大學(xué)物理實驗課程線上教學(xué)的實踐與探索①

卓春蕊

（齊齊哈爾工程學(xué)院 大學(xué)物理教研室，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

疫情防控期間，各大高校第一時間按照教育部印發(fā)的《關(guān)于疫情防控期間做好普通高等學(xué)校在線教學(xué)組織與管理工作的指導(dǎo)意見》，全面實施在線教學(xué)，大大改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方式。在這種形勢下，按照“停課不停教、停課不停學(xué)”的要求，大學(xué)物理實驗課也亟須改變授課模式，轉(zhuǎn)為全面線上教學(xué)。

一、大學(xué)物理實驗課程線上教學(xué)存在的問題

大學(xué)物理實驗課程是高校理工科學(xué)生必修的學(xué)科基礎(chǔ)課，主要教授學(xué)生系統(tǒng)性的實驗操作和實驗方法，是學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)實踐課的基礎(chǔ)[1]。大規(guī)模的全面線上教學(xué)，尤其是實驗課，對于很多高校來說還是首次，在過程中也必定會暴露出一系列的問題。

1.軟硬件設(shè)施與環(huán)境等問題

線上教學(xué)刻不容緩，師生都在面臨巨大的挑戰(zhàn)。對于學(xué)生來說，設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)問題是最基本的問題。很多學(xué)生的家鄉(xiāng)在偏遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村，網(wǎng)絡(luò)條件不夠好，給線上直播授課帶來了很大的難度，進行物理實驗所需要的電腦和手機等移動設(shè)備，在學(xué)生家中并不普及。除此之外，學(xué)生處于非實驗環(huán)境之中，實驗所需的儀器和測量工具等比較有限，實驗的可行性大大減少。而對于高校來說，物理實驗課的操作性很強，學(xué)生需要將原來線下的動手操作過程轉(zhuǎn)為線上，因此需要高校具備物理實驗線上操作系統(tǒng)等平臺，而此類平臺多是在企業(yè)中購買，不具有針對性，不適合各個高校的學(xué)情特點[2]。

2.實驗內(nèi)容選擇上的問題

大學(xué)物理實驗課以操作為主，重視學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新精神，而線上授課往往更適合理論課。因此，實驗教師在開展線上教學(xué)之前，除了要選擇合適的教學(xué)平臺來保障教學(xué)的有效運行，還要充分考慮教學(xué)內(nèi)容的選擇問題。傳統(tǒng)的大學(xué)物理課程內(nèi)容體系已經(jīng)完善，在保證知識結(jié)構(gòu)系統(tǒng)性的同時，也滿足學(xué)生的認(rèn)知特點，而線上授課如何將教學(xué)內(nèi)容完整地融入，成為教師需重點攻克的難題。此外，由于師生條件有限，很多原本的實驗內(nèi)容并不適合線上授課，如果只是讓學(xué)生像學(xué)習(xí)理論課一樣被動地接受知識，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果則會大打折扣。

3.實驗教學(xué)方案與流程設(shè)置上的問題

傳統(tǒng)的大學(xué)物理實驗的教學(xué)模式，各個高校大同小異，大多為教師提前布置預(yù)習(xí)任務(wù)后學(xué)生完成預(yù)習(xí)報告，教師課上講授實驗原理和實驗操作，學(xué)生分組動手操作和記錄數(shù)據(jù)，最后撰寫實驗報告。而實驗課的線上教學(xué)模式則會更加多樣化，教師需根據(jù)所選擇的實驗內(nèi)容來設(shè)定教學(xué)方案和流程。例如，對于基礎(chǔ)性的實驗，可以重點關(guān)注學(xué)生對于實驗操作的規(guī)范性和數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確度等問題；對于設(shè)計性實驗，教師則要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，要在課前給學(xué)生足夠的思考與自學(xué)的時間；而對于線上實驗中的特色——居家動手實驗來說，學(xué)生就地取材，對教師與學(xué)生的要求也會更加嚴(yán)格。

