基于“互聯網+”大學物理實驗智慧課堂的探索與實踐

劉子龍，李艷祥，張 瀟，史艷艷，林春丹

(中國石油大學(北京) 理學院,北京 102249)

目前，大學物理實驗教學存在學生學習積極性不高、實驗操作不規(guī)范、部分學生應付實驗等問題[1]。在高等教育改革的浪潮中，大學物理實驗的教學水平較以往有了顯著的提高，但依舊存在許多未解的問題。首先，在實際教學過程中，一般仍采用傳統(tǒng)的教學模式，以書面知識講解和教師示范為主要方法。學生容易忘記重要知識點，可能無法正確掌握實驗操作步驟，導致教學效率低下。其次，大學物理實驗課時安排相對較少。在有限的時間內，教師很難講解實驗內容和注意要點，也很難逐一觀察和指導學生的實際操作。同時，實驗操作完成后，學生不能及時反思和提問，會使學生逐漸失去學習興趣，從而降低學習效率[2]。最后，大學物理實驗課程需要相應的實驗設備。通常實驗室不會隨意對學生開放，學生的自主學習會減少，從而達不到最終的教學目標。

“互聯網+”技術是一種處理和加工聲音、文本、圖片等信息，并以各種設備和軟件作為應用工具存儲在網絡中的技術總稱[3]。“互聯網+”技術的開發(fā)和應用，改變了以往的教學模式，使教學內容更加生動有趣，為高校教育改革和課程建設提供了良好的技術支撐。針對目前大學物理實驗課存在的問題，分析了“互聯網+”背景下大學物理實驗課的改革要求和建設方向，以及大學物理實驗課的建設實踐，為大學物理實驗課提供有益的參考。

1 “互聯網+”技術豐富實驗教學資源

大學物理實驗是一門理論與實踐相結合的基礎課程。它以物理理論為基礎，以豐富的實驗思想、實驗方法和基礎實驗技能的綜合訓練，是提高學生實踐能力、動手能力和培養(yǎng)創(chuàng)新意識的重要課程。然而，傳統(tǒng)的大學物理實驗教學存在學生實驗重復簡單、部分實驗無法實時觀察、缺乏先進的實驗設備和儀器等弊端，阻礙了學生知識體系的構建和實踐能力的提高[4，5]。要解決上述問題，需要將“互聯網+”技術與物理課堂教學緊密結合，通過創(chuàng)設情境打破時空限制，豐富教學內容，為學生搭建自學平臺。改變以教師為主體的“講課、授課、答疑”的傳統(tǒng)教學模式，逐步發(fā)展為以學生為中心的“悟懂、求學、尋惑”的教學模式[6]，激發(fā)學生求知精神，讓學生在實驗中深刻理解物理原理，打造互動性強的智慧課堂。

在大學物理實驗網絡資源建設過程中，采用信息化備課，以滿足網絡資源建設的需要[7]。通過電子課件的不斷完善和信息化，有效整合大學物理實驗教學資源和網絡資源，增加生動的圖片和視頻資料，優(yōu)化課堂教學內容。在大學物理實驗課堂教學過程中，可以在網上下載一些信息資源，對現有的教學內容進行比較和豐富，幫助學生理解物理內容。善于提出與實驗相關的問題，講解實驗背后的精彩故事，培養(yǎng)學生觀察和拓展知識的習慣。優(yōu)化物理實驗教學方法和流程，精心設計具有探索性、啟發(fā)性、創(chuàng)造性和科學文化氛圍的教學場景，體現學生為主體、教師為主導的結合。

演示儀器和動態(tài)信息教學內容激發(fā)了學生的學習熱情，降低了大學物理實驗課的枯燥程度，使物理實驗教學過程更具互動性。比如，通過弗蘭克-赫茲實驗，連通了世界上第一顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”，在昆特管實驗中引入駐波，利用邁克爾遜干涉儀實驗講述實驗背后的諾貝爾物理學獎獲獎故事，進行思想政治教育的探索。學與練，思與悟，用實驗推回物理基礎理論，增強學生實踐能力和培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力，有效提高實驗教學的邊際效益。

大學物理實驗網絡復習資源的建設便于學生提前預習課堂實驗。通過一些模擬實驗的學習和探究過程，掌握操作流程，有效避免課堂實驗過程中意外的發(fā)生，進而提高實驗的安全性、穩(wěn)定性和成功率。學生可以根據當前的學習情況自主學習，選擇適合自己的學習方法，測試當前的物理知識水平，適當補充與課程相關的背景知識，從而滿足學生的學習需求，實現研究性學習和探究性學習[8]。

