“雨課堂+大學(xué)物理實驗”的教學(xué)實踐

張 瑩 劉春宇 張挺聳 姜 麗

在新時代，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗課程教學(xué)面臨著諸多方面的挑戰(zhàn)。為了提高大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)質(zhì)量，在課堂教學(xué)中有效地滲透思政元素，長春理工大學(xué)根據(jù)實際教學(xué)情況，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[1]，將雨課堂應(yīng)用于大學(xué)物理光學(xué)實驗“棱鏡單色儀的定標”的教學(xué)過程中，并在2020 級學(xué)生的課堂教學(xué)中進行實踐探索，取得了較好的教學(xué)效果。

一、傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式

長期以來，大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)流程由以下三個環(huán)節(jié)組成：課前，學(xué)生預(yù)習實驗，并完成預(yù)習報告；課中，教師介紹實驗原理、注意事項和進行演示操作；課后，學(xué)生做好數(shù)據(jù)處理，完成實驗報告。大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)模式主要是由教師進行板書、講授、演示三部分組成：板書是課堂內(nèi)容的主要載體；講授是知識高效傳播的途徑，教師通過講授使學(xué)生快速地獲得實驗相關(guān)的基本知識；演示是課堂教學(xué)的重點，學(xué)生在學(xué)習的過程中，會很大程度上依賴教師演示來理解知識，并通過模仿來進行知識的內(nèi)化和完成實驗操作。

二、大學(xué)物理實驗課程教學(xué)中存在的問題

隨著時代的發(fā)展，學(xué)生的價值觀也在不斷發(fā)生變化。以往的大學(xué)物理實驗課程教學(xué)模式較為單一、教學(xué)內(nèi)容比較滯后、教學(xué)方法比較陳舊，已經(jīng)無法滿足大學(xué)生的學(xué)習需求。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在教育領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，大學(xué)生的學(xué)習方式呈現(xiàn)出多元化發(fā)展趨勢。教師在課堂教學(xué)中向?qū)W生發(fā)放電子問卷，在開放性主觀問題“你希望在教學(xué)課件中增加什么形式的內(nèi)容”的調(diào)查中共收到388 份有效調(diào)查問卷，有7%的學(xué)生希望在課上增加和光學(xué)相關(guān)的課外知識，有26%的學(xué)生希望在課上增加實驗操作視頻、動畫、圖片等可以反復(fù)觀看的學(xué)習內(nèi)容；在知識儲備水平的調(diào)查中，有關(guān)光學(xué)理論基礎(chǔ)的調(diào)查共收到393 份有效問卷，其中有42%的學(xué)生表示沒有光學(xué)理論基礎(chǔ)；光學(xué)實驗基礎(chǔ)調(diào)查答卷共收到407 份有效問卷，其中有79%的學(xué)生表示沒有光學(xué)實驗基礎(chǔ)。通過對調(diào)研數(shù)據(jù)進行分析，并結(jié)合具體的教學(xué)實踐，可將當前課堂教學(xué)中存在的問題歸納為以下六點：課堂內(nèi)容沒有與實際生活相結(jié)合，缺乏趣味性；實驗演示一閃而過，不利于學(xué)生記憶，從而使學(xué)生在實驗過程中存在很多困惑；學(xué)生的光學(xué)理論知識和光學(xué)實驗基礎(chǔ)薄弱，實驗操作比較吃力；板書容量有限，課程內(nèi)容較多，難以將教學(xué)內(nèi)容完整地呈現(xiàn)出來；教師以單向講授為主，學(xué)生處于被動學(xué)習狀態(tài)，沒有科學(xué)的課堂反饋，教師教學(xué)缺乏針對性；考核模式較為單一，不利于教師及時了解學(xué)情與調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。

三、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計與編寫

大學(xué)物理實驗課程教學(xué)中使用的雨課堂是由清華大學(xué)和學(xué)堂在線共同推出的新型智慧教學(xué)解決方案。教師使用電腦端或者手機端進行操作，并生成課堂二維碼，學(xué)生只需要在手機中安裝微信應(yīng)用程序，就可以利用微信掃碼進入課堂。雨課堂中的教學(xué)內(nèi)容會一直保存在學(xué)生的微信程序里，無論是在課上還是在課下，學(xué)生可以隨時查看知識內(nèi)容。雨課堂能夠滿足現(xiàn)階段學(xué)生的學(xué)習需求，無論是文字、圖片、視頻，還是習題等形式的學(xué)習資源，都可以通過雨課堂添加到課堂教學(xué)中。相較于傳統(tǒng)物理實驗課堂的實驗理論部分，教師在雨課堂中添加了課前觀看實驗視頻、課上介紹前沿科技、思政元素滲透、習題檢測反饋等創(chuàng)新環(huán)節(jié)?！皢紊珒x的定標”實驗內(nèi)容的教學(xué)流程如圖1所示。

