“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下大學(xué)物理實驗及仿真虛擬教研室的探索與實踐

蔣逢春 吳杰 馮學(xué)超 王世卓

摘?要：本文通過大學(xué)物理實驗及仿真虛擬教研室的申報、構(gòu)想及實踐，闡述了提高中西部高校大學(xué)物理實驗課程質(zhì)量的有效途徑。依托“大學(xué)物理實驗及仿真”國家級一流課程，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源共享，通過校企合作培訓(xùn)師資，提高教師教學(xué)研究和信息技術(shù)應(yīng)用的能力；重構(gòu)實驗課程體系，通過慕課選課，實現(xiàn)跨校學(xué)分認(rèn)證，起到引領(lǐng)示范作用；明確虛擬教研室建設(shè)目標(biāo)，依托“大學(xué)物理C”國家級一流課程，建設(shè)課程知識圖譜，深化知識內(nèi)在聯(lián)系，提高教學(xué)質(zhì)量，聯(lián)合中西部高校協(xié)同發(fā)展，打造獨具特色的虛擬教研室。

關(guān)鍵詞：虛擬教研室；一流課程；跨校學(xué)分認(rèn)證

Abstract：Through?the?application，conception，and?practice?of?virtual?teaching?and?research?rooms?for?university?physics?experiments?and?simulations，this?paper?elaborates?on?effective?ways?to?improve?the?quality?of?university?physics?experiment?courses?in?central?and?western?universities.Relying?on?the?national?firstclass?course?of?"University?Physics?Experiments?and?Simulations"，we?aim?to?achieve?highquality?resource?sharing，train?teachers?through?school?enterprise?cooperation，and?improve?their?teaching?research?and?information?technology?application?abilities；Reconstruct?the?experimental?course?system，select?courses?through?MOOC，achieve?cross?school?credit?certification，and?play?a?leading?and?exemplary?role.Clarify?the?construction?goals?of?the?virtual?teaching?and?research?room，rely?on?the?national?firstclass?course?of?"College?Physics?C"，build?a?course?knowledge?map，deepen?the?internal?connection?of?knowledge，improve?teaching?quality，collaborate?with?universities?in?the?central?and?western?regions，and?develop?in?a?coordinated?manner?to?create?a?unique?virtual?teaching?and?research?room.

Keywords：virtual?teaching?and?research?room；Firstclass?courses；Intercollegiate?credit?certification

一、建設(shè)背景

教研室為主要形態(tài)的基層教學(xué)組織，是推動我國高校教育內(nèi)涵式發(fā)展的基石，具有教學(xué)、科研職能和基層管理職能［1］。特別在2020年，教育部高等教育司提出全面加強(qiáng)基層教學(xué)組織建設(shè)，要求探索基層教研組織的新形態(tài)、新形式，完善和提升教研室功能，并于2021年7月發(fā)布了《關(guān)于開展虛擬教研室試點建設(shè)工作的通知》，指出以立德樹人為根本任務(wù)，以提高人才培養(yǎng)能力為核心，以現(xiàn)代信息技術(shù)為依托，加強(qiáng)基層教學(xué)組織建設(shè)，全面提高教師教書育人能力，是推動高等教育高質(zhì)量發(fā)展的必然要求和重要支撐。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的發(fā)展，虛擬教研室利用線上教研平臺，可以打破時間和地域的限制，促使各高校、各學(xué)科教師就相關(guān)教研課題、教學(xué)理念等共同商討和活動，有效均衡教育資源，促進(jìn)教育公平，最終實現(xiàn)高校教師團(tuán)隊發(fā)展目標(biāo)和學(xué)生人才培養(yǎng)目標(biāo)。

我校自2012年開設(shè)大學(xué)物理仿真實驗選修課，后來該課程結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，形成了以學(xué)生為核心的線上線下混合教學(xué)模式。2019年與省內(nèi)高校合作，相關(guān)教師多次進(jìn)行線上交流研討，進(jìn)行跨校認(rèn)證學(xué)分，為虛擬教研室成立做了大量的嘗試和探索。2021年我?！按髮W(xué)物理實驗及仿真虛擬教研室”獲批成為河南省首批30個虛擬教研室建設(shè)試點之一。本文基于大學(xué)物理實驗及仿真課程十多年的教學(xué)改革實踐，從師資隊伍的建設(shè)、課程建設(shè)等方面進(jìn)行分析和思考。

二、大學(xué)物理實驗及仿真虛擬教研室建設(shè)構(gòu)想

通過組建虛擬教研室，可以突破多校聯(lián)合培養(yǎng)過程中的時間、空間、人員、資源等方面的限制，實行有效的資源共享、互聯(lián)互通，對于推動教學(xué)質(zhì)量建設(shè)、創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)將起到重要作用。虛擬教研平臺采用技術(shù)手段，支持虛擬教研室開展工作，因此，建立合理、高效的虛擬教研平臺是十分必要的［2］。

