?大學(xué)物理實驗信息化教學(xué)改革探索

陸萍 吳杰

摘? 要 分析當(dāng)前大學(xué)物理實驗教學(xué)存在的問題，構(gòu)建大學(xué)物理實驗信息化教學(xué)體系并對該體系的教學(xué)效果進(jìn)行分析，為大學(xué)物理實驗教學(xué)改革提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞 大學(xué)物理實驗;信息化教學(xué)平臺;信息化資源;大數(shù)據(jù);素質(zhì)教育;實驗儀器

中圖分類號：G652? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）07-0116-02

1 前言

近年來，隨著素質(zhì)教育的不斷深入推進(jìn)，學(xué)生的綜合實踐能力培養(yǎng)越來越受到學(xué)校及教師的重視。隨著信息技術(shù)發(fā)展不斷加快，教育領(lǐng)域也越來越重視信息化技術(shù)在教學(xué)過程中所發(fā)揮的重要作用。對于理工科大學(xué)生而言，大學(xué)物理實驗課程是非常重要的實踐類課程，該課程環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)對提升學(xué)生的實踐動手能力、培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)有著重要意義，可幫助學(xué)生提升創(chuàng)新思維能力、理論與實踐融合能力。

傳統(tǒng)教學(xué)模式一般包括課前預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)、學(xué)生實踐操作、匯總實驗數(shù)據(jù)，并由教師進(jìn)行批閱等環(huán)節(jié)。近年來，隨著社會的不斷進(jìn)步，學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣也在逐漸發(fā)生改變，傳統(tǒng)教學(xué)模式也存在諸多問題，例如：課前預(yù)習(xí)不夠充分，缺乏理論基礎(chǔ)作為鋪墊，在具體實驗過程中缺乏規(guī)范化管理等;在課后，師生之間缺乏有效的溝通交流。這些問題導(dǎo)致大學(xué)物理實驗教學(xué)質(zhì)量不高，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高。隨著信息化技術(shù)的應(yīng)用和普及，通過信息化平臺獲取知識信息已經(jīng)逐漸成為當(dāng)代大學(xué)生學(xué)習(xí)的重要方式之一。因此，如何高效利用信息化教學(xué)方法提升物理實驗教學(xué)整體水平，成為擺在一線教師面前的重要課題。

2 大學(xué)物理實驗教學(xué)存在的問題

某校主要通過隨機(jī)抽取的方式，從3000名學(xué)生中抽取250名學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，對傳統(tǒng)教學(xué)模式中的不同教學(xué)實驗環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)研分析，數(shù)據(jù)結(jié)果能夠反映出以下幾個方面存在的相關(guān)問題。

課前預(yù)習(xí)問題? 數(shù)據(jù)顯示在預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，絕大多數(shù)學(xué)生是在課堂中進(jìn)行預(yù)習(xí)的，只有少部分學(xué)生理解實驗內(nèi)容和涉及的環(huán)節(jié)，大多數(shù)學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中并不能全面理解實驗具體內(nèi)容和不同環(huán)節(jié)[1]。此外，教學(xué)設(shè)備以及相關(guān)實驗硬件套數(shù)缺乏，導(dǎo)致學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中不能接觸到相關(guān)實驗儀器，使得學(xué)生所接受到的知識不夠具體化，也不能很好地將理論和實踐結(jié)合起來。在具體的預(yù)習(xí)方式上，大多數(shù)學(xué)生只是以教材為基礎(chǔ)，進(jìn)行內(nèi)容方面的預(yù)習(xí)，未結(jié)合相關(guān)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和知識作為輔助。

再者，在教學(xué)過程中，因為課前預(yù)習(xí)不全面，大多數(shù)學(xué)生希望在課堂上由教師對實驗儀器的具體操作方法進(jìn)行示范與講解，這樣既會導(dǎo)致學(xué)生在未全面理解與掌握實驗原理的狀況下，不斷重復(fù)教師的操作環(huán)節(jié)，占用課堂教學(xué)時間，也會導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣逐漸降低，無法有效培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。此外，在學(xué)生獲取實驗數(shù)據(jù)時，教師通常憑借自身經(jīng)驗對學(xué)生的實驗數(shù)據(jù)結(jié)果的精準(zhǔn)性進(jìn)行判斷，但是當(dāng)實驗數(shù)據(jù)比較復(fù)雜時，很難發(fā)現(xiàn)其中的錯誤，導(dǎo)致不能及時對學(xué)生給予相應(yīng)的指導(dǎo)和解答。因此，學(xué)生只有在充分了解和掌握實驗原理、方案以及相關(guān)儀器的基礎(chǔ)上，才能夠在實驗過程中得心應(yīng)手，發(fā)揮動手實踐能力，從而提升實驗教學(xué)效率;否則便會導(dǎo)致學(xué)生在具體實驗過程中遇到各種各樣的問題，無法按時完成教學(xué)任務(wù)。此外，學(xué)生在對實驗儀器不了解的情況下，也很容易造成儀器損壞。

