大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)混合式教學(xué)探索和實(shí)踐*

田 雁

(興義民族師范學(xué)院物理與工程技術(shù)學(xué)院 貴州 黔西南 562400)

1 引言

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程是高等院校理工科學(xué)生必修的基礎(chǔ)課，是物理學(xué)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐課程.我校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)包括力學(xué)實(shí)驗(yàn)、熱學(xué)實(shí)驗(yàn)、電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)、光學(xué)實(shí)驗(yàn)4門課程[2～4]，分別在大一上、下學(xué)期和大二上、下學(xué)期開設(shè).這4門課程總體來看，旨在讓學(xué)生對力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)所涉及的理論知識通過實(shí)驗(yàn)作進(jìn)一步的理解和加深，同時讓學(xué)生掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本知識和方法以及技巧，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，為學(xué)生后續(xù)作科研，應(yīng)用知識和技術(shù)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[5].然而隨著國家的發(fā)展，各行各業(yè)都呈現(xiàn)了不同的需求，加上當(dāng)前疫情的來臨，傳統(tǒng)的教學(xué)方式已經(jīng)不能全面地滿足需求，我們必須與時俱進(jìn).比如在處理數(shù)據(jù)過程中使用的逐差法、描點(diǎn)作圖法比較粗略，最小二乘法耗時等等；在微信、QQ等即時通信手段普及之后，學(xué)生學(xué)習(xí)的方式不再僅僅停留在課堂上；“雨課堂”“學(xué)習(xí)通”平臺的搭建更是讓學(xué)生獲取知識的途徑有了較大的改變.實(shí)驗(yàn)教學(xué)授課方法進(jìn)行改革迫在眉睫.嘗試實(shí)現(xiàn)線上和線下相結(jié)合的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[6]，將線上微信和QQ、雨課堂、學(xué)習(xí)通、仿真實(shí)驗(yàn)平臺等現(xiàn)代教育技術(shù)與線下的課堂有機(jī)結(jié)合，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，把學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行細(xì)化以及較科學(xué)地核定學(xué)生成績等進(jìn)行了改革和實(shí)踐，取得了一定的效果.

2 線上線下相融合優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

線上線下融合教學(xué)內(nèi)容采取的模式如表1所示.

表1 教學(xué)內(nèi)容實(shí)施方案

續(xù)表1

2.1 線上開展的教學(xué)內(nèi)容

2.1.1 與開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)的內(nèi)容

(1)實(shí)驗(yàn)涉及的主要理論介紹

把開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中涉及的理論知識進(jìn)行演示文稿的講解，上傳“雨課堂”或者“學(xué)習(xí)通”，便于學(xué)生移動學(xué)習(xí).

(2)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求

在“雨課堂”或“學(xué)習(xí)通”發(fā)布開設(shè)的每個實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求，讓學(xué)生圍繞其開展預(yù)習(xí).

(3)儀器介紹和操作示范

在“雨課堂”或“學(xué)習(xí)通”發(fā)布實(shí)驗(yàn)所用儀器的介紹，便于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前了解儀器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)思想、使用的注意事項(xiàng)等.

(4)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)測試

利用“雨課堂”或“學(xué)習(xí)通”發(fā)布每個實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)測試，其中全班同學(xué)發(fā)布可以選用“雨課堂”或“學(xué)習(xí)通”，少數(shù)學(xué)生發(fā)布時建議采用“學(xué)習(xí)通”發(fā)送.

2.1.2 與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的趣事

把實(shí)驗(yàn)儀器或者實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想的故事在“雨課堂”或“學(xué)習(xí)通”中給學(xué)生呈現(xiàn)出來，利于提高學(xué)生的人文素養(yǎng)，同時也能開展課程思政[7].

2.1.3 仿真實(shí)驗(yàn)

建立了仿真實(shí)驗(yàn)平臺，讓學(xué)生利用仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)提前感知實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或者實(shí)驗(yàn)中不能實(shí)現(xiàn)的一些現(xiàn)象,并拓寬學(xué)生的視野.

網(wǎng)站http://aryun.ustcori.com:8160/Page/BI/BI000.aspx，外觀界面圖如圖1所示.

圖1 仿真實(shí)驗(yàn)平臺外觀界面

2.1.4 科學(xué)軟件介紹

幫助學(xué)生利用科學(xué)軟件高效地對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出形成誤差的主要原因，鍛煉學(xué)生分析解決問題的能力和提出問題的能力.我們在學(xué)校建立的“軟件培訓(xùn)社團(tuán)”對Origin，Tracker，COMSOL，手機(jī)工作坊phyphox等；制作演示文稿的軟件，比如iSlid，F(xiàn)ocuSky，EasySketch以及對視頻、音頻處理的軟件，比如Camtasia studio，Adobe Audition等等.

2.1.5 利用微信 QQ建立課程群

方便學(xué)生與學(xué)生之間，教師與學(xué)生之間及時溝通.

2.2 線下開展的內(nèi)容

2.2.1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分層 循環(huán)開設(shè)實(shí)驗(yàn)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的儀器和參考教材把實(shí)驗(yàn)室能開設(shè)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分層，共分為基礎(chǔ)型、提高型、創(chuàng)新設(shè)計(jì)型和仿真實(shí)驗(yàn)4個層次.在基礎(chǔ)型和提高型中又分為必做和選做兩類，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣和意愿在選做項(xiàng)目中選做喜歡的項(xiàng)目.實(shí)驗(yàn)循環(huán)開展，學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn).以電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為例，具體實(shí)施如表2所示[8],要求學(xué)生在一學(xué)期中必做9個實(shí)驗(yàn)，選做2個實(shí)驗(yàn)和1個仿真實(shí)驗(yàn).創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)學(xué)生以小組為單位開展研究，人員1～3人.