“大學(xué)物理實驗”是一門實踐性很強(qiáng)的公共基礎(chǔ)課程，它所蘊(yùn)含的知識體系和思想方法在培養(yǎng)本科生動手操作能力和科學(xué)素養(yǎng)等方面發(fā)揮著重要的作用。然而由于教學(xué)課時、教學(xué)場地和實驗儀器等方面的制約，該課程的教學(xué)工作一直以來存在諸多無法回避的問題［3］。因此，聯(lián)合中西部高校，以課程建設(shè)為目標(biāo)，以共性問題為驅(qū)動，開展教育教學(xué)研究，培育教學(xué)名師，提高教學(xué)質(zhì)量，并確立以下幾個研究主題：

（1）探索立德樹人視域下，大學(xué)物理實驗及仿真教學(xué)過程中課程思政資源的融入策略，使大學(xué)物理實驗及仿真課程成為立德樹人的重要陣地。

（2）推廣“大學(xué)物理實驗及仿真”國家級線上一流課程，以此為基礎(chǔ)增強(qiáng)大學(xué)物理實驗教師將現(xiàn)代信息技術(shù)與實踐類課程的深度融合能力。

（3）探索與更多院校尤其是中西部地區(qū)高校聯(lián)合，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源共享，實現(xiàn)跨校課程學(xué)習(xí)和在線修讀學(xué)分；建設(shè)階梯型的教學(xué)資源，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和實踐能力；共享專家資源，依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立和完善符合中西部應(yīng)用型本科高校的大學(xué)物理實驗教學(xué)考核與課程評價機(jī)制。

（4）探索新形勢和信息化技術(shù)下跨校建立虛擬教研室，開展形式多樣的教育教學(xué)研究，滿足教師個性化發(fā)展需求，提升教師教學(xué)能力，培育教學(xué)成果，提高教學(xué)質(zhì)量，打造一流課程，培養(yǎng)拔尖人才。

三、大學(xué)物理實驗及仿真虛擬教研室建設(shè)方式

多年來，我校一直致力于大學(xué)物理和物理實驗公共基礎(chǔ)課的教學(xué)改革，不斷完善課程體系，豐富課程資源，重構(gòu)課程內(nèi)容，更新教學(xué)方法，總結(jié)出解決物理實驗教學(xué)中存在問題的一般方案［3］。

2013年，我們率先使用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間，打破校區(qū)界限，邁出了信息技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)的第一步；接著利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間探索大學(xué)物理和實驗線上線下混合式教學(xué)。實踐表明：基于Sakai網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間的混合式教學(xué)解決了教師教學(xué)管理難、知識傳遞單向化的問題。通過網(wǎng)絡(luò)平臺管理可以實現(xiàn)統(tǒng)一管理眾多班級，學(xué)生在線上的自主學(xué)習(xí)、自我檢測和互動答疑討論以及線下教師的針對性指導(dǎo)，實現(xiàn)了知識的個性化雙向傳遞［4］。

（一）優(yōu)質(zhì)資源共建共享

MO0C的優(yōu)勢在于精品化的教學(xué)資源、精細(xì)化的教學(xué)設(shè)計以及信息化的教學(xué)評測。取MOOC的“長處”用好“MOOC”，著眼于利用其實現(xiàn)跨校優(yōu)質(zhì)師資共享，借鑒并吸收同行優(yōu)秀教學(xué)設(shè)計經(jīng)驗，優(yōu)化碎片式教學(xué)資源的使用。同時，依托“跨校討論區(qū)”等形式促進(jìn)學(xué)生間的跨區(qū)域、跨?；樱瑢崿F(xiàn)全新的“自學(xué)—互學(xué)—群學(xué)”的自主學(xué)習(xí)方式，并借助MOOC信息化平臺保證考核機(jī)制更科學(xué)、成效評估更全面［5］。

2017年，大學(xué)物理實驗及仿真完成資源建設(shè)，在愛課程網(wǎng)上線，采用異步SPOC的形式在兩個校區(qū)異步開課?；凇耙詥栴}為核心、以任務(wù)為驅(qū)動”的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，精心設(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù)，調(diào)動學(xué)生線上學(xué)習(xí)和線下討論的主動性和積極性，使學(xué)生在課前能夠進(jìn)行真正的深入學(xué)習(xí)，課堂上能夠主動思考、深入討論，真正實現(xiàn)線上線下的有機(jī)融合［6］。2018年，該課程獲得河南省精品在線開放課程，打開了對外交流的窗口。目前在中國大學(xué)MOOC上已開設(shè)九期，幾百所高校學(xué)生選課，受益學(xué)生達(dá)2萬余人。同時，校內(nèi)物理實驗SPOC開設(shè)12期，采用線上線下混合教學(xué)模式，使用學(xué)生達(dá)4萬人。去年在國家高等教育智慧教育平臺上線，讓更多人享受優(yōu)質(zhì)資源。

