新型教學模式下大學物理實驗教學的探索與實踐

高琪 朱小芹 薛建忠

摘要：為了有效激發(fā)學生對大學物理實驗的學習興趣，在預備實驗、基礎性實驗、綜合性實驗及設計性實驗教學中，嘗試引入微課、翻轉(zhuǎn)課堂、“慕課”（MOOCs）等新型教學模式。實踐證明，這種教學改革能夠很好地調(diào)動學生學習的積極性、主動性，激發(fā)其實驗學習的探究性。從而，既提高了學生的實驗技能，又培養(yǎng)了其創(chuàng)新能力。

關鍵詞：大學物理實驗;開放式教學模式;新型教學模式

大學物理實驗是一門面向理工科各專業(yè)一二年級學生開設的必修通識基礎實驗課程。該課程是學生進入大學后接受系統(tǒng)實驗方法和技能訓練的開端，其目的是培養(yǎng)和提高學生的科學素養(yǎng)。在實驗教學模式上，單純的傳統(tǒng)實驗教學模式已經(jīng)無法滿足新時代人才培養(yǎng)的需要，近些年，一些高校進行了開放式實驗教學模式的研究與探索，對提升學生主觀能動性、培養(yǎng)創(chuàng)新能力具有重要作用，同時，也存在一些問題。隨著網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，微課、翻轉(zhuǎn)課堂、“慕課”（MOOCs）等新型教學模式應運而生[1-3]，這些新型的教學模式對于緩解課堂教學壓力起到很好的作用。眾所周知，實驗教學的特點必須要求學生動手操作、實驗觀察、結果分析，因此，線上的新型教學模式又必然得與線下的實驗室教學模式相結合，才能達到預期的實驗教學效果。通過實踐，筆者嘗試在預備實驗、基礎性實驗、綜合性實驗和設計性實驗不同教學階段，有效地將新型教學模式與開放式實驗教學和傳統(tǒng)實驗教學結合起來，以達到最佳的實驗教學效果。

1? ? 傳統(tǒng)實驗教學和開放式實驗教學存在的問題

傳統(tǒng)的大學物理實驗教學要求學生課前預習文字材料，由于形式過于單一，許多學生敷衍了事，沒有達到預習的目的;實驗課堂教師采用灌輸式的教學模式，講述實驗原理、實驗步驟和注意事項，占用了較多的時間，然后學生再被動的驗證實驗。由于實驗時間有限，學生遇到問題就直接找老師，沒有進行思考與探索，這種被動的學習很容易使學生感到枯燥，失去實驗探索的興趣，更不利于學生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。現(xiàn)階段，很多高校都在紛紛探索大學物理實驗開放式教學模式。

開放式實驗教學就是讓學生自主選擇實驗內(nèi)容、實驗方法和實驗時間，將學生作為課堂的主體，由學生獨立完成物理實驗，教師主要是以引導的方式進行教學[4]。這種教學方式構建了時間、空間、內(nèi)容全方位開放的教學模式，可以實現(xiàn)物理實驗教學的多元化發(fā)展，提高實驗室、實驗儀器的利用效率，激發(fā)學生進行物理實驗的積極性，有效的改善了大學物理實驗的教學效果[5]。但是完全采用開放式教學模式仍存在諸多困難。其一，學生的實驗基礎相差懸殊，部分學生在完全開放的實驗教學模式下無法達到實驗的基本要求。另外，開放式實驗教學模式完全依賴于學生的自覺性和主動性，有心想學的學生可以學到很多，無心學習的同學則容易放任自流，從而導致嚴重的兩極分化。

2? ? 物理實驗教學模式的探索

江蘇理工學院物理實驗教學中心承擔著全校理工科各專業(yè)的大學物理實驗課程。經(jīng)過多年實驗教學探索，逐步建立起了一套適合該校的物理實驗教學模式，即新型教學模式與開放式實驗教學、傳統(tǒng)實驗教學相結合的實驗教學模式。在這種教學模式中：新型教學模式將實驗的理論講解移出課堂，大大延長實驗操作時間;傳統(tǒng)實驗教學保證了學生正常的實驗教學時間和必須訓練的實驗項目;階段性的開放式實驗教學則給學生提供了探究的、自主的學習方式，成為傳統(tǒng)實驗教學模式的補充，三種教學模式的有機結合有效地提高了物理實驗的教學效果。我們將大學物理實驗內(nèi)容分為預備實驗、基礎性實驗、綜合性實驗和設計性實驗4個實驗階段，并在不同的實驗階段，探索了不同的結合方式。