二、大學(xué)物理實驗課程線上教學(xué)實例：三線擺法測量物體轉(zhuǎn)動慣量教學(xué)

此次大規(guī)模線上教學(xué)是一個機遇，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，也改變了教師的角色，使教師從原來知識的講授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的促進者和領(lǐng)導(dǎo)者，現(xiàn)以三線擺法為例，利用手機Phyphox 軟件，學(xué)生獨立尋找實驗器材，居家動手進行實驗，測量物體轉(zhuǎn)動慣量。

1.實驗原理

三線擺懸掛在橫梁上，上下圓盤由三根對稱分布的等長懸線相連，彼此保持水平。將上盤保持穩(wěn)定不動，忽略空氣阻力等影響因素，下盤的扭擺運動可近似看作簡諧運動。將物體放在下盤圓心位置，根據(jù)剛體轉(zhuǎn)動定律可得到物體繞中心軸的轉(zhuǎn)動慣量。三線擺法就是通過測定扭轉(zhuǎn)周期來測量已知質(zhì)量物體的轉(zhuǎn)動慣量。

2.實驗器材

兩個圓盤（蒸盤等）、粗線、橫梁（晾衣架等）、待測物體和手機（已下載Phyphox 軟件），用兩個圓盤和粗線制作簡易三線擺，制作時盡量保證懸線等長且固定在上下圓盤時要對稱分布，最后將上圓盤固定在橫梁上，制作越精細(xì)誤差越小。

3.實驗步驟

（1）用家中彈簧秤等測量質(zhì)量的工具測量下圓盤的質(zhì)量、手機的質(zhì)量和待測物體的質(zhì)量，用卷尺或格尺等測量長度的工具測量上、下圓盤的圓心到懸線點的長度，多次測量后取平均值，最后記錄懸線的總長度。

（2）打開手機Phyphox 軟件，選擇“陀螺儀（轉(zhuǎn)動速率）”，按下啟動鍵。把手機水平放在下圓盤的中央，放的過程中保持原盤不動，使下盤轉(zhuǎn)動一個小于5°的角度后放手，讓手機中的軟件記錄圓盤轉(zhuǎn)動20 個周期的數(shù)據(jù)。

（3）將待測物體放在手機上，待測物體的中心與圓盤的圓心重合，在此過程中手機位置保持不動，讓手機繼續(xù)記錄轉(zhuǎn)動20 個周期的數(shù)據(jù)。

（4）導(dǎo)出手機數(shù)據(jù)并記錄，根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，計算出待測物體的轉(zhuǎn)動慣量。

三、大學(xué)物理實驗課程線上線下混合式教學(xué)的建議

通過對大學(xué)物理實驗課程教學(xué)模式的改革與探索，教學(xué)中在線下教學(xué)的同時結(jié)合線上教學(xué)，采用線上線下混合的模式，可以收到很好的教學(xué)效果。采用混合式教學(xué)模式的具體建議如下。

1.改變預(yù)習(xí)方式，提高課堂效果

原本學(xué)生預(yù)習(xí)實驗的方式一般是在閱讀實驗指導(dǎo)書和教材后撰寫預(yù)習(xí)報告，而混合式教學(xué)將學(xué)生的預(yù)習(xí)過程轉(zhuǎn)變?yōu)榫€上預(yù)習(xí)。教師通過提前布置預(yù)習(xí)任務(wù)，針對各實驗項目錄制視頻，主要講解實驗原理、操作步驟、數(shù)據(jù)處理方法和注意事項等。視頻的時長盡量縮短，建議一部分一個小視頻，方便學(xué)生回顧和反復(fù)觀看[3]。此外，對于需要加深理解和掌握的內(nèi)容，教師可以上傳電子版資料供學(xué)生閱讀參考，將各部分內(nèi)容設(shè)置成闖關(guān)模式，學(xué)生只有完成相應(yīng)任務(wù)節(jié)點才可以進入下一部分的學(xué)習(xí)。在每一個實驗的最后部分，教師可以布置練習(xí)題考查學(xué)生的預(yù)習(xí)效果，并將此部分的分?jǐn)?shù)作為平時成績的一部分[4]。通過這種線上的預(yù)習(xí)方式，學(xué)生可以更有效率、更有方法地獲取知識，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力，同時也幫助教師后期線下授課的有序進行。

