xué)生基礎(chǔ)不太高，一些學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性不高，有些學(xué)生的課前實驗預(yù)習(xí)流于形式，并沒有達到預(yù)習(xí)的目的。這就給在有限的課堂教學(xué)時數(shù)內(nèi)，按著傳統(tǒng)的教學(xué)方式完成實驗教學(xué)任務(wù)帶來了一定的壓力和影響，即使通過延長教學(xué)時間完成實驗教學(xué)，一些學(xué)生的實驗原理掌握和實驗操作也并不太好。

1.2 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)形勢

我國是互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用高度發(fā)達的國家，現(xiàn)在大學(xué)生電腦基本處于普及狀態(tài)，尤其是手機已經(jīng)成為學(xué)習(xí)生活的必需品。而且移動運營商給大學(xué)生提供的網(wǎng)絡(luò)套餐流量又非常大。這些都為學(xué)生進行線上課程資源的學(xué)習(xí)提供了必要保障。

2013年被稱為中國的慕課(MOOC)元年，自清華大學(xué)的“學(xué)堂在線”在2013年面向全球開放以來，中國的各種網(wǎng)絡(luò)在線開放課程學(xué)習(xí)平臺和免費網(wǎng)絡(luò)課程，如雨后春筍迅速地發(fā)展起來，為學(xué)習(xí)者提供了非常廣泛的線上課程學(xué)習(xí)機會，也為線上線下混合式教學(xué)提供了有效途徑。尤其是受新冠疫情影響的原因，各種課程的線上教學(xué)模式以及線上線下混合教學(xué)模式更是突飛猛進地發(fā)展起來，已經(jīng)成為一種常態(tài)化教學(xué)模式的必要補充，以及防控疫情時的課程教學(xué)方式。

為了解決“聲光效應(yīng)實驗”項目所面臨的情況，探索將“慕課”模式與傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式相結(jié)合的方法，構(gòu)建了基于線上課程內(nèi)容學(xué)習(xí)和傳統(tǒng)線下教學(xué)方式有機融合的“聲光效應(yīng)實驗”項目混合式教學(xué)模式。

2 線上課程資源與教學(xué)策略

2.1 線上課程資源

近代物理實驗的同一個項目實驗名稱，各個學(xué)?？赡苁褂玫膶嶒炑b置與儀器并不是一樣的。為此，既要結(jié)合本?！奥暪庑?yīng)實驗”項目的實驗儀器與裝置，又要結(jié)合我們地方普通應(yīng)用型本科院校學(xué)生的基礎(chǔ)情況和課程目標，還要考慮到線上課程資源要在一定程度上能夠提高“聲光效應(yīng)實驗”項目學(xué)習(xí)的高階性和挑戰(zhàn)度。為此，筆者選擇了國家首批“211工程”重點建設(shè)大學(xué)、國家“雙一流”建設(shè)高校長安大學(xué)物理實驗教學(xué)中心的“聲光效應(yīng)實驗”線上課程資源，以便更好地進行線上線下混合式教學(xué)探索。

2.2 教學(xué)策略與方法

(1)傳統(tǒng)教學(xué)模式

傳統(tǒng)“聲光效應(yīng)實驗”項目的教學(xué)方式，由三部分構(gòu)成。課前預(yù)習(xí)，學(xué)生根據(jù)實驗講義進行課前預(yù)習(xí)，書寫預(yù)習(xí)報告。課堂教學(xué)，老師檢查預(yù)習(xí)報告，講解實驗原理，講解實驗儀器的使用、調(diào)節(jié)操作方法及測量數(shù)據(jù)等，然后學(xué)生按著老師的講解進行實驗操作，調(diào)試儀器，觀察實驗現(xiàn)象，測量并且記錄實驗數(shù)據(jù)，老師答疑并檢查測量數(shù)據(jù)等。課后，書寫實驗報告。

由于課堂老師講解實驗原理和實驗操作的時間較長，課程時數(shù)有限，課堂回答學(xué)生遇到的個性問題時間相對較少，學(xué)生自己深入探討實驗過程中遇到的問題，或者研究感興趣的實驗現(xiàn)象的時間也受到教學(xué)時數(shù)的限制。而且老師講解后，學(xué)生再進行實驗操作，也不利于自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

(2)線上線下混合式教學(xué)模式

線上線下混合式“聲光效應(yīng)實驗”項目教學(xué)模式主要分為以下幾個步驟。

第一，課前預(yù)習(xí)

學(xué)生不受時間和空間的限制，充分自主地學(xué)習(xí)“聲光效應(yīng)實驗”項目的線上課程資源，還能夠在課前結(jié)合線上課程與同學(xué)進行探討，還可以與老師線上交流，從而更好地了解實驗原理，了解本實驗儀器的調(diào)節(jié)和操作方法，掌握實驗操作步驟及注意事項等，并在此基礎(chǔ)上形成書面預(yù)習(xí)報告。

第二，課堂教學(xué)