依據(jù)學(xué)生需求，完善教學(xué)內(nèi)容，重構(gòu)課程體系。為了求同存異，想學(xué)生之所想，開展在線教學(xué)，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)；學(xué)生很容易忘記測驗作業(yè)提交時間，于是，在開學(xué)初給出整個學(xué)期重要時間節(jié)點列表；對學(xué)有余力的學(xué)生，開辟了探索性實驗專欄，鼓勵學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識，創(chuàng)造性地學(xué)習(xí)，為培養(yǎng)創(chuàng)新型復(fù)合型人才打下基礎(chǔ)。

（二）校企合作培訓(xùn)師資

虛擬教研室不僅是教學(xué)學(xué)術(shù)研究的拓荒者、教學(xué)改革先行先試的試驗田，也必須擔(dān)當(dāng)先進(jìn)教學(xué)理念、技能和方法示范推廣的宣傳員，推動先進(jìn)教學(xué)理念技能和方法落實到教學(xué)實踐中去［1］。

多年來，我們一直參加高等教育出版社組織的各種教師培訓(xùn)會議，開闊了眼界，提高了技能，創(chuàng)新了思維，跟上了潮流。教研室負(fù)責(zé)人多次在會議上做主題發(fā)言，推介課程和教學(xué)改革成果，并受多所高校邀請就在線開放課程建設(shè)做師資培訓(xùn)，提高了教師信息化技術(shù)應(yīng)用水平，增強(qiáng)了在線教學(xué)能力。依托高等教育出版社搭建的交流平臺，借助雙一流高校的優(yōu)勢資源，邀請相應(yīng)的名師專家組成講師團(tuán)隊，利用線上研討+線下培訓(xùn)的形式，高頻次、高質(zhì)量地開展教學(xué)研討，傳授教育教學(xué)經(jīng)驗，提高教師教育教學(xué)能力，對口支援中西部高校，提高教學(xué)質(zhì)量。

和安徽省科大奧銳科技有限公司合作，使用大學(xué)物理虛擬仿真軟件教學(xué)，從單機(jī)版到多機(jī)版，又到網(wǎng)絡(luò)版，打破了時空限制，學(xué)生隨時隨地可以做實驗，為在線教學(xué)提供技術(shù)保障。利用超星平臺，搭建了大學(xué)物理實驗及仿真省級虛擬教研室平臺，積極開展教研活動，并利用超星課程平臺開始大學(xué)物理和實驗課程知識圖譜建設(shè)，真正實現(xiàn)理論和實驗有機(jī)融合。

（三）格物致理，悟理思政

教育的目標(biāo)是“立德樹人”，教師不僅僅傳授知識，更要育人。我們秉承“立德樹人”的教育理念，融知識傳授、能力培養(yǎng)和價值引領(lǐng)為一體，使學(xué)生掌握物理實驗的基本理論，具備解決工程問題的基本能力，建立用理性思維看待物質(zhì)世界和崇尚科學(xué)的價值取向，為學(xué)校各專業(yè)工程認(rèn)證提供有效的支撐［7］。

“大學(xué)物理實驗及仿真”課程面向全國開放，如何有效發(fā)揮它的育人功能？我們重構(gòu)了課程體系，選出六個實驗項目，精心進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，始終堅持“立德樹人，以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，加強(qiáng)對學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生對物理課程的興趣和熱愛。注重課程中思政元素的融入點，把物理學(xué)家的科學(xué)精神、家國情懷、科學(xué)方法有機(jī)地與物理實驗結(jié)合起來，讓學(xué)生領(lǐng)悟物理學(xué)的思想方法，對培養(yǎng)學(xué)生的探索能力、發(fā)現(xiàn)能力和創(chuàng)造性思維品質(zhì)具有特效的功能。根據(jù)課程特點選用不同平臺，充分利用信息技術(shù)手段，創(chuàng)新教學(xué)方法，取得顯著成效。

