混合式實驗教學在大學物理教學中的應用探討

鞏朝暉 陶威龍 游章海 魏輝

摘要：我國重視大學物理實驗混合式教學的研究，將網絡技術引入教學課程，設計出仿真實驗。針對實驗教學中存在的問題以及應對措施進行系統總結，為進一步將混合式實驗教學列入正常教學計劃奠定基礎。目前，我們還在不斷豐富和完善混合式實驗教學方案，致力于線上線下混合實驗平臺的建設， 期待有更多、更好的線上實驗涌現，進一步推動混合式實驗教學向縱深發展。

關鍵詞：大學物理實驗;混合式教學;教學方案;宅家實驗;仿真實驗

由于我國特殊國情，決定在全國高校實施在線教學，其中既包括理論課，也包括實驗課。指導意見發布后，各地高校快速響應，按照“停課不停教、停課不停學”的要求，制訂在線教學方案。

一、教學方案

實驗課程，脫離了實驗室能不能進行在線教學？怎樣進行在線教學？在線教學效果如何？這些問題對全體實驗指導教師而言都是一次全新的探索和挑戰。大學物理實驗是一門實踐性課程，不等同于理論課教學，其教學的核心任務是通過對儀器設備的具體操作，達到鍛煉學生動手能力、培養學生實驗素養的目的。在實驗課程停擺的四周里，大學物理實驗教學團隊迅速行動起來，通過開展線上線下教學研討，借鑒學習全國高校優秀經驗，統一思想，最終制訂了線上實驗和線下實驗相結合的混合式教學方案，采用網絡錄播+宅家實驗+虛擬仿真+釘釘群答疑的教學模式。網絡錄播用于緒論課，講授數據處理的方法、實驗理論及操作的講解、實驗結束后的問題總結，全方位助力學生理解實驗原理、完成實驗操作、解決實驗中出現的問題。在計算機上用虛擬仿真技術模擬實驗現實效果，學生不離家即可完成實驗。課程團隊教師除了每天在評論區點評互動之外，還利用釘釘群隨時解答學生實驗過程中出現的問題，加強與學生的互動交流。

二、實驗內容

仿真實驗不需要普通意義上的實驗器材，僅利用仿真技術，建立虛擬實驗環境，學生可以在這個環境中自行設計實驗方案、擬定實驗參數、操作儀器，模擬真實的實驗過程，營造了自主學習的環境。仿真實驗不受時間和地域的限制，隨時可以完成線上實驗。本中心引進了“科大奧銳虛擬仿真系統”。該系統是國內第一套虛擬現實型的教學軟件，目前已推出多個版本。它分為力學、熱學、光學、電學、電磁學和近代物理六大類共計59個實驗。

本次選擇了7個與現用物理實驗教材內容一致的虛擬仿真實驗，分別是：落球法測定液體的黏度、三線擺法測剛體的轉動慣量、基本電學參數測量、邁克耳孫干涉儀、示波器實驗、聲速的測量、用拉伸法測楊氏模量。各專業的學生先通過軟件熟悉實驗原理、實驗內容、實驗儀器、實驗步驟，然后點擊開始實驗，通過拖動鼠標連接儀器、設定參數、調節儀器、觀察實驗現象以及記錄實驗結果。

三、問題及經驗總結

根據不同專業、學時的教學要求，安排完成不同的實驗。在線實驗教學開設以來，主要存在實驗項目設置及教學管理、仿真實驗軟件的系統兼容兩方面比較突出的問題。下面分別進行闡述。

（一）實驗項目設置及教學管理的問題

（1）本次共開設了14個實驗，涉及7個力學實驗、5個光學實驗、2個電學實驗和8個近物實驗。力學和光學實驗偏多，沒有兼顧到電學和熱學。（2）上課時間問題：在線實驗教學由于涉及54個班級的學生，每位指導教師負責一兩個實驗，也就是說，每位教師要面對54個班級的學生，每班的上課時間也不一樣，很難在同一時間面對所有學生直播實驗課程講解。（3）實驗器材問題。宅家實驗對實驗器材有一定的要求，由于涉及學生人數多，每位學生的具體情況也各不相同，會有部分學生存在無電腦、無網絡、無快遞、無智能手機等情況。（4）作業提交問題。教師要求每位學生按要求將實驗報告和實景照片保存到一個PDF文件中，規定統一的文件命名格式，但是總有少部分學生不按要求提交，導致教師接收不到這部分學生的實驗報告。

針對以上四方面問題，提出了如下的解決方法：（1）實驗項目應涵蓋力、熱、光、電四大類，接下來，14個實驗項目做如下調整：力學4個，光學4個，電學4個，熱學1～2個、電磁學1～2個。（2）教師采用錄課的形式，將每個實驗的重點和難點做詳細講解，錄制成視頻，放在群文件里，每位學生可根據自己的時間，隨時聽教師的講解。（3）對于部分確實有困難無法完成在線實驗的學生，統一安排下學期返校后到實驗室做常規實驗補上。（4）充分調動班長及課代表的積極性，以班級為單位，由班長或課代表將全班作業收齊，打包發給指導教師。缺做實驗的學生登記說明情況，以方便開學以后在實驗室安排補做實驗。

（二）仿真實驗軟件的系統兼容問題

仿真實驗是鼓勵學生使用遠程登錄來完成，在安裝過程中會出現各種各樣的問題，如提示指定路徑或磁盤上找不到文件，提示Windows已保護你的電腦無法操作，安裝過程中出現亂碼，啟動Windows update服務時提示拒絕訪問，控制面板中勾選3.5安裝時Windows無法完成請求的更改，組件存儲已損壞等。對于技術性問題，我們與科大奧銳的技術人員聯系，建立一個揚州大學虛擬仿真系統問題討論群，這樣學生遇到系統問題就可以點對點由科大奧銳的客服解決，確保仿真實驗系統正常運行。虛擬仿真實驗在軟件開發過程中，可以考慮由各學校依據自己的情況和需求進行二次開發，方便增加實驗項目，更換仿真實驗儀器，使之更加符合實驗教學需要，成為實驗學習的好幫手。

四、結語

當前的教學改革對很多師生而言，相當于一場混合式教學的“啟蒙運動”。在這次教學實踐中，呈現出兩個新變化：改變了教師的“教”，教師的教學信息素養空前提高;改變了學生的“學”，從單純的知識傳遞轉變為增進師生互動，全面提升了知識、能力、素質。在此次混合式教學實踐中，我們積累了一些寶貴經驗。如何將取得的成果推廣到今后的實驗教學工作中，實現從“新鮮感”向“新常態”轉變，這是我們接下來需要做的工作。結合我校多學科、多校區的特點，混合式實驗教學凸顯出時空不受限的優勢。

參考文獻

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