基于云課堂、騰訊課堂、學習創(chuàng)新平臺等開放教學平臺的建設，可以實現有效的線上線下教學討論。學生可以通過軟件實時向老師提問，老師可以解答，給予學生正確的指導和幫助。2021年，新冠肺炎疫情還在持續(xù)，導致部分學生開學推遲。線上教學內容通過直播或錄制傳輸到教學平臺，方便學生在疫情防控期間在家學習，掌握學習主動權，實現以學生為中心的教學環(huán)境。此外，教師還可以設置公共郵箱進行問題講解和互動，建立良好的師生關系，營造更加和諧的教學氛圍。

2 “互聯網+”技術提高實驗教學效率

大學物理實驗課堂教學可以通過“互聯網+”平臺實現有效的智能推送，如利用云課堂平臺發(fā)布教學課件和視頻供學生課前預習，從而為學生自主學習提供良好的載體。網絡平臺中物理知識網絡的建設可以持續(xù)為學生提供信息傳遞，為學生鞏固實驗學習內容提供實驗練習、討論問題和注意事項。學生可以在網絡平臺提交大學物理實驗課堂教學的課后作業(yè)，然后網站系統(tǒng)會借助聚類分析技術對作業(yè)進行有效分類[9]。老師在復習完作業(yè)并進行批注后，就可以發(fā)布到公告上，這樣不僅可以進一步減輕老師的工作量，提高工作效率，還能夠總結出學生在解題中的一些常見錯誤。在課堂上集中精力分析和解決錯誤是很方便的。學生批改作業(yè)后可以看到自己的問題，從而進一步避免重復錯誤，可以從以下三個方面展開：

第1：“互聯網+”技術可以提高學生的自主學習能力。目前高校的網絡建設正在逐步完善，很多高校都有自己的網絡教學平臺。隨著“互聯網+”技術的應用，可以獲得大量的教學資源，打破時間和空間的限制。為學生創(chuàng)設大量的自主學習平臺，既能培養(yǎng)學生的自主學習能力，提高學生的學習積極性和探究能力，又能促進學生綜合素養(yǎng)的提高。

第2：“互聯網+”技術可以實現物理實驗教學的拓展。大學物理是一門重要的基礎學科，不僅包含科學的理論知識，還包含大量的實踐知識。在課堂教學中，由于學習時間相對較短，一些學生不能完全掌握實驗原理和操作方法。利用“互聯網+”教學，可以開展遠程教育和在線教學，檢查和彌補常規(guī)實驗教學中存在的缺陷，滿足學生的學習需求，突出學生的主體地位。學生可以通過網絡及時獲取教學資源，包括圖像資源、視頻資源等，并能深入學習相關知識。

第3：“互聯網+”技術讓師生之間的交流更加便捷?！盎ヂ摼W+”技術豐富了互動形式，實現有效的互動教學。通過在網絡平臺上發(fā)布實驗教材，教師不僅可以實現教師之間的交流和借鑒，還可以為學生提供一個課外學習的平臺。教師可以借助網絡互相學習教學經驗；學生可以通過網絡隨時下載共享教學資源，在進行學習交流時不再受時間和地點的限制；并且他們可以在線向老師提問，促進師生之間的交流，保證實驗教學的順利進行[10]。

3 “互聯網+”技術提高實驗教學質量

“互聯網+”和新媒體技術提供了多樣化的課堂，建立個性化的教學方法和學習資源。學生可以自主選擇物理實驗內容，提前兩到三周預約實驗。在開展物理實驗的過程中，教師應樹立“以人為本，智慧課堂”的理念，重視學生的個性差異，培養(yǎng)學生的興趣，提高和規(guī)范學生的實驗操作技能，滿足學生的個性發(fā)展，努力讓所有學生學會物理實驗操作[11]。另外，研究性實驗教學模式在一定程度上得到推廣，這是一種自主開放的實驗室模式，不僅要求實驗室在時間上自由開放，而且在設備和實驗內容上都要自由開放。因為學校實驗室多，實驗種類多，參與實驗的人多，組織管理難度很大。然而，利用網絡技術可以方便地對物理實驗室進行管理。教師在互聯網平臺上開設實驗課程，供學生選擇。學生可以在互聯網平臺上看到豐富多彩的實驗課，包括視頻和實驗課的解析。使用實驗網絡管理系統(tǒng)可以方便地進行實驗教學管理，做好人員組織工作，使大學物理實驗課堂更加靈活，教學更加智能化，推動高水平、高質量的教育教學改革。

要實現大學物理實驗教學模式的質的飛躍，讓學生真正接受新知識，教師還需要掌握一些將“互聯網+”技術與課堂教學相結合的方法和措施。目前，網絡資源的種類和數量都有了很大的提升，這也讓每個學生在學習的同時都能找到自己感興趣的知識，甚至超越了某一領域的老師。針對互聯網時代的沖擊，教師要不斷更新知識水平和教學觀念，在教學時注重自身對知識的補充和學習，不斷提高教學水平和質量。從實踐上講，教師可以在教學過程中適當低調，像朋友一樣相互學習，相互進步，發(fā)揮自己強大的作用，讓學生真正按照自己的個性發(fā)展，培養(yǎng)學生獨立思考、解決實驗問題的能力。

