新冠疫情下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的實(shí)踐與探索

□王道光 王 群

一、疫情多變情況下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的挑戰(zhàn)

2020年春季，面對(duì)突發(fā)的新冠疫情，教育部高等學(xué)校大學(xué)物理課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)及大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)專項(xiàng)工作委員會(huì)迅速地對(duì)高校的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)做出明確指示，切實(shí)地貫徹了“停課不停教、停課不停學(xué)”的號(hào)召。江蘇師范大學(xué)立即實(shí)施教育系統(tǒng)公共衛(wèi)生類突發(fā)事件的防控預(yù)案，充分利用線上的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，并依托相關(guān)的在線教學(xué)平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)通訊工具展開了線上教學(xué)及相關(guān)實(shí)踐，其中包括了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)、普通物理實(shí)驗(yàn)及師范生演示實(shí)驗(yàn)等。作為一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)引起全國(guó)高等院校老師的關(guān)心與探索[2～6]。結(jié)合我校的現(xiàn)有資源及儀器條件，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段，在疫情期間進(jìn)行了積極探索，并根據(jù)教學(xué)反饋及時(shí)調(diào)整思路及方案，高質(zhì)量地完成了實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。

二、積極啟動(dòng)緊急方案，精準(zhǔn)布置教學(xué)任務(wù)

收到教育部的《應(yīng)對(duì)新型冠狀病毒感染肺炎疫情防控工作方案》等文件通知后，江蘇師范大學(xué)即刻成立新型冠狀病毒肺炎疫情防控工作領(lǐng)導(dǎo)小組，印發(fā)《江蘇師范大學(xué)疫情防控期間本科教育教學(xué)工作方案》，實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處及時(shí)發(fā)布《疫情防控期間教學(xué)科研實(shí)驗(yàn)室管理辦法》等文件。啟動(dòng)了針對(duì)本科學(xué)生、研究生及博士生的教學(xué)應(yīng)對(duì)方案，實(shí)驗(yàn)教學(xué)被重點(diǎn)關(guān)注。

從2020年2月17日開始，陸續(xù)在網(wǎng)上開展教學(xué)工作。按照教學(xué)大綱及計(jì)劃，學(xué)生可通過(guò)精品網(wǎng)絡(luò)課程獲取資源，如著名的中國(guó)大學(xué)MOOC、超星爾雅及愛(ài)課程等。采用的網(wǎng)絡(luò)授課平臺(tái)有愛(ài)課程、超星學(xué)習(xí)通和學(xué)堂在線等；采用的教學(xué)軟件有多種，如騰訊課堂、ZOOM、騰訊會(huì)議、微信WORK及QQ直播等。針對(duì)實(shí)踐教學(xué)方面，考慮到教學(xué)的特殊性，對(duì)部分公共課程的實(shí)驗(yàn)，如留學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)及師范生的教法實(shí)驗(yàn)等，采取先提供網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源，學(xué)生結(jié)合課本自主預(yù)習(xí)，而后線上講授實(shí)驗(yàn)原理，通過(guò)虛擬仿真平臺(tái)及智能手機(jī)軟件等進(jìn)行居家訓(xùn)練獲取并處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而后提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。通過(guò)這種方式，來(lái)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐創(chuàng)新精神。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案的實(shí)施及相關(guān)問(wèn)題

為保證教學(xué)任務(wù)的順利實(shí)施，制定了分階段任務(wù)，采用策略為理論在先，動(dòng)手操作在后，分成三個(gè)階段。第一階段：線上慕課資源+課件+視頻預(yù)習(xí)；第二階段：線上講授+虛擬仿真實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練+居家動(dòng)手實(shí)踐；第三階段：線下測(cè)量數(shù)據(jù)+完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

(一)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案的實(shí)施。學(xué)習(xí)中，多數(shù)班級(jí)為第二學(xué)期的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生普遍掌握了測(cè)量、誤差與數(shù)據(jù)處理相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，具備主動(dòng)學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)的基本條件。在課程講授之前，授課教師通過(guò)班級(jí)QQ群發(fā)布相關(guān)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的平臺(tái)及相關(guān)章節(jié)，并通過(guò)學(xué)校自主建立的網(wǎng)盤“師大方云”為學(xué)生提供相關(guān)的學(xué)習(xí)課件。同時(shí)還設(shè)立一些問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生展開自主學(xué)習(xí)尋找答案。在教學(xué)內(nèi)容方面，安排一些容易完成的實(shí)驗(yàn)。在選擇實(shí)驗(yàn)方面，我們充分參考物理實(shí)驗(yàn)方面專業(yè)期刊推薦的方案及國(guó)內(nèi)知名大學(xué)的成熟方案，涵蓋經(jīng)典物理學(xué)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有“單擺法測(cè)量重力加速度”、“數(shù)字存儲(chǔ)式電子示波器的使用”、“自設(shè)計(jì)方案測(cè)光盤柵格常數(shù)”、“用手機(jī)測(cè)量聲速”、“感受音色的差別”及“共振現(xiàn)象的驗(yàn)證”等。開設(shè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容兼顧深度及居家實(shí)現(xiàn)的難易程度。

