大學(xué)物理實驗在線開放課程教學(xué)探討

劉曉春 張小偉 丁三紅 陸翠娟

摘? 要：大學(xué)物理實驗課程是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實驗?zāi)芰Φ谋匦藁A(chǔ)課。本文以不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)實驗為例，利用大學(xué)物理虛擬仿真實驗軟件平臺進行在線教學(xué)，探討如何發(fā)揮在線開放課程的優(yōu)勢，來彌補傳統(tǒng)實驗教學(xué)中存在的不足，提高實驗教學(xué)的效率，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。這種線上加線下的新型教學(xué)模式，符合信息化時代的要求，是地方高校大學(xué)物理實驗教學(xué)改革的一條有效途徑。

關(guān)鍵詞：在線開放課程;線上線下;虛擬仿真實驗;教學(xué)改革

大學(xué)物理實驗課程是理工科專業(yè)學(xué)生必修的基礎(chǔ)課，同時對于地方的師范專業(yè)學(xué)生這門課也十分重要。大學(xué)物理實驗作為橋梁性的課程，能把大學(xué)和中學(xué)的學(xué)習(xí)模式和諧的連接在一起，培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的能力，在大一大二安排大學(xué)物理實驗對學(xué)生學(xué)習(xí)方式的循序漸進的轉(zhuǎn)變，具有極其重要的作用，對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和科學(xué)素質(zhì)方面獨具優(yōu)勢。

在這次疫情當(dāng)中，傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗教學(xué)受到了極大的沖擊，同時也是實驗教學(xué)改革一次重大的機遇。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和大規(guī)模普及，線上實驗教學(xué)已經(jīng)成為了一種教學(xué)發(fā)展趨勢。本文針對傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗，在時間和空間上的許多不足和短板，提出通過大學(xué)物理實驗在線開放課程，定好時間段，讓學(xué)生自主規(guī)劃，學(xué)習(xí)實驗的原理、步驟以及數(shù)據(jù)處理方式，達到實驗前的有效預(yù)習(xí)。線下開放實驗室，讓學(xué)生自主安排時間到實驗室進行相關(guān)的

實操實驗。這樣能較大的提高實驗課程的效率，激發(fā)了學(xué)生對實驗的熱情，培養(yǎng)學(xué)生分析解決問題的能力，增強其創(chuàng)新意識。

一、傳統(tǒng)大學(xué)物理教學(xué)方式及其不足

傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗教學(xué)采用半中學(xué)模式，由指導(dǎo)教師講解實驗原理，儀器的使用方法，實驗的操作步驟及數(shù)據(jù)的處理方法等，學(xué)生在老師的帶領(lǐng)下完成實驗任務(wù)。具體的教學(xué)模式包括實驗前的預(yù)習(xí)、實驗中的操作以及實驗后的實驗報告三部分。但在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，這三部分并沒有有效地緊密的結(jié)合在一起。

地方性師范院校為給當(dāng)?shù)嘏囵B(yǎng)具有綜合能力和創(chuàng)新能力的實用性人才，對數(shù)學(xué)、計算機、化學(xué)、生物師范類和非師范類學(xué)生開設(shè)大學(xué)物理實驗課程。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，不利于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。由于跨專業(yè)，許多學(xué)生根據(jù)實驗講義進行實驗預(yù)習(xí)困難重重。造成許多學(xué)生放棄預(yù)習(xí)，僅依賴老師在實驗課上進行實驗講解。對實驗原理和實驗方法一知半解，理解不透徹，造成實驗操作過程錯誤頻出，無法在規(guī)定的時間內(nèi)完成實驗。由于實驗設(shè)備和實驗教學(xué)學(xué)時的限制，很難確保每一個同學(xué)能夠獨立完成實驗操作，也無法進行多次實驗，以達到實驗結(jié)果的準確度，實驗報告中計算的結(jié)果誤差較大。傳統(tǒng)實驗教學(xué)方式的弊端造成學(xué)生學(xué)習(xí)敷衍，主動性不強。在一定程度上很難真正實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生獨立分析解決問題的實驗教學(xué)目的。