（四）四校聯(lián)合認(rèn)證學(xué)分

2019年9月，南陽理工學(xué)院軟件學(xué)院2016級19個班級850多名學(xué)生同步學(xué)習(xí)我們的慕課，對參與學(xué)習(xí)的學(xué)生，我們岀具成績單，對方教務(wù)處認(rèn)可，學(xué)習(xí)合格者獲得同等學(xué)分，實現(xiàn)了跨校認(rèn)證學(xué)分探索。2022年3月，河南省發(fā)出《關(guān)于進(jìn)行本科教育區(qū)塊鏈聯(lián)盟課程選課的通知》，由鄭州輕工業(yè)大學(xué)、鄭州大學(xué)、中原工學(xué)院、河南財政金融學(xué)院四校聯(lián)合選課。我們依托中國大學(xué)MOOC學(xué)習(xí)平臺，充分利用國家一流線上課程，積極開設(shè)課程進(jìn)行聯(lián)合教學(xué)，探索跨校修讀學(xué)分課程新模式，構(gòu)建起以學(xué)生為中心，采用啟發(fā)式、討論式教學(xué)模式，滿足了學(xué)生個性化發(fā)展需要，提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，具體過程如下。

（1）建慕課堂，打破界限。四校學(xué)生通過本科教育區(qū)塊鏈聯(lián)盟課程選課后，篩選出學(xué)生名單，發(fā)出通知。先讓學(xué)生掃碼加入超星學(xué)銀在線平臺，然后再發(fā)通知，注冊中國大學(xué)MOOC，并加入慕課堂，打破校際界限，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源共享。

（2）同步課堂，直播教學(xué)。四校聯(lián)合選課，如何兼顧校內(nèi)外學(xué)生授課？通過對比，我們選擇超星同步課堂和騰訊會議直播，對內(nèi)線下授課，對外直播聽課。仿真平臺開放，不受時空限制，隨時隨地完成任務(wù)。

（3）學(xué)生中心，問題驅(qū)動。利用中國大學(xué)MOOC每周發(fā)布公告、給出資源列表，讓學(xué)生利用在線資源、課前預(yù)習(xí)，觀看視頻，完成測驗；帶著問題進(jìn)課堂，從“以教師為中心”的課堂教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為中心”的信息化課堂；利用同步課堂簽到、課堂互動等活動活躍課堂氣氛，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性；通過仿真平臺完成實驗；提交作業(yè)，最后參加考試。

（4）多元評價，客觀公正。中國大學(xué)MOOC學(xué)習(xí)，單元測驗、作業(yè)、討論、課堂互動、仿真平臺實驗、考試、各項成績按照一定權(quán)重設(shè)置，通過慕課堂給出過程化考核結(jié)果。多元化的評價方式激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，優(yōu)秀率明顯提高，調(diào)查問卷顯示學(xué)生滿意度高。成績合格者可以申請慕課證書，真正實現(xiàn)跨校認(rèn)證學(xué)分。

結(jié)語

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，跨學(xué)校、跨區(qū)域的高校虛擬教研室強(qiáng)調(diào)共享理念，強(qiáng)化師資融合、資源融合是教學(xué)研究領(lǐng)域的創(chuàng)新舉措。鄭州輕工業(yè)大學(xué)大學(xué)物理實驗及仿真虛擬教研室在建設(shè)中，利用信息技術(shù)平臺開展形式多樣的師資培訓(xùn)和教學(xué)研討，建立了符合地方本科院校學(xué)生知識水平的培養(yǎng)方案、教學(xué)大綱、實驗項目教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)和評價機(jī)制，并依托兩門國家一流課程加強(qiáng)知識圖譜建設(shè)，使理論與實驗深度融合，有效提高教學(xué)質(zhì)量，協(xié)同西部高校共同發(fā)展，使跨校學(xué)分認(rèn)證常態(tài)化。然而，虛擬教研室作為基層教學(xué)組織的新興產(chǎn)物，必然會遇到各種挑戰(zhàn)，比如如何激勵更多高校、更多教師積極主動地加入虛擬教研室團(tuán)隊中？如何促使建設(shè)成果常態(tài)化規(guī)范運(yùn)作？這些還需要在建設(shè)過程中不斷探索和完善。

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［6］蔣逢春，吳杰，王海燕，等.大學(xué)物理實驗及仿真翻轉(zhuǎn)課堂的實踐［J］.物理通報.2019（3）：8090.

［7］蔣逢春，吳杰，陳靖，等.單擺測重力加速度實驗教學(xué)設(shè)計［J］.物理通報.2021（8）：9498.

基金項目：河南省2024年度高等教育教學(xué)改革研究與實踐重點項目（No.219）“大學(xué)物理領(lǐng)航下專業(yè)類核心課程群知識圖譜構(gòu)建的研究與實踐”；鄭州輕工業(yè)大學(xué)第十三批招標(biāo)立項課題（編號：鄭輕大教〔2021〕1號16號）；大學(xué)物理教指委大中物理教育銜接教學(xué)研究項目（WX202220）；教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目（項目編號：230706071180610）

作者簡介：蔣逢春（1964—?），女，漢族，河南省漯河市舞陽縣人，碩士，教授，從事大學(xué)物理和實驗教學(xué)。