(二)實(shí)踐過(guò)程中的問(wèn)題。該方案對(duì)學(xué)習(xí)流程進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，但在課程教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，仍遇到很多問(wèn)題。其中，有四種情況發(fā)生比例較高：a學(xué)生的個(gè)人電腦/手機(jī)操作系統(tǒng)與網(wǎng)課軟件不匹配；b居家網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性差，收看直播較難；c實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備困難，無(wú)法開展居家實(shí)驗(yàn)；d實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量較差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差較大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均一個(gè)班級(jí)出現(xiàn)情況a約占23%。網(wǎng)課用的主流軟件一般配置較高，需使用相關(guān)插件。較低的硬件配置及較早的操作系統(tǒng)支持效果差強(qiáng)人意。部分學(xué)生手機(jī)系統(tǒng)版本較低，硬件配置不夠，出現(xiàn)緩沖費(fèi)時(shí)、播放卡頓等現(xiàn)象。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)需個(gè)人電腦配置虛擬環(huán)境，安裝在WIN7及以上操作系統(tǒng)。非Windows電腦操作系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)無(wú)法使用的狀況。情況b較多地出現(xiàn)在開展初期，因?yàn)槿珖?guó)的大中小學(xué)生幾乎都在同一時(shí)段開展在線學(xué)習(xí)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁擠出現(xiàn)高的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間延遲。出現(xiàn)情況c的學(xué)生約15%左右，他們居住地較偏遠(yuǎn)，無(wú)法通過(guò)便捷的渠道準(zhǔn)備相關(guān)器材。情況d出現(xiàn)比例較大，平均單個(gè)實(shí)驗(yàn)有35%左右，計(jì)算結(jié)果誤差較標(biāo)準(zhǔn)值最多可達(dá)±15%。這種情況多因?yàn)闇y(cè)量裝置精度低及操作步驟不合理，還有其它狀況，如上課時(shí)間無(wú)法保證等。

四、靈活多樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)解決方案

面對(duì)突如其來(lái)的問(wèn)題，沒(méi)有“答案”可參考，且必須及時(shí)解決。本著以學(xué)生為中心，以掌握知識(shí)為目的，實(shí)驗(yàn)中心緊急召開線上會(huì)議，并討論出可行方案，即全時(shí)段學(xué)習(xí)。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)較差無(wú)法實(shí)時(shí)收看直播的，老師提供錄播視頻，學(xué)生擇時(shí)收看；硬件配置低無(wú)法開展在線學(xué)習(xí)，可以先自學(xué)，待返校后繼續(xù)學(xué)習(xí)；無(wú)法準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材的，可以手工制作替代儀器；誤差較大的，在考慮操作步驟規(guī)范性之后，認(rèn)為計(jì)算結(jié)果誤差滿足在±8%之間為合理。另外還加強(qiáng)即時(shí)聊天群組內(nèi)的討論，做到有問(wèn)題及時(shí)處理。最后，根據(jù)各環(huán)節(jié)在學(xué)習(xí)中貢獻(xiàn)，對(duì)總評(píng)分?jǐn)?shù)設(shè)定了相對(duì)合理的比例：預(yù)習(xí)+直播考勤占20%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告占40%，居家實(shí)驗(yàn)視頻(或返校學(xué)習(xí))占40%。這樣一來(lái)，學(xué)生明晰各學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的比重，從而放心地開展網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)。

五、教學(xué)效果及啟發(fā)

以網(wǎng)絡(luò)工具為手段，全過(guò)程、全時(shí)段的學(xué)習(xí)覆蓋，保證了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的透徹把握，使得多數(shù)大學(xué)生獲得較滿意的成績(jī)。2020年秋季學(xué)期，學(xué)生返校后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，大概只有不到10%的同學(xué)需要到實(shí)驗(yàn)室重新學(xué)習(xí)，與調(diào)研其他兄弟高校得到的數(shù)據(jù)相當(dāng)。

部分優(yōu)秀同學(xué)在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)儀器的缺點(diǎn)，提出改進(jìn)方案并制作出實(shí)驗(yàn)作品，參加了第六屆全國(guó)大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽及第十七屆江蘇省高校大學(xué)生物理及實(shí)驗(yàn)科技作品創(chuàng)新競(jìng)賽等，取得較好的成績(jī)。高年級(jí)師范專業(yè)的同學(xué)還對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行發(fā)掘，制作授課視頻參加物理實(shí)驗(yàn)講課比賽，在第六屆全國(guó)大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽(創(chuàng)新賽)講課比賽中取得二等獎(jiǎng)的佳績(jī)。

通過(guò)該過(guò)程，我們深感學(xué)生的學(xué)習(xí)能力及創(chuàng)新能力。只要方案正確，內(nèi)容合理，形式恰當(dāng)，學(xué)生的積極性和主動(dòng)性得到激發(fā)，產(chǎn)生巨大的學(xué)習(xí)動(dòng)力，達(dá)到較優(yōu)的實(shí)踐教學(xué)效果。

六、結(jié)語(yǔ)

物理實(shí)驗(yàn)是一門實(shí)踐性強(qiáng)的課程。實(shí)踐證明，在特殊時(shí)期依托現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)工具，采用靈活多樣的教學(xué)方式，以學(xué)生為中心，能充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而保證教學(xué)任務(wù)的順利完成。這種線上線下虛實(shí)結(jié)合的學(xué)習(xí)方式為本科生的實(shí)踐學(xué)習(xí)探索一種新模式。學(xué)生返校后的問(wèn)卷調(diào)查中，一些同學(xué)反饋說(shuō)沒(méi)有哪一年比今年學(xué)得更充分。從而表明該模式的合理性。