1)老師提問檢查課前預(yù)習(xí)情況?？己藢W(xué)生對喇曼-奈斯衍射、布喇格衍射原理的理解情況；檢查學(xué)生對聲光偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象和聲光調(diào)制現(xiàn)象的認識程度等；了解學(xué)生實驗操作方法的掌握情況等。

2)與傳統(tǒng)教學(xué)模式不同，老師針對提問過程中普遍存在的共性問題以及重點、難點進行講解，并對實驗操作難點進行演示，而不是把實驗原理全部講解，也不是實驗操作全部演示。

3)學(xué)生在有質(zhì)量地完成了實驗的線上學(xué)習(xí)之后，已經(jīng)對整個實驗有了比較全面的了解[8]。結(jié)合線上課程預(yù)習(xí)及老師講解的難點，學(xué)生獨立地完成實驗操作及實驗數(shù)據(jù)的測量。這樣就在一定程度上實現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)課堂，保證實踐效果，從而提高實驗教學(xué)質(zhì)量。

4)學(xué)生在實驗過程中遇到問題可以相互探討，老師也有比較充足的時間去啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生積極探究問題，并能更多發(fā)現(xiàn)學(xué)生的實驗操作及測量數(shù)據(jù)存在的個性問題，以及解決在實驗過程中遇到的難度大的問題等。

第三，課后復(fù)習(xí)及完成報告

1)課后學(xué)生可以根據(jù)自己做實驗的情況，結(jié)合線上課程資源再自主復(fù)習(xí)，從而達到溫故而知新的目的。

2)完成實驗報告的書寫任務(wù)。

3)利用線上課程資源完成期末考前復(fù)習(xí)。

總之，線上線下混合式教學(xué)模式比傳統(tǒng)教學(xué)模式有更多優(yōu)勢，非常有利于學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3 線上線下混合式教學(xué)模式的作用

線上線下混合式課程是2019年《教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見》中的五種類型課程中的一種形式。采用這種線上線下混合式教學(xué)模式進行“聲光效應(yīng)實驗”項目教學(xué)可以起到由以下幾個方面的作用。

3.1 拓展學(xué)習(xí)資源，延伸“課堂”時間與空間

傳統(tǒng)教學(xué)模式，學(xué)生學(xué)習(xí)資源比較少。線上線下混合式教學(xué)模式，線上課程不僅豐富了課程資源。學(xué)生還可以利用零散時間，按著自己的學(xué)習(xí)習(xí)慣，自擬計劃，隨時隨地學(xué)習(xí)。而且可以根據(jù)自己的理解和掌握程度，帶著問題去學(xué)習(xí)，可以重復(fù)多次去學(xué)習(xí)等。還可以利用網(wǎng)絡(luò)與老師交流。因此，擴大了“課堂”的時間與空間，彌補了課堂教學(xué)時數(shù)不足的問題。

3.2 突出以學(xué)生為中心，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力

課前預(yù)習(xí)，學(xué)生要完成線上課程資源，形成書面預(yù)習(xí)報告；課堂教學(xué)，學(xué)生課堂基本上要獨立完成整個實驗過程，測量并記錄數(shù)據(jù)。這個過程不僅充分突出以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，還能打破學(xué)生傳統(tǒng)的習(xí)慣性認知模式，在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新實踐能力。

3.3 提升課程高階性和挑戰(zhàn)度

學(xué)生通過課前自主學(xué)習(xí)線上課程資源，在豐富學(xué)習(xí)內(nèi)容的同時，提高了對課程課前預(yù)習(xí)要求，評定預(yù)習(xí)成績，給學(xué)生科學(xué)“增負”，一定程度上提高了實驗項目學(xué)習(xí)要求；課堂上，老師只講重難點部分，以及指導(dǎo)和答疑，而不演示整個實驗過程。學(xué)生需要根據(jù)線上課程資源的學(xué)習(xí)，自己獨立完成實驗操作及測量等任務(wù)。在這個過程中，不僅能增加課程學(xué)習(xí)的廣度和難度，還能培養(yǎng)他們深入分析問題、大膽提出質(zhì)疑的科學(xué)精神，以及創(chuàng)新探究的能力，從而提升實驗項目學(xué)習(xí)的高階性和挑戰(zhàn)度。

4 結(jié) 語

在電腦，尤其是手機普及的今天，在“慕課”教學(xué)理念的影響下，在我國網(wǎng)絡(luò)課程飛速發(fā)展的今天，在防控新冠疫情的背景下，線上線下混合式教學(xué)模式，不僅能豐富“聲光效應(yīng)實驗”項目的教學(xué)資源，還能拓展“課堂”空間和時間，滿足學(xué)生不受時間地點限制的個性化，自主化地學(xué)習(xí)需求，以及可以隨時復(fù)習(xí)，實現(xiàn)溫故而知新目的；還增加師生線上溝通渠道，更有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，挖掘?qū)W生潛能，培養(yǎng)學(xué)生自我約束力、自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力等。因而，探索“聲光效應(yīng)實驗”線上線下混合式教學(xué)模式是非常具有實際意義的。