“互聯網+”背景下大學物理實驗教學創新與探索*

秦平力 余雪里 張昱

(武漢工程大學數理學院 湖北 武漢 430205)

1 引言

在當前互聯網信息化的背景下，國內諸多高校近年來也不斷嘗試將現代信息技術運用于實驗教學改革．在2015年3月的第十二屆全國人民代表大會第三次會議上，李克強總理提出制定“互聯網+”行動計劃，指出通過該計劃，深入推進“互聯網+”教育，促進高質量教育資源共享[1]．教育部在2018年出臺的《關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》(新高教四十條)中指出，推進現代信息技術與教育教學深度融合，重塑教育教學形態．加快建設多元協同、內容豐富、應用廣泛、服務及時的高等教育云平臺，打造適應學生自主學習、自主管理、自主服務需求的智慧課堂、智慧實驗室、智慧校園．大力推動互聯網、大數據、人工智能、虛擬現實等現代技術在教學和管理中的應用，探索實施網絡化、數字化、智能化、個性化的教育，推動形成“互聯網+高等教育”新形態，以現代信息技術推動高等教育質量提升的“變軌超車”． 推動優質課程資源開放共享，促進慕課、微課等優質資源平臺發展，鼓勵教師多模式應用，鼓勵學生多形式學習，提升公共服務水平，推動形成支持學習者人人皆學、處處能學、時時可學的泛在化學習新環境．

在上述文件與精神的指引下，以“互聯網”為載體的各種教育模式不斷向縱深發展．如何發揮“互聯網+”的機動、靈活和個性化的優勢，將其融入到傳統的實驗教學中，使“教與學”活動與“互聯網”緊密結合，提升實驗教學質量，形成 “互聯網+”實驗教學新模式．這將是今后一段時間內實驗教學探索研究的新方向．

2 大學物理實驗教學面臨的現實問題

大學物理實驗是普通工科院校各專業課程體系中一門重要的基礎課程，著重培養學生仔細觀察、查閱資料、獨立思考、確定實驗方案、協同操作等方面的能力，培育學生創造性思維與創新意識，提高學生實事求是的科學精神，在高等學校人才培養中具有不可取代的地位．然而，在當前大學物理實驗教學模式存在諸多問題[2～4]．

(1)傳統大學物理實驗教學過程中， “教師為中心”的現象比較普遍；花費大量時間講解實驗原理與理論，學生操作時間相對不足，“填鴨式”實驗教學導致學生被動地完成實驗，難以啟發學生的創造性思維．

(2)學生來源五湖四海，他們的實驗基本知識、方法和技能等方面存在一定差異．在上大學前，一部分學生沒有系統地進行過物理實驗的培養，甚至在高中根本沒有做過物理實驗，缺乏基本的實驗操作和動手實踐能力，難以在課堂上理解與消化實驗內容，導致對實驗毫無興趣，或者在整個實驗過程中迷茫、無所適從．

(3)實驗前，實驗預習也只是將教材中的實驗目的、原理、方法與步驟等內容直接抄寫在實驗報告紙上，很少反復仔細地閱讀教材，更不必說能主動去查閱相關資料，導致實驗預習形同虛設；同時，沒有開放式的教學資源，學生也難以進行有針對性的高效實驗前預習．在實驗過程中，對實驗思考不夠、對實驗儀器不熟悉，尤其那些缺乏實驗操作和動手能力的學生需要在老師的指導幫助下機械地完成實驗，或者在別人調節好的儀器上直接測量數據，更有甚者直接抄襲或編造數據；實驗后，沒有一個及時交流反饋途徑，難以與老師直接交流，達到真地做到答疑解惑、消化實驗內容的目的．

(4)傳統考評方式存在較大弊端，實驗成績主要以學生實驗報告為主，重視實驗數據及誤差等實驗結果，忽略實驗過程中學生的表現．這種評價方式會導致更多的學生將精力主要放在實驗報告上，在整個實驗過程中不認真學習．為迎合教師的評分機制或者獲得較高的實驗成績，實驗后抄襲他人實驗數據與結論．

3 “互聯網+” 環境下大學物理實驗教學優勢

首先，“互聯網+”背景下“填鴨式”被動學習向自主實驗學習的模式轉化[4]．

隨著高等學校網絡建設不斷深入發展與完善，大多數高校都建設自己的網絡與教學平臺．利用“互聯網+”的教學環境，開放教學資源，突破了時空的限制，賦予學生更多的學習自由，創新適合學生不同風格的學習模式，調動學生內在學習動力，發揮他們學習過程的主動性、積極性和創造性，培養探究精神，提高科學素養，促進學生自主學習、自主管理、自主服務需求向研究性學習和終身學習需求的轉化．

其次，“互聯網+”整合大學物理教學資源，豐富大學物理實驗教學情境.