2.1? ?預備實驗：傳統(tǒng)排課教學+開放實驗室

在學生進入實驗室進行正式實驗之前，首先，要對實驗基礎知識進行學習，即實驗緒論課程。這部分內(nèi)容往往是采用傳統(tǒng)式的教學方法，即教師進行理論講解：誤差分析、不確定度評定與數(shù)據(jù)處理基本知識、基本儀器安全使用規(guī)則等。但是考慮到學生的實驗能力參差不齊，單純的灌輸理論知識，有些學生對于一些基本儀器的使用方法、測量與數(shù)據(jù)記錄等基本實驗規(guī)范還是無法準確掌握。為了解決以上問題，實驗中心特地安排了預備實驗，即在緒論課授課同時，實驗室采取全面開放的形式，有次序地組織學生到實驗室熟悉各類實驗儀器。通過第一時間走進實驗室，學生不僅能夠及時鞏固教師所講的理論基礎知識，還能夠掌握一定的實驗基本技能，提高學生的學習熱情和學習效率，為后面正式實驗打下一定的基礎。

2.2? ?基礎性實驗：傳統(tǒng)排課教學+微課、“慕課”預習+翻轉(zhuǎn)課堂

基礎性實驗采用實驗室統(tǒng)一排課的傳統(tǒng)教學模式，讓學生在固定的時間內(nèi)完成必修的實驗項目，以培養(yǎng)學生基本實驗技能、實驗操作方法、基本實驗儀器的使用以及一定的分析、解決問題的能力。怎樣變被動灌輸式教學為主動自主學習成為了首先需要解決的問題。實驗中心主要從以下兩個方面采取措施：一方面，更加強調(diào)預習過程的重要性。第一，利用微課學習。實驗教師提前錄制好微課視頻，對實驗目的、實驗原理、儀器介紹、實驗操作重難點及注意事項進行講解，學生根據(jù)自身情況，自主選擇學習時間、管理學習進度，利用手機隨時隨地重復觀看自己需要學習的內(nèi)容，實現(xiàn)個性化學習。學生也可以選擇參與“慕課”向各知名高校具有豐富和先進教學經(jīng)驗的教授、專家進行學習，對高水平、側(cè)重點不同的教師進行自由選擇，提高了學習的積極性和主動性。第二，利用現(xiàn)代手機傳媒，搭建面向?qū)W生的公眾教學平臺，定期發(fā)布實驗教學課件，同時因人因材施教，實施分層次教學，以逐步加深學生對課程基礎理論和實驗原理的理解，從而保證良好的預習效果。第三，利用校園網(wǎng)絡建立虛擬仿真實驗，仿真實驗不受時間和空間的限制，拓寬了教學的時間和空間，為學生提供了多樣化的學習方式。通過預習，學生對基礎理論已有較為全面的認知，從而節(jié)省課堂上的理論教學時間，為學生的實驗操作釋放了時間。另一方面，改變教師的授課模式。教師應作為教學活動的組織者和設計者，采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學形式，引導學生發(fā)現(xiàn)問題、分析討論、協(xié)作交流和實驗操作，讓學生通過不斷探索試錯，得出實驗結論，并探究實驗誤差、找出減小誤差的最優(yōu)方法。經(jīng)過基礎性實驗項目的系統(tǒng)訓練后，學生的基本實驗技能有了明顯提高。

2.3? ?綜合性實驗：微課預習+開放式教學

實驗中心安排開設了綜合應用力、熱、電、光、近代物理等各領域?qū)嶒灧椒ǖ木C合性實驗，旨在強化學生對實驗設計思想和方法的理解，以期達到學以致用的目的。該階段，教師的主要任務是錄制好各個綜合性實驗的微課視頻供學生進行實驗預習，而實驗課主要采取開放式的教學模式，學生在實驗中心開設的綜合性實驗中自主選擇實驗項目、安排實驗時間，在實驗室開放期間進行實驗。開放式教學模式實驗內(nèi)容開放主要體現(xiàn)在兩個方面，其一，不同專業(yè)的學生可根據(jù)自身興趣或?qū)I(yè)需求選擇不同的綜合性實驗，有所側(cè)重。對于機械專業(yè)學生，將力學實驗課程作為其選修學習的重點，而電氣專業(yè)的學生可根據(jù)自己專業(yè)特點優(yōu)選電學相關實驗，以尊重學生的主體地位，因材施教，激發(fā)興趣。其二，重視分層次教學：對于同一個實驗，基礎薄弱的學生完成實驗的必修部分，重點是強化基本訓練;基礎好的學生適當增加實驗難度，將選修部分作為拓展內(nèi)容，從而提高綜合技能，分層次教學使不同基礎的學生其實驗能力得到不同程度的培養(yǎng)，對提升實驗教學效果具有重要作用。開放教學模式下實驗室采用全面開放的形式，為學生提供必須的實驗儀器，為了保證實驗效果，不限制學生的實驗時間，有效地提升了實驗室的利用效率，避免了資源的閑置和浪費。