課堂時間分配不科學(xué)? 在物理實驗課堂教學(xué)過程中，通常主要是由學(xué)生獨(dú)立自主完成相關(guān)操作任務(wù)，教師負(fù)責(zé)對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)和解答，學(xué)生需要獨(dú)立進(jìn)行實驗，因此，教師在課堂中的講解時間應(yīng)當(dāng)控制在合理范圍內(nèi)。目前，在大多數(shù)學(xué)生進(jìn)行實驗前，教師要花20分鐘去講解實驗的原理、具體操作和相關(guān)注意事項，主要的教學(xué)目的是引導(dǎo)學(xué)生逐漸掌握相關(guān)實驗儀器的具體操作方式，進(jìn)一步明確實驗內(nèi)容、實驗方法和技巧、對于數(shù)據(jù)的處理等，因此，課堂時間是非常有限的。如果教師講解的時間過長，導(dǎo)致學(xué)生的實驗時間會相應(yīng)減少，影響實驗教學(xué)的效果。因此，教師在教學(xué)前一定要根據(jù)學(xué)生的實際情況合理分配時間，才能夠更好地完成課堂實驗教學(xué)相關(guān)任務(wù)。

課后復(fù)習(xí)條件有限? 理論課相關(guān)知識點(diǎn)能夠在資料書或課本上查閱到，且非常詳細(xì)，因此，學(xué)生在認(rèn)真閱讀和學(xué)習(xí)的情況下便能夠全面理解和掌握知識內(nèi)容。此外，網(wǎng)絡(luò)上的相關(guān)資料信息也非常豐富和全面。實驗課則不同，大學(xué)物理實驗應(yīng)以實驗儀器測量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，并在整理實驗報告、得出實驗結(jié)論之后由教師進(jìn)行批閱。復(fù)習(xí)時理論知識可以查閱，但是在看不到儀器的情況下，無法得到實際的實驗操作結(jié)果。即使部分學(xué)生想好好學(xué)習(xí)，也會因為條件有限而受到限制[2]。

3 大學(xué)物理實驗信息化教學(xué)體系

針對當(dāng)前大學(xué)物理實驗教學(xué)存在的相關(guān)問題，采用信息化技術(shù)手段，開發(fā)出完整的物理實驗信息化教學(xué)平臺，主要由實驗中心網(wǎng)站與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

對當(dāng)前實驗教學(xué)中存在的相關(guān)問題，筆者采取以下相應(yīng)措施予以解決。

1）結(jié)合學(xué)生的生活習(xí)慣，采用微信二維碼技術(shù)，將實驗難點(diǎn)與學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行壓縮并鏈接在二維碼上。學(xué)生可以隨時掃描二維碼以獲取相關(guān)學(xué)習(xí)視頻，找到實驗儀器的相關(guān)資料信息，獲取更加全面的學(xué)習(xí)方法，開闊視野，進(jìn)一步了解所學(xué)習(xí)的內(nèi)容與實驗環(huán)節(jié)，達(dá)到事半功倍的效果。

2）在網(wǎng)站教學(xué)文件中逐漸加入不同的實驗重點(diǎn)和難點(diǎn)。這樣一來，學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中能夠做到有的放矢，對重點(diǎn)知識進(jìn)行重點(diǎn)復(fù)習(xí)，有效節(jié)約時間，從而避免預(yù)習(xí)的盲目性。

3）在網(wǎng)站中可以設(shè)置相應(yīng)的共享視頻，包括實驗課程教學(xué)視頻。通過觀看視頻，學(xué)生在預(yù)習(xí)或者復(fù)習(xí)的時候，能夠及時掌握理論知識與儀器的結(jié)構(gòu)狀況。

4）網(wǎng)站中的相關(guān)虛擬實驗系統(tǒng)主要涉及實驗環(huán)節(jié)。學(xué)生可以自由支配自己的時間，根據(jù)需要，登錄實驗平臺，及時全面地了解實驗原理和儀器的結(jié)構(gòu)等相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