二、在線開放課程與傳統(tǒng)物理實驗相結(jié)合

由于不同專業(yè)的學(xué)生，既有本專業(yè)的實驗，又兼有大學(xué)物理實驗這門公共課。造成許多學(xué)生倍感壓力，教師安排實驗課程在時間上難度很大。利用虛擬仿真實驗平臺開展在線開放課程在時間和空間上有極大的優(yōu)勢。學(xué)生可以根據(jù)實際情況自由的選擇學(xué)習(xí)的時間及地點。虛擬仿真實驗項目內(nèi)容從實驗?zāi)康摹嶒炘怼嶒灢襟E、實驗操作、思考題、實驗報告等都有完整的流程。學(xué)生通過仿真實驗的學(xué)習(xí)，可以有效的達到預(yù)習(xí)實驗的目的，觀摩實驗中的過程操作，進行模擬操作，測量出數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)的準確性有一定的預(yù)判。彌補傳統(tǒng)教學(xué)的不足。為線下實操實驗的順利進行，提供充足的保障。

首先，在線開放課程能有效地提高實驗預(yù)習(xí)效率。原來學(xué)生通過實驗講義只能大致的了解實驗的內(nèi)容，對一些復(fù)雜的實驗原理難以理解，對實驗現(xiàn)象并不能有直觀的認識。以不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測量實驗為例，學(xué)生在預(yù)習(xí)的過程，對其實驗方法穩(wěn)態(tài)法，不甚理解。通過仿真實驗在線開放課堂可以模擬出樣品的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)過程，讓學(xué)生通過觀察溫度的變化，直觀的認識到穩(wěn)態(tài)時，溫度雖然隨空間點在變化，但不隨時間變化。通過這種實驗方法，可以有效的研究不良導(dǎo)熱物質(zhì)的熱學(xué)性質(zhì)。讓學(xué)生在預(yù)習(xí)的過程中雖遇到問題，但不會止步不前，而是主動觀察思考。通過仿真實驗得到的實驗結(jié)果激發(fā)學(xué)生進一步探究興趣。通過學(xué)生反復(fù)進行虛擬仿真實驗的次數(shù)表明學(xué)生對實驗結(jié)果的準確度，實驗操作過程的規(guī)范化都有更高的要求。通過實驗結(jié)果，學(xué)生會反思自己在實驗的過程當(dāng)中出現(xiàn)的問題，反復(fù)糾正錯誤，提高實驗的準確度。

其次，在線實驗開放課程有效地縮短實操實驗的時間，提高實驗結(jié)果的準確度。傳統(tǒng)的教學(xué)方式由老師講解實驗內(nèi)容之后，學(xué)生根據(jù)自己的理解完成實驗操作。由于課時的限制，學(xué)生沒有足夠的時間完成準確的實驗操作，獲得足夠多次的實驗測量結(jié)果。造成實驗結(jié)果無效，也沒有時間補做。這樣無法達到開設(shè)大學(xué)物理實驗課程培養(yǎng)學(xué)生獨立思考，獨立動手能力的目的和初衷。

在線開放課程中，利用虛擬仿真實驗平臺進行實驗原理實驗步驟的預(yù)習(xí)。學(xué)生可以在課前通過視頻對教學(xué)內(nèi)容進行詳細的了解，根據(jù)自己的理解程度，對教學(xué)內(nèi)容進行反復(fù)的學(xué)習(xí)，同時學(xué)生還可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺向老師提問，教師可以在線答疑，也可以發(fā)起課堂討論的方式，解決學(xué)生的問題，引導(dǎo)學(xué)生共同探討。充分調(diào)動他們學(xué)習(xí)的主動性，體現(xiàn)以學(xué)生為本的教學(xué)理念。

