混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)在大學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用探討

鞏朝暉 陶威龍 游章海 魏輝

摘要：我國(guó)重視大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)混合式教學(xué)的研究，將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入教學(xué)課程，設(shè)計(jì)出仿真實(shí)驗(yàn)。針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題以及應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)，為進(jìn)一步將混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)列入正常教學(xué)計(jì)劃奠定基礎(chǔ)。目前，我們還在不斷豐富和完善混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，致力于線上線下混合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)， 期待有更多、更好的線上實(shí)驗(yàn)涌現(xiàn)，進(jìn)一步推動(dòng)混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)向縱深發(fā)展。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn);混合式教學(xué);教學(xué)方案;宅家實(shí)驗(yàn);仿真實(shí)驗(yàn)

由于我國(guó)特殊國(guó)情，決定在全國(guó)高校實(shí)施在線教學(xué)，其中既包括理論課，也包括實(shí)驗(yàn)課。指導(dǎo)意見(jiàn)發(fā)布后，各地高?？焖夙憫?yīng)，按照“停課不停教、停課不停學(xué)”的要求，制訂在線教學(xué)方案。

一、教學(xué)方案

實(shí)驗(yàn)課程，脫離了實(shí)驗(yàn)室能不能進(jìn)行在線教學(xué)？怎樣進(jìn)行在線教學(xué)？在線教學(xué)效果如何？這些問(wèn)題對(duì)全體實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師而言都是一次全新的探索和挑戰(zhàn)。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是一門(mén)實(shí)踐性課程，不等同于理論課教學(xué)，其教學(xué)的核心任務(wù)是通過(guò)對(duì)儀器設(shè)備的具體操作，達(dá)到鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的目的。在實(shí)驗(yàn)課程停擺的四周里，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)迅速行動(dòng)起來(lái)，通過(guò)開(kāi)展線上線下教學(xué)研討，借鑒學(xué)習(xí)全國(guó)高校優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)，統(tǒng)一思想，最終制訂了線上實(shí)驗(yàn)和線下實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的混合式教學(xué)方案，采用網(wǎng)絡(luò)錄播+宅家實(shí)驗(yàn)+虛擬仿真+釘釘群答疑的教學(xué)模式。網(wǎng)絡(luò)錄播用于緒論課，講授數(shù)據(jù)處理的方法、實(shí)驗(yàn)理論及操作的講解、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的問(wèn)題總結(jié)，全方位助力學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)原理、完成實(shí)驗(yàn)操作、解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題。在計(jì)算機(jī)上用虛擬仿真技術(shù)模擬實(shí)驗(yàn)現(xiàn)實(shí)效果，學(xué)生不離家即可完成實(shí)驗(yàn)。課程團(tuán)隊(duì)教師除了每天在評(píng)論區(qū)點(diǎn)評(píng)互動(dòng)之外，還利用釘釘群隨時(shí)解答學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，加強(qiáng)與學(xué)生的互動(dòng)交流。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

仿真實(shí)驗(yàn)不需要普通意義上的實(shí)驗(yàn)器材，僅利用仿真技術(shù)，建立虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生可以在這個(gè)環(huán)境中自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、擬定實(shí)驗(yàn)參數(shù)、操作儀器，模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，營(yíng)造了自主學(xué)習(xí)的環(huán)境。仿真實(shí)驗(yàn)不受時(shí)間和地域的限制，隨時(shí)可以完成線上實(shí)驗(yàn)。本中心引進(jìn)了“科大奧銳虛擬仿真系統(tǒng)”。該系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)第一套虛擬現(xiàn)實(shí)型的教學(xué)軟件，目前已推出多個(gè)版本。它分為力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、電磁學(xué)和近代物理六大類共計(jì)59個(gè)實(shí)驗(yàn)。

本次選擇了7個(gè)與現(xiàn)用物理實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容一致的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，分別是：落球法測(cè)定液體的黏度、三線擺法測(cè)剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、基本電學(xué)參數(shù)測(cè)量、邁克耳孫干涉儀、示波器實(shí)驗(yàn)、聲速的測(cè)量、用拉伸法測(cè)楊氏模量。各專業(yè)的學(xué)生先通過(guò)軟件熟悉實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟，然后點(diǎn)擊開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，通過(guò)拖動(dòng)鼠標(biāo)連接儀器、設(shè)定參數(shù)、調(diào)節(jié)儀器、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

三、問(wèn)題及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

根據(jù)不同專業(yè)、學(xué)時(shí)的教學(xué)要求，安排完成不同的實(shí)驗(yàn)。在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)設(shè)以來(lái)，主要存在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置及教學(xué)管理、仿真實(shí)驗(yàn)軟件的系統(tǒng)兼容兩方面比較突出的問(wèn)題。下面分別進(jìn)行闡述。