大學物理實驗是一門理工科專業理論與實踐相結合的學科基礎課．理論性和實踐性都較強．較短的時間內，很多學生難以吃透實驗原理、熟悉實驗操作．利用“互聯網+”，可以將遠程教育、在線課堂、慕課、微課等教學資源整合，實現圖片、文字、視頻和音頻等相關教學資料的開放，創新物理實驗教學情境，達到“線上”與“線下”相結合，彌補傳統教學過程實驗預習的不足，以滿足不同層次學生的興趣和需求，激發學生學習欲望，發揮學生的認知主體作用．

第三，便捷化的實驗教學，有利于師生交流．

“互聯網+”發展賦予了現代教學更多的功能與教學形式，開啟了交互式教學．教師之間可以順利進行經驗交流；學生也可利用互聯網相互傳遞、共享各種資源，提升學生學習效率；實現網上預約、在線答疑等教學活動，促進師生間互動，有利于學生不受時空限制，隨時隨地進行學習，有助于實驗課堂順利地“教與學”．同時，教師在實驗課堂上得到“解放”，能及時關注學生整個物理實驗過程，在有限的課時內，發現并解決問題，逐步培養學生的學習興趣與實驗能力，開發他們的創新思維．

4 “互聯網+” 環境下大學物理實驗教學模式與探索

4.1 優化大學物理實驗的教學內容與體系

實驗教學是學生理解理論知識，形成自學能力和探索合作精神，鍛煉綜合素質，培養創新意識的重要手段．我們實驗中心的教學定位是把基本實驗技能培養作為基礎，把綜合科研能力培養作為核心，把創新能力和實踐應用能力培養作為目標，讓學生具備科學素養和探索精神，堅持理論教學與實驗實踐教學相結合、實驗教學與科學研究相結合、能力培養與素質培養相結合、中心內實驗教學與中心外的實踐教學相結合，實現對理論傳授、能力培養和素質養成的協調發展．為了適應物理實驗教學網絡化發展，在分析了大學物理實驗教學現狀及其普遍存在的問題的基礎上，結合大學物理實驗中心的教學實際情況，提出“互聯網+”背景下的大學物理實驗教學體系模型(圖1)．整合傳統實驗教學資源優勢與“互聯網+”服務平臺的便利，實現大學物理實驗教學資源共享，突破傳統實驗教學模式的封閉和限制，優化大學物理實驗教學資源配置，提升其使用效率[5]．

圖1 “互聯網+”環境下大學物理實驗教學體系及師生交流互動平臺架構示意圖

作為基礎課程，根據大學一年級新生現有的知識結構及實驗項目的難易程度，將實驗在原有“力、熱、電、光及近代物理實驗”五大模塊的基礎上分為基礎性實驗、綜合性實驗、設計性實驗和創新性實驗．并對每一個實驗內容進行優化，達到適宜網絡教學的目的．實驗教學中，堅持“第一課堂(課內)+第二課堂(課外)”一體化教學改革．課內，適當淡化實驗指導教師的作用，以實驗教材與相關實驗儀器視頻介紹為主體，讓學生自主地進行實驗，出現的問題學生要先思考和討論，教師在現場隨時指導．課外，讓學生通過查閱相關實驗書籍與視頻資料，明確實驗目的及要求，弄懂實驗原理，確定實驗內容、步驟和設計數據表格，必要時學生可以相互討論，也可提前去實驗室了解有關儀器的使用，尤其加大學生對于綜合性與提高性實驗獨立自主預習的實驗要求．實驗結束后，除了要對結果進行分析、討論和總結外，有余力的學生以專題小論文的形式，總結實驗心得，并改進與創新實驗．這種教學模式有利于培養學生的獨立思考能力及實際動手能力、解決問題能力和合作精神．

對于創新性實驗，建立創新實驗室，擴展學生的興趣，實現課外科技實驗活動．同時，與其他學院(中心)聯合，如我校的機電學院、電氣工程學院以及學校工程實踐中心等單位，形成固定的第二課堂創新實踐平臺，指導學生申請校長基金，并積極參加省內外相關的競賽；對于有研究課題的教師提供已研究成功或在研課題的部分研究內容，或學生自帶課題，在教師指導下以課外科技活動的方式，在全天開放的創新實驗室完成，學生提交研究報告、專利或發表論文等作為考核依據，計入創新實踐選修課程成績．

4.2 構建“互聯網+” 師生交流互動平臺

基于學校的網絡資源和學生手機、電腦等網絡終端設備，我們實驗中心建立大學物理實驗教學網上平臺，構建不受時空限制的“互聯網+” 師生交流互動平臺系統[6]．

建設具有所有權的“微課”資源．將基礎性、綜合性和設計性這3部分的實驗按照實驗要求，拍攝成相應的“微課”視頻．利用學校的在線課堂并形成網絡開放式教學資源，師生可以自由注冊訪問．學生通過這些“微課”資源的觀看學習，進行充分課前預習．進入實驗室后，對實驗儀器不再陌生，節省了教師詳細講解實驗原理、實驗步驟和實驗儀器的時間．讓教師和學生在課堂上有更多的時間進行交流互動．這樣一來，學生有更多的時間進行動手操作，教師也有更多的時間對學生實驗過程進行監控，解決學生面臨的實驗問題，從而在課堂上夯實學生實驗實踐的效果．