以不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)實操實驗為例，由于要達到穩(wěn)態(tài)傳熱過程，等待的時間會很長，加之傳統(tǒng)教學(xué)課時的有限性，學(xué)生在等待物理現(xiàn)象的過程中，會出現(xiàn)急躁的情緒，造成在測量穩(wěn)態(tài)溫度時，急于求成，會出現(xiàn)造數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)無效的現(xiàn)象。一旦操作失敗，已沒有時間來重復(fù)做實驗。通過在線開放課程仿真實驗的反復(fù)預(yù)習(xí)，學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)的準確度有一定的預(yù)判，提高了實驗操作的規(guī)范性，準確度，降低了實驗操作失誤的可能性，有效地縮短了實操實驗時間。如果實驗結(jié)果不理想，還可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺預(yù)約安排補做實操實驗的時間。在已經(jīng)充分預(yù)習(xí)的前提下，即使教師沒有在現(xiàn)場，也可以通過網(wǎng)絡(luò)與教師進行溝通交流，實驗也一樣可以順利進行。這樣實現(xiàn)了資源的合理利用，提高了教師的教學(xué)效率。保障了開放性實驗室的有效管理和充分利用。

再次，在線開放課程有效彌補了傳統(tǒng)教學(xué)模式下學(xué)生實驗報告的上交、批改和反饋方面的弊端。傳統(tǒng)的實驗報告是紙質(zhì)的，教師在對實驗報告進行批改的過程，由于實驗報告份數(shù)多，學(xué)生書寫不規(guī)范，工作量較大，難度高。最后對實驗報告成績的登記和統(tǒng)計分析又是一項繁重的工作。

由于大部分實驗報告都是千篇一律的格式，還有一些測量數(shù)據(jù)也是一樣的，更有甚者出現(xiàn)抄襲實驗報告的現(xiàn)象。教師在評閱時很難做到公平、公正。在線開放課程教學(xué)通過虛擬實驗網(wǎng)絡(luò)平臺收集學(xué)生電子版實驗報告，節(jié)省學(xué)生上交報告的時間。教師還可以通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，教會學(xué)生如何利用Excel和Matlab軟件對數(shù)據(jù)進行處理，規(guī)范了實驗報告的寫作。這樣可以有效的觀察學(xué)生在數(shù)據(jù)處理過程中的計算能力，也能杜絕抄襲現(xiàn)象。

最后在線開放式教學(xué)通過網(wǎng)絡(luò)平臺對實驗報告的成績進行登記，再根據(jù)成績的統(tǒng)計，給學(xué)生反饋，引導(dǎo)學(xué)生反思探究，從而實現(xiàn)在核心素養(yǎng)背景下，師范生教學(xué)能力的培養(yǎng)。同時促進教師有效積極的展開反思，糾正以往教學(xué)模式的弊端，適應(yīng)當(dāng)下學(xué)生發(fā)展的實際需求，以實現(xiàn)教學(xué)全方位的優(yōu)化，進而促成核心素養(yǎng)在課堂實踐中的落地。

在線開放課程與傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗相結(jié)合的教學(xué)改革符合信息化時代的要求，教師可以有效利用虛擬實驗平臺和網(wǎng)絡(luò)資源，對自己的實驗教學(xué)內(nèi)容和方法進行不斷的更新，以適應(yīng)當(dāng)代學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。最大限度地實現(xiàn)學(xué)校教育資源和實驗設(shè)備的有效利用，能有效降低地方高校因?qū)嶒炘O(shè)備短缺，對實驗開展的影響。新的教學(xué)模式能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，真正體現(xiàn)了以學(xué)生為本的教育理念。在核心素養(yǎng)背景下，對提升師范生的自主學(xué)習(xí)能力，創(chuàng)新能力，科學(xué)實踐能力，使師范生走上教師工作崗位后，能夠滿足基礎(chǔ)教育的要求，為地方培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的教師和教育管理人才。

參考文獻：

[1]欒照輝，劉欣，趙磊.大學(xué)物理實驗在線開放課程教學(xué)改革淺析[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2021（1）：54-55.

[2]代錦輝，王華軍.大學(xué)物理實驗課程在線教學(xué)方案與思考[J].教育教學(xué)論壇，2020，12（50）：100-101.

[3]武月紅，趙璇，盧玲.核心素養(yǎng)背景下師范生教學(xué)能力的培養(yǎng)[J].黑龍江科學(xué)，2021，12（9）：122-123.

2002500520278