2.關(guān)注實驗操作，培養(yǎng)創(chuàng)新精神

在線下上課的過程中，由于學(xué)生們已經(jīng)進行了線上預(yù)習(xí)，教師只需強調(diào)一些重難點內(nèi)容，對于一些常識性內(nèi)容和預(yù)習(xí)過程中涉及的內(nèi)容，教師可以簡要說明。因此，學(xué)生可以在課上有更多的時間來動手操作實驗，教師也可以更細(xì)致地指導(dǎo)學(xué)生?；旌鲜浇虒W(xué)的優(yōu)越性在于當(dāng)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到問題，可以通過線上學(xué)習(xí)平臺進行反饋，教師及時答疑解惑，尋找共性問題后可發(fā)布任務(wù)，檢測學(xué)生掌握情況。大學(xué)物理實驗課的一個最重要的教學(xué)目標(biāo)就是要培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力，教師需利用好學(xué)生課余時間，設(shè)計開放性實驗項目，讓有需要的學(xué)生們在課下進入實驗室進行練習(xí)和操作。開放性實驗可以是上課講過的實驗項目，學(xué)生在課下復(fù)習(xí)鞏固，重復(fù)操作，也可以是進階類實驗項目，是課上實驗的延伸，幫助學(xué)生提高發(fā)展，還可以是創(chuàng)新類實驗項目，學(xué)生可以自擬實驗題目，選擇自己感興趣的方向進入實驗室進行操作，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和獨立設(shè)計能力。

3.創(chuàng)新考核評價，實現(xiàn)素質(zhì)發(fā)展

大學(xué)物理實驗成績由期末成績和平時成績兩部分構(gòu)成，其中期末成績占60%，平時成績占40%。平時成績包括出勤5 分，實驗報告由預(yù)習(xí)報告、課上實驗操作和課后實驗報告三個部分構(gòu)成，共70 分，參加創(chuàng)新實驗論文活動、開放實驗自學(xué)、競賽類等實踐活動10 分，觀看章節(jié)視頻5 分，完成預(yù)習(xí)測驗5 分，參與課堂互動5 分，最終總值為100 分。

混合式教學(xué)的考核評價方式需更多元化，采用線上線下共同評價，不要忽略學(xué)生線上學(xué)習(xí)的努力。教師通過開展實踐活動和布置線上學(xué)習(xí)內(nèi)容等，多維度、多方面地了解學(xué)生平時的學(xué)習(xí)情況，對學(xué)生進行監(jiān)督和管理，使學(xué)生的評價結(jié)果更科學(xué)、更客觀，不但能夠督促學(xué)生平時能夠有效學(xué)習(xí)，不再期末突擊復(fù)習(xí)，也會使學(xué)生對大學(xué)實驗課程更加重視，學(xué)習(xí)更有動力，從而實現(xiàn)學(xué)生素質(zhì)的全面發(fā)展[5]。

線上教學(xué)為課程改革積累了經(jīng)驗，通過對在線教學(xué)的分析與研究，其優(yōu)勢顯而易見，而今后線上線下混合式教學(xué)也將成為必然的趨勢。在大學(xué)物理實驗課程教學(xué)中應(yīng)用混合式教學(xué)模式，實現(xiàn)課堂的翻轉(zhuǎn)，可以提高課堂效果，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，是提高學(xué)生實驗操作能力和科學(xué)素質(zhì)的重要基礎(chǔ)。教師要在課前、課中和課后三個階段改變教學(xué)模式，創(chuàng)新教學(xué)方法，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)，從而實現(xiàn)教學(xué)和育人的目標(biāo)。