圖1 “單色儀的定標”實驗內(nèi)容的教學(xué)流程

（一）課前掃碼觀看視頻

為了滿足學(xué)生的學(xué)習需求，根據(jù)長春理工大學(xué)學(xué)生的學(xué)習特點，教師使用實驗室現(xiàn)有的儀器設(shè)備，錄制了單色儀實驗的實驗操作步驟和實驗現(xiàn)象，視頻時長約2 分鐘。學(xué)生在課前利用微信掃描教師分享的二維碼即可進入本次實驗課堂。學(xué)生通過觀看視頻學(xué)習實驗操作流程，可以對實驗儀器的構(gòu)造和儀器的操作步驟留下初步的印象。相較于傳統(tǒng)課堂的課前預(yù)習模式，課前視頻的觀看為學(xué)生提供了一種便捷的課前預(yù)習途徑，使學(xué)生能快速了解實驗內(nèi)容和實驗?zāi)康?，而且視頻可以無限次循環(huán)播放，滿足了學(xué)生隨時進行觀看學(xué)習的需求。信息化教學(xué)提升了學(xué)生的學(xué)習興趣，極大地豐富了教學(xué)手段與教學(xué)內(nèi)容，有助于加深學(xué)生對實驗操作的印象。

（二）思政元素融入課堂

大學(xué)教育的目標不僅在于傳授知識和培養(yǎng)能力，更重要的是幫助學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀。課程是教育最微觀、最普通的問題，但它要解決的卻是教育中最根本的問題——培養(yǎng)人。在2016年12月7日召開的全國高校思想政治工作會議上，習近平總書記提出“要把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程”，并強調(diào)“要用好課堂教學(xué)這個主渠道”“使各類課程與思想政治理論課同向同行”[2]。這一重要論述闡明了新時代落實立德樹人根本任務(wù)的戰(zhàn)略要求。推進課程思政建設(shè)就是要寓價值觀引導(dǎo)于知識傳授和能力培養(yǎng)之中，使學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀。

教師在開展大學(xué)物理實驗課程教學(xué)的過程中，應(yīng)結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，融入與光學(xué)緊密相關(guān)的新興技術(shù)的發(fā)展成就及本校校史。比如我國著名光學(xué)家王大珩倡導(dǎo)創(chuàng)辦了我國第一所光學(xué)專業(yè)高等院校——長春光學(xué)精密機械學(xué)院（現(xiàn)長春理工大學(xué)），并兼任院長。時至今日，王大珩在光學(xué)工程、激光技術(shù)、遙感科學(xué)與技術(shù)等諸多方面的科研貢獻對我國科技的發(fā)展仍有著非常深遠的影響。教師在課上融入時事熱點和歷史典故，能夠加強學(xué)生對物理科技領(lǐng)域的最新進展、取得的成果及“工匠精神”的了解，拓寬學(xué)生的科學(xué)視野，激發(fā)學(xué)生的愛國之情，拉近實驗課堂與學(xué)生生活之間的距離，提高學(xué)生對光學(xué)實驗課程的興趣。同時，教師在向?qū)W生講授科技強國重要思想的同時，還能潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷。

（三）理論講授習題檢測

實驗理論部分由實驗儀器、實驗原理、實驗操作、表格及問答題、實驗演示五部分組成。

第一，實驗儀器、實驗原理、實驗操作部分除了文字描述之外，還增加了大量的實拍配圖。在物理實驗教學(xué)過程中，教師應(yīng)結(jié)合光學(xué)實驗的特點和學(xué)生的需求，將授課內(nèi)容設(shè)計成文字和配圖的形式，實現(xiàn)從理論到現(xiàn)象，從抽象到直觀的統(tǒng)一[3-4]。比如教師在介紹汞燈譜線的顏色、形狀和相對位置等內(nèi)容時，如果只進行語言描述，那么學(xué)生就會在頭腦中勾勒出各種各樣的譜線，這在接下來的實驗中會嚴重影響實驗質(zhì)量。在講授實驗原理時，教師通過雨課堂向?qū)W生推送圖片并附上簡潔的文字說明，學(xué)生不僅可以通過教材學(xué)習實驗理論知識，而且還可以充分利用手機端開展實驗原理的學(xué)習，將實驗現(xiàn)象直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，增加了課堂的趣味性?；诖?，手機就變成了學(xué)生課上的學(xué)習工具，極大地提升了教師的課上指導(dǎo)效率，從而給學(xué)生留出更多的時間去學(xué)習、去思考、去操作。同時，學(xué)生在操作過程中可以具體的圖片為參考，不斷優(yōu)化和調(diào)整自己的實驗，并且無需等待教師的指導(dǎo)，因此教學(xué)重心也由以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心。