挖掘精品課程網絡資源，提高教學質量。在海量公開網、bilibili等平臺上都可以找到一些好的實驗課程，有些課程甚至被評為優(yōu)秀課程。在教學過程中，可以將互聯網上的優(yōu)秀資源適當投放到教學中，發(fā)揮精品課程的作用，讓每一堂課都更加完整。講座結束后，通過互聯網技術發(fā)布高校精品課程在線教學實效性調查問卷，并通過學生反饋進一步完善課堂網絡資源。

4 “互聯網+”改革實驗教學模式

在大學物理實驗教學中引入“互聯網+”技術，要求結合物理實驗內容，根據教材建設網絡實驗平臺。大學物理實驗室通常根據大學物理的教學內容劃分不同的功能，因此物理實驗室網站也應該具有不同的功能，以便有效地開展物理實驗。目前，高校實驗室網絡平臺已具備實驗室教學組織和管理功能。這些改進的功能對大學物理教師和學生都產生了很大的影響。對于學生來說，學生可以登錄實驗室網絡平臺，選擇需要進行的實驗項目。一方面，他們可以讓學生提前了解預習實驗項目。另一方面，它在很大程度上節(jié)省了不必要的時間。對于教師來說，大學物理教師可以利用實驗網絡系統(tǒng)來管理實驗，改進原有的教學模式[12]。

實驗室網絡平臺應包含有關大學物理實驗的參考文獻。通過查閱參考文獻，學生可以更好地理解實驗內容，拓寬知識面。他們還可以隨時隨地參與物理實驗，提高實驗能力。但如果你想真正培養(yǎng)學生的興趣，提高他們的自主性，還是要進一步優(yōu)化和提高，具體的改進方法可以有以下幾個方面：

(1) 構建大學物理實驗課程在線評價體系。在線評價系統(tǒng)的構建可以更快地收集和分析學生的在線學習情況，并將其與線下實驗活動相結合，可以大大提高實驗評價結果的完整性，同時有效降低學生在實驗評價過程中抄襲和作弊的可能性。高效合理的線上線下考核方式，不僅有助于更全面、客觀地評價學生的實驗操作成績，也有助于加強教師對操作過程和實驗評價的監(jiān)督。

(2) 開展線上小組討論課作為輔助教學。每學期安排1-2節(jié)小組討論課，選取一些有趣的物理實驗，并嘗試與學生專業(yè)相結合。每組學生有3-5人進行研究和討論。最后，每個小組的代表將在討論課上以ppt的形式進行演講和回答，其他小組可以提問和評分。

(3) 創(chuàng)建自媒體資源。利用互聯網技術和新媒體技術，結合大學物理教學，可以引導學生開展豐富多彩的活動，如開設物理實驗知識微信官方賬號，推廣一些有趣的物理實驗，實時解答學生的困惑等。

(4) 科普講座和知識競賽。依托學校課程和科普基地，搭建VR虛擬場景，營造物理實驗氛圍，開展線上線下物理實驗專題講座和趣味物理知識競賽。

(5) 指導大學生進行物理實驗競賽。利用互聯網技術收集各大物理競賽的相關通知和要求，并通過新媒體技術向學生普及，組織學生在校園內和北京市籌備和參加大學生物理實驗競賽，為優(yōu)秀尖子生提供競賽舞臺。

(6) 指導大學生創(chuàng)新項目。以大學物理實驗內容為基礎，利用“互聯網+”技術收集數據，利用先進的app或程序引導學生選擇或雙擊與物理實驗相關的項目，引導學生參與大學生科技創(chuàng)新培養(yǎng)計劃，充分發(fā)揮學生的主體作用和教師的主導作用，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和科學素養(yǎng)。

5 結 語

“物理技術與實踐”教學團隊將“互聯網+”和新媒體技術與大學物理實驗教學有效優(yōu)化整合，旨在打造高水平、高質量的大學物理實驗智能課堂，打造培養(yǎng)創(chuàng)新型、引領型人才的實驗教學方案。課程建設應從豐富實驗教學資源、提高實驗教學效率和質量、改革實驗教學模式等方面入手。實踐探索表明，這種基于“互聯網+”的智能課堂不僅可以豐富大學物理實驗教學的多樣性，優(yōu)化教學模式和評價模式，還可以增強學生的實踐能力和培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力，有效提高實驗教學的邊際效益，為“新工科”背景下的大學物理實驗教學提供有益的借鑒。