5）學(xué)生可以通過門戶網(wǎng)站中的留言板，上傳自己遇到的相關(guān)問題，并及時與教師進(jìn)行溝通，這樣也能夠增強(qiáng)師生之間的溝通效果。

在課堂教學(xué)過程中，為了能夠有效檢測學(xué)生的實際預(yù)習(xí)狀況，且提升師生之間的有效互動，可以在課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)設(shè)置相關(guān)問題，教師在臨近上課前五分鐘，針對本節(jié)課的實驗內(nèi)容與知識點(diǎn)隨機(jī)提出相關(guān)問題，從而進(jìn)一步考察學(xué)生的實際預(yù)習(xí)狀況。教師可以及時解決預(yù)習(xí)存在的問題，進(jìn)行批改并反饋成績結(jié)果，也能夠?qū)W(xué)生起到一定的督促作用。教師充分掌握學(xué)生的實際學(xué)習(xí)狀況，并進(jìn)行具有針對性的講解和教學(xué)，有助于提升實際教學(xué)效率。

為了進(jìn)一步解決對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行控制等問題，筆者設(shè)計了“教師學(xué)生數(shù)據(jù)采集軟件”，學(xué)生能夠免費(fèi)獲取該軟件，并將其安裝于自己的手機(jī)等終端設(shè)備上。學(xué)生登錄軟件之后，可以把課堂實驗過程中所收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)及時輸入進(jìn)軟件，對結(jié)果進(jìn)行一定驗證[3]。此外，計算的結(jié)果還能夠通過Wi-Fi直接傳送到課堂教學(xué)計算機(jī)上。計算機(jī)上有圖形界面程序，在該界面上，當(dāng)學(xué)生傳輸正確的數(shù)據(jù)時，實驗臺的按鈕會顯示綠色，否則便會顯示紅色。教師可以點(diǎn)擊實驗臺按鈕，查找學(xué)生的原始數(shù)據(jù)以及計算具體結(jié)果，以此為基礎(chǔ)，給予學(xué)生具有針對性的幫助與指導(dǎo)。

4 教學(xué)效果分析

采用信息化技術(shù)進(jìn)行物理實驗教學(xué)，學(xué)生的課前預(yù)習(xí)質(zhì)量、學(xué)習(xí)興趣、課堂教學(xué)效率等方面獲得顯著提高，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1）學(xué)生在實驗過程中，對于實驗儀器的具體操作方法、實驗基本原理有了更加全面深入的了解。在實際教學(xué)過程中，教師不用再像以往一樣對每一個操作步驟進(jìn)行演示，這樣能夠節(jié)省大量的時間，從而提升課堂教學(xué)效率。如果學(xué)生對實驗原理一無所知，在課堂中也只是粗略地聽教師講解，不會進(jìn)行深入思考，這樣是很難達(dá)到良好的教學(xué)效果的;而運(yùn)用信息化教學(xué)手段能夠幫助教師全面掌握和了解學(xué)生的實際預(yù)習(xí)狀況，并督促學(xué)生掌握實驗原理與方法，從而不斷提升課堂教學(xué)質(zhì)量。

2）在課堂教學(xué)過程中，學(xué)生和教師間的互動顯著增多。學(xué)生勇于和教師進(jìn)行深入探討，有助于培養(yǎng)思維能力，思考模式和學(xué)習(xí)方法也會逐漸發(fā)生改變，能夠充分重視預(yù)習(xí)并深入思考，認(rèn)真觀察實驗現(xiàn)象。

3）學(xué)生在實驗數(shù)據(jù)采集質(zhì)量方面顯著提升，開始注重數(shù)據(jù)的真實合理性，注意實驗過程中可能存在的相關(guān)因素對實驗結(jié)果所產(chǎn)生的影響。此外，學(xué)生所犯錯誤也會逐漸減少，有助于更加深入地思考實驗的目的。

5 結(jié)語

信息化教學(xué)是教育教學(xué)改革的主要方向，通過建設(shè)物理實驗信息化教學(xué)平臺，在提升教學(xué)效率的同時，也有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與思維能力。當(dāng)前大學(xué)物理實驗教學(xué)對于信息化資源以及大數(shù)據(jù)的利用仍處于探索實驗階段，因此需要進(jìn)一步深化改革，從而全面提升大學(xué)物理實驗教學(xué)水平。

參考文獻(xiàn)

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