（一）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置及教學(xué)管理的問(wèn)題

（1）本次共開(kāi)設(shè)了14個(gè)實(shí)驗(yàn)，涉及7個(gè)力學(xué)實(shí)驗(yàn)、5個(gè)光學(xué)實(shí)驗(yàn)、2個(gè)電學(xué)實(shí)驗(yàn)和8個(gè)近物實(shí)驗(yàn)。力學(xué)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)偏多，沒(méi)有兼顧到電學(xué)和熱學(xué)。（2）上課時(shí)間問(wèn)題：在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)由于涉及54個(gè)班級(jí)的學(xué)生，每位指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)一兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，也就是說(shuō)，每位教師要面對(duì)54個(gè)班級(jí)的學(xué)生，每班的上課時(shí)間也不一樣，很難在同一時(shí)間面對(duì)所有學(xué)生直播實(shí)驗(yàn)課程講解。（3）實(shí)驗(yàn)器材問(wèn)題。宅家實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)器材有一定的要求，由于涉及學(xué)生人數(shù)多，每位學(xué)生的具體情況也各不相同，會(huì)有部分學(xué)生存在無(wú)電腦、無(wú)網(wǎng)絡(luò)、無(wú)快遞、無(wú)智能手機(jī)等情況。（4）作業(yè)提交問(wèn)題。教師要求每位學(xué)生按要求將實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)景照片保存到一個(gè)PDF文件中，規(guī)定統(tǒng)一的文件命名格式，但是總有少部分學(xué)生不按要求提交，導(dǎo)致教師接收不到這部分學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

針對(duì)以上四方面問(wèn)題，提出了如下的解決方法：（1）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)涵蓋力、熱、光、電四大類，接下來(lái)，14個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目做如下調(diào)整：力學(xué)4個(gè)，光學(xué)4個(gè)，電學(xué)4個(gè)，熱學(xué)1～2個(gè)、電磁學(xué)1～2個(gè)。（2）教師采用錄課的形式，將每個(gè)實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)做詳細(xì)講解，錄制成視頻，放在群文件里，每位學(xué)生可根據(jù)自己的時(shí)間，隨時(shí)聽(tīng)教師的講解。（3）對(duì)于部分確實(shí)有困難無(wú)法完成在線實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，統(tǒng)一安排下學(xué)期返校后到實(shí)驗(yàn)室做常規(guī)實(shí)驗(yàn)補(bǔ)上。（4）充分調(diào)動(dòng)班長(zhǎng)及課代表的積極性，以班級(jí)為單位，由班長(zhǎng)或課代表將全班作業(yè)收齊，打包發(fā)給指導(dǎo)教師。缺做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生登記說(shuō)明情況，以方便開(kāi)學(xué)以后在實(shí)驗(yàn)室安排補(bǔ)做實(shí)驗(yàn)。

（二）仿真實(shí)驗(yàn)軟件的系統(tǒng)兼容問(wèn)題

仿真實(shí)驗(yàn)是鼓勵(lì)學(xué)生使用遠(yuǎn)程登錄來(lái)完成，在安裝過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，如提示指定路徑或磁盤(pán)上找不到文件，提示W(wǎng)indows已保護(hù)你的電腦無(wú)法操作，安裝過(guò)程中出現(xiàn)亂碼，啟動(dòng)Windows update服務(wù)時(shí)提示拒絕訪問(wèn)，控制面板中勾選3.5安裝時(shí)Windows無(wú)法完成請(qǐng)求的更改，組件存儲(chǔ)已損壞等。對(duì)于技術(shù)性問(wèn)題，我們與科大奧銳的技術(shù)人員聯(lián)系，建立一個(gè)揚(yáng)州大學(xué)虛擬仿真系統(tǒng)問(wèn)題討論群，這樣學(xué)生遇到系統(tǒng)問(wèn)題就可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)由科大奧銳的客服解決，確保仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)正常運(yùn)行。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，可以考慮由各學(xué)校依據(jù)自己的情況和需求進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，方便增加實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，更換仿真實(shí)驗(yàn)儀器，使之更加符合實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要，成為實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的好幫手。

四、結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前的教學(xué)改革對(duì)很多師生而言，相當(dāng)于一場(chǎng)混合式教學(xué)的“啟蒙運(yùn)動(dòng)”。在這次教學(xué)實(shí)踐中，呈現(xiàn)出兩個(gè)新變化：改變了教師的“教”，教師的教學(xué)信息素養(yǎng)空前提高;改變了學(xué)生的“學(xué)”，從單純的知識(shí)傳遞轉(zhuǎn)變?yōu)樵鲞M(jìn)師生互動(dòng)，全面提升了知識(shí)、能力、素質(zhì)。在此次混合式教學(xué)實(shí)踐中，我們積累了一些寶貴經(jīng)驗(yàn)。如何將取得的成果推廣到今后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作中，實(shí)現(xiàn)從“新鮮感”向“新常態(tài)”轉(zhuǎn)變，這是我們接下來(lái)需要做的工作。結(jié)合我校多學(xué)科、多校區(qū)的特點(diǎn)，混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)凸顯出時(shí)空不受限的優(yōu)勢(shì)。

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