表2 開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

授課時間安排如表3所示.

表3 課程開展的時間安排[9]

續(xù)表3

2.2.2 指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)操作 開展過程評價

在第一輪實(shí)驗(yàn)中教師指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的具體過程偏多，第二輪、第三輪實(shí)驗(yàn)中教師旨在幫助學(xué)生解決問題，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對學(xué)生的操作進(jìn)行評分.

2.2.3 利用科學(xué)軟件 分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況利用科學(xué)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和誤差的分析.

2.2.4 課外開放實(shí)驗(yàn)室

在上課期間，實(shí)驗(yàn)室開放，學(xué)生可以與實(shí)驗(yàn)室管理人員預(yù)約到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行預(yù)習(xí)，也可以做完實(shí)驗(yàn)后，再次進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室解決遺留問題.

3 注重學(xué)習(xí)過程 量化考核內(nèi)容

學(xué)生的成績按照圖2所示進(jìn)行核定[10].

圖2 學(xué)生成績的計(jì)算方式

對2019級物理學(xué)專業(yè)和2018級物理學(xué)專業(yè)學(xué)生采取上述方式得到的實(shí)驗(yàn)成績分布統(tǒng)計(jì)如表4和表5所示.

表4 2019級物理學(xué)電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)成績分布

表5 2018級物理學(xué)光學(xué)實(shí)驗(yàn)成績分布

比較表4和表5可看出曾經(jīng)參加過兩次課程改革的2018級學(xué)生中優(yōu)秀率有所提高，沒有出現(xiàn)不及格的學(xué)生，學(xué)生成績分布總體情況較2019級物理學(xué)專業(yè)好.

4 開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn) 讓學(xué)生有實(shí)踐的平臺

學(xué)生開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的途徑有兩種，一是與力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)有關(guān)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；二是采用CUPT比賽的課題.CUPT比賽是中國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽(ChinaUndergraduatePhyisicsTourna-ment)的簡稱.它是借鑒國際青年物理學(xué)家錦標(biāo)賽(InternationalYoungPhysicists′Tournament，簡稱IYPT)的模式發(fā)起的一項(xiàng)全國性賽事[11]，是 2010 年由南開大學(xué)引進(jìn)開始形成的由國內(nèi)高校組織實(shí)施、大學(xué)本科生參與，是一項(xiàng)以團(tuán)隊(duì)辯論和對抗形式進(jìn)行的物理競賽.學(xué)生按模板上交研究的方案，給學(xué)生一定的時間開展研究，制作匯報的PPT,進(jìn)行課題匯報，撰寫創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)報告.通過這些訓(xùn)練，可以對學(xué)生的物理學(xué)基礎(chǔ)知識、數(shù)學(xué)能力、邏輯能力、語言表達(dá)能力、協(xié)作能力、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力進(jìn)行全面考核和培養(yǎng)，學(xué)生所學(xué)知識能學(xué)以致用，對學(xué)生后續(xù)綜合能力的提高大有幫助.

5 教學(xué)結(jié)果

到目前為止，我們已經(jīng)組織學(xué)生參加了4次“中國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽”(CUPT)，參賽結(jié)果如表6所示.

表6 參加“大學(xué)生物理學(xué)術(shù)”競賽取得的成績

從這4次比賽的結(jié)果來看，目前我校的成績排在地方院校的前列.通過這個競賽的參與,提升了我校在貴州省人才培養(yǎng)的知名度，促進(jìn)了我校與其他高校的交流與學(xué)習(xí)，為今后開展學(xué)校教育教學(xué)工作提供了新的方向，同時增強(qiáng)了老師們和學(xué)生們的斗志，推動了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的深化改革.

6 存在的不足和今后努力的方向

在教學(xué)中采用的線上和線下混合式教學(xué)模式相對于之前的教學(xué)在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式上豐富了許多，能較全面地評估學(xué)生的能力，學(xué)生的學(xué)習(xí)空間自由度增大.但是，在實(shí)施的過程中仍存在如下不足.第一，部分學(xué)生對“雨課堂”“學(xué)習(xí)通”平臺使用方法掌握不好，主要原因其一是自身時間觀念不強(qiáng)，其二不能很好把握利用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提交資料的方法.第二，對自律能力差的學(xué)生查閱資料是否到位不能做到很好的監(jiān)督.第三，在實(shí)驗(yàn)中仍然有部分學(xué)生對教師的依賴強(qiáng)，仍存在積極性不高，碰到挫折就不能靜心進(jìn)行實(shí)驗(yàn).第四，課后部分學(xué)生對軟件的使用能力欠佳.針對以上問題我們在后續(xù)教學(xué)中將采取的措施：在開學(xué)前半個月利用問卷星調(diào)查學(xué)生的需求；對移動學(xué)習(xí)平臺的使用進(jìn)行再次培訓(xùn)；對制作的視頻和資料進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，做好監(jiān)督作用；加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)；加強(qiáng)學(xué)生與時俱進(jìn)思想的培養(yǎng)，提高他們使用實(shí)驗(yàn)科學(xué)軟件的能力.接下來我們再思考如何把4門實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行整合，留出更多的時間讓學(xué)生多實(shí)踐，提高他們解決問題的實(shí)際能力，同時也提升教師教學(xué)的綜合能力，讓其更加深入探討線上線下融合的方法.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的改革將繼續(xù)進(jìn)行下去.