第二，實驗儀器、實驗原理、實驗操作部分還設(shè)計了多個具有針對性的測評反饋題目。在大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)過程中，教師通過實時發(fā)布與重點內(nèi)容相關(guān)的習題，分別考查學(xué)生對實驗儀器結(jié)構(gòu)、實驗原理、實驗操作等相關(guān)內(nèi)容的掌握程度[5]。習題題目形式為選擇題，教師通過教師端設(shè)置答題時間，向?qū)W生推送測驗題，學(xué)生使用手機快速完成答題，而教師可以通過電腦或手機看到學(xué)生的答題正確率。教師可以對測評結(jié)果進行分析，以便對學(xué)生在教學(xué)過程中遇到的問題作出實時的、有針對性的修正和指導(dǎo)，加強對學(xué)生學(xué)習情況的掌控，使學(xué)生對重點的物理知識形成深刻的記憶和理解。

第三，在表格及問答題環(huán)節(jié)中，教師可以向?qū)W生提供實驗數(shù)據(jù)記錄表格作為參考，學(xué)生也可以自行設(shè)計數(shù)據(jù)記錄表格。大學(xué)物理實驗課程中有這樣一種“怪現(xiàn)象”：在同一臺單色儀上，少部分戴眼鏡的學(xué)生看不到紫顏色的譜線，而其他戴眼鏡或者不戴眼鏡的學(xué)生卻都能看到。針對這一問題，教師設(shè)計了一個問答題環(huán)節(jié)，對實驗中出現(xiàn)的“怪現(xiàn)象”進行解釋。比如教師向?qū)W生提出課堂拓展問題：“部分戴眼鏡的學(xué)生觀測不到實驗中的最后兩條紫色譜線，為什么？怎么辦？”通過教師的啟發(fā)和學(xué)生聯(lián)系生活實際，得出了以下答案：由于眼鏡有防藍光功能，而紫色光和藍色光波段比較相近，導(dǎo)致實驗中的最后兩條紫色譜線被這種鍍膜眼鏡屏蔽，所以一部分學(xué)生看不見最后兩條紫色譜線。問題的解決辦法是：這部分學(xué)生只需要摘掉眼鏡就可以看見紫色譜線。教師在教學(xué)過程中對“怪現(xiàn)象”進行了深入分析，給學(xué)生留出了一定的獨立思考空間，并對學(xué)生進行合理的引導(dǎo)，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習主動性，使學(xué)生真正地主動參與到學(xué)習過程中，這也符合素質(zhì)教育的理念和要求。

第四，實驗演示部分。在物理實驗教學(xué)的最后，教師向?qū)W生詳細地演示了實驗操作時的關(guān)鍵步驟，并再次強調(diào)實驗原理，使學(xué)生加深對本節(jié)課重點內(nèi)容的理解，從而進行自行操作和完成實驗。

四、經(jīng)驗總結(jié)

依托于現(xiàn)代發(fā)達的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在大學(xué)物理光學(xué)實驗課中應(yīng)用雨課堂，成功地在傳統(tǒng)課堂的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了以下三點創(chuàng)新：第一，在教學(xué)內(nèi)容中成功地融入了科技前沿內(nèi)容、歷史典故、思政內(nèi)容，豐富和充實了教學(xué)內(nèi)容，增強了教學(xué)內(nèi)容的趣味性。并且教師在傳授學(xué)生知識、培養(yǎng)學(xué)生實踐能力的同時，還能夠使學(xué)生樹立正確的人生觀。第二，大學(xué)物理光學(xué)實驗課增加了課上測評環(huán)節(jié)，完成了實驗理論重點內(nèi)容的落地訓(xùn)練，能夠使教師與學(xué)生在課上建立起及時有效的線上雙向溝通渠道，有助于教師全面了解學(xué)生對理論知識的掌握情況，精準地把握課堂教學(xué)節(jié)奏，有針對性地開展教學(xué)，做到了講、練、評相結(jié)合。第三，改變了課堂教學(xué)手段。教師在傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的基礎(chǔ)上新增了視頻學(xué)習，創(chuàng)建了半自主學(xué)習環(huán)境。視頻學(xué)習能夠有效提高學(xué)生的學(xué)習效率，可以為學(xué)生提供充足的學(xué)習資源，啟發(fā)學(xué)生積極思考，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習習慣，提升學(xué)生的自主實驗?zāi)芰Α?/p>

綜上所述，本學(xué)期在大學(xué)物理光學(xué)實驗“單色儀的定標”中應(yīng)用雨課堂取得了良好的教學(xué)成效。在這種教學(xué)模式的支撐下，學(xué)生可以更加便捷地獲取豐富優(yōu)質(zhì)的學(xué)習資源，強化理論知識的掌握，提升自學(xué)能力。本次教學(xué)實踐成功地探索出了適合長春理工大學(xué)學(xué)生學(xué)習特點的優(yōu)質(zhì)高效的授課方法和完善的課堂教學(xué)模式，為高標準、高質(zhì)量地提升大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)水平提供了不竭的動力。