利用學校的網絡資源，建設具有自己特色的教學管理、實驗預約與實驗成績管理系統．在這個系統里，能夠順利地完成教學安排和教學過程管理，提供設置課程信息、選課規則、成績評定規則、教師排課、學生選課及成績管理功能，推進實驗室全方位自由開放，滿足不同層次、不同專業學生的需要．學生可以隨時隨地利用閑散碎片時間進行學習，針對自己的專業與自己課程安排時間，實現實驗項目自由選擇，滿足個性化需求，提高學生學習的積極性和時間利用率，拓展學生知識面，激發他們的創新意識和創新思維能力，逐漸養成自主學習和創新能力．

基于“QQ群”，建立師生交流互動平臺，提升物理實驗教學效率[7]．重點解決教師之間、學生之間和師生之間互動討論“斷層”的問題，及時交流互動，有效通信有無，及時做到答疑解惑．加強對學生的管理，可以有針對性地解決個別學生在學習過程提出的問題．學生間在學習方面可以交流心得，開展群體協作學習，增加學生對實驗學習的認同感、歸屬感．同時，及時公布相關的教學信息，將實驗課表、實驗課件與內容、實驗項目簡介、注意事項等文件上傳到QQ群，學生能及時翻閱查看，提前做好相關實驗內容的預習，提升預習效果．實驗課堂上，教師根據提前準備的課件內容，簡化講解內容，以解決學生疑問、組織學生分小組開展討論等方式調動學生實驗的興趣，提高教學效率．

4.3 注重實驗操作過程創建“平時+期末+創新”實驗考核方式

一般情況下，傳統實驗教學多采用以“實驗報告+期末考試”的方式對學生的實驗成績進行考核，評價方式單一．在“互聯網+”技術支持下，我們對學生的大學物理實驗成績評定進行了優化，創建“平時+期末+創新”實驗考核方式．具體采取了“實驗預習+實驗報告”+“實驗操作”+“現場實驗考試”+“創新實驗”+“拓展追加分”等的多種成績評判．平時實驗成績占70%，包含實驗預習分、實驗操作分和實驗報告分． “實驗預習+實驗報告”部分的成績采用傳統考核方式計分．“實驗操作”以現場學生操作實驗儀器的熟練程度，完成實驗快慢及完成質量，教師可以現場給出一個實驗操作成績．“實驗預習+實驗報告”+“實驗操作”兩部成績各占50%權重，得出一個實驗項目的綜合成績．由于實驗項目難易程度不一樣，不同實驗項目成績也相差較大．在開放式教學條件下，學生的成績不能反映其實驗能力．為了公平合理 、準確、客觀地評判學生實驗成績，充分發揮開放式實驗教學的優勢特點，根據每個實驗項目所有學生的成績，設置其歸一化可信權因子，每一個實驗項目的最終成績就是每個實驗的實際得分乘以該實驗的可信權因子．這樣解決了不同實驗難易程度不同對學生成績評價的不公平，真實地反映學生的實驗技能水平．這占總評成績的70%，增加實驗的現場實驗考試，對平時學生在實驗態度、實驗方法、實驗技能的培養等方面的綜合收獲能力進行檢驗，豐富實驗考核的內容，這占總評成績的25%．“創新實驗”就是讓學生根據所做的實驗進行總結，對實驗方案、實驗內容、實驗儀器及數據處理等方面進行總結，并提出切實可行的整改方案．根據創新成分適當評定學生創新實驗的分數，這占總評成績的5%．對一些成績較好且有追求的學生，可以開放近代物理實驗室，讓學生延伸知識層次，這一部分成績以獎勵的形式對學生進行評定，所得到的分數可以直接加入大學物理實驗的總評成績，這就是實驗“拓展追加分”．以這樣的方式激勵學生積極主動施行實驗創新，開發他們的創新思維．

5 總結

在“互聯網+”背景下，采取開放式實驗教學模式，不斷改革大學物理實驗教學內容與體系，利用“微課”等網上資源，在完備的教學管理系統和師生交流互動平臺的幫助下，創新“平時+期末+創新”實驗考核方式，注重學生實際的實驗操作過程，合理引導學生，培養學生的學習興趣，并推進實驗室對學生的全方位開放，建立一個全方位隨時學習的實驗教學平臺與模式，實現傳統大學物理實驗教學水平與實驗教學效率的提升，有利學生從“填鴨式”被動學習向自主實驗學習的模式轉化．