2.4? ?設計性實驗：完全開放式教學

物理實驗課程的一個重要教學目標在于培養(yǎng)學生的探索能力和創(chuàng)新能力，初步培養(yǎng)學生的科學研究能力，為此，對實驗成績優(yōu)秀、有實驗熱情的學生開設設計性實驗。設計性實驗采用完全開放的教學模式，實驗項目完全由學生自主確定，可以是必修實驗的拓寬內(nèi)容、也可以是學生根據(jù)專業(yè)特點及個人興趣自由選擇的題目，進而學生通過“慕課”學習或通過查閱相關資料確定實驗方案。實驗室采用全面開放的形式給學生提供相應的實驗器材，并有專門的老師提供咨詢和指導。學生自主預約實驗時間，進行實驗操作，完成實驗報告。此外，也可以利用開放實驗室開展課外科技制作、發(fā)明以及各種物理實驗類競賽活動。

實踐證明，這種新型教學模式與開放式實驗教學、傳統(tǒng)實驗教學相結合的實驗教學模式，在自主的、探究的學習過程中激發(fā)了學生進行物理實驗的積極性，培養(yǎng)了學生的實驗技能和一定的創(chuàng)新意識。后續(xù)我們還將繼續(xù)加強實驗室開放力度，滿足各層次學生求知、探索和創(chuàng)新的欲望，提供學生自主學習平臺，師生交互平臺，鼓勵學生進行研究型實驗，努力形成動態(tài)、自主、多元的教學模式。

3? ? 結語

傳統(tǒng)實驗教學和開放式教學模式均存在一定的弊端，本文提出了在預備實驗、基礎性實驗、綜合性實驗和設計性實驗不同教學階段將微課、翻轉(zhuǎn)課堂、“慕課”等新型教學模式與開放式實驗教學、傳統(tǒng)實驗教學相結合的教學模式。該模式將實驗教學的指導思想轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生學習為主，教師指導為輔，既保證了學生掌握必須的實驗技能，又給學生提供了探究的、自主的學習方式，從而強化了實驗教學效果。后續(xù)將進一步明確實驗教學的定位和建設目標，探索更為完善的實驗教學模式，以取得更好的教學效果。

參考文獻：

[1] 甘亮勤， 楊上供， 周承仙，等. “微課”翻轉(zhuǎn)課堂在大學物理實驗教學中的應用[J]. 實驗室研究與探索， 2018，37（2）：193-195.

[2]李敬然. 翻轉(zhuǎn)課堂在大學物理實驗教學中的應用研究[J]. 高教學刊， 2017（10）：54-55.

[3]曹顯瑩， 曲陽. 基于慕課模式的大學物理實驗教學改革與創(chuàng)新[J]. 物理實驗， 2016， 36（5）：25-28.

[4] 陳國杰， 謝嘉寧， 黃義清，等. 構建集約式物理實驗開放教學新模式[J]. 實驗室研究與探索， 2007， 26（4）：109-110.

[5] 解玉鵬， 王顯德， 蓋嘯塵，等. 開放實驗室條件下大學物理實驗教學改革模式探索[J].大學物理實驗， 2017， 30（6）：142-144.

Abstract： In order to stimulate students' interest in college physics experiment， the physics experimental teaching center of Jiangsu University of Technology puts forward a teaching mode of college physics experiment，which combines the new teaching mode， such as micro-lecture， flipping classroom， and massive open online courses （MOOCs） with opening experiment teaching mode and traditional experiment teaching mode in different teaching stages of preliminary experiment， basic experiment， comprehensive experiment and designing experiment. Practice has proved that this kind of teaching mode stimulates students' enthusiasm in the process of independent and inquiry learning， and cultivates students' experimental skills and a certain sense of innovation.

Key words： college physical experiment; opening teaching mode; new teaching mode

責任編輯? ? 祁秀春