《大学物理实验》线上+线下混合式教学模式研究_闫志巾.pdf

第 36 卷第 1 期大学物理实验Vol36 No12023 年 2 月PHYSICAL EXPEIMENT OF COLLEGEFeb2023收稿日期:2022-09-29基金项目:西安理工大学教育教学改革研究项目(xjy2146)*通讯联系人文章编号:1007-2934(2023)01-0140-04大学物理实验 线上+线下混合式教学模式研究闫志巾*，陈素果(西安理工大学 应用物理系，陕西 西安710054)摘要:针对大学物理实验课程的实践性，根据我校专业特色，依托目前开设的大学物理实验内容，建立在线开放课程，全方位解决学生在课前预习、课堂实验操作及课后实验报告这三个主要环节中的学习问题，突破传统的实验课教学模式，积极探索线上线下相结合的混合式教学模式，提高我校理工科学生的大学物理实验课的教学效果。关键词:大学物理实验;线上线下;教学模式中图分类号:G 642文献标志码:ADOI:1014139/jcnkicn22-1228202301030大学物理实验 投稿网址:http:/dawushiyanjlicteducn大学物理实验是理工科本科生的一门必修基础实验课程，也是学生进入大学后接受系统实验方法和实验技能训练的开端，是后续专业实验课程学习的基础，对培养学生的创新能力、实践能力以及科学探索精神具有重要意义1-4。2020 年春季学期，受新冠病毒疫情的影响，国内高校延期开学。教育部提出利用网络平台，实现“停课不停教，停课不停学”5-8。高校教师积极探索利用各种网络直播平台开展理论课程的线上教学9-11，而大学物理实验是一门实践性课程，不同于理论课教学，教学的核心任务是通过对仪器设备的具体操作，达到锻炼学生动手能力、培养学生实验素养的目的12-14。在这个特殊的条件下，西安理工大学采用“腾讯课堂+科大奥锐虚拟仿真+QQ 群答疑”的教学模式为全校本科生开设大学物理实验课程，物理系全体教师高质量地完成了全部教学任务。本文通过总结 2020 年疫情期间大学物理实验的授课经验，从实验课程的授课特点出发，开展大学物理实验课程线上+线下相结合混合式教学模式研究。1大学物理实验教学现状目前我校的大学物理实验教学环节中，每个学生需要在课前完成实验项目的预习，课堂单人单套仪器完成实验操作，课后根据实验结果完成实验数据的处理工作，最后提交一份完整的实验报告。在实践教学过程中存在以下几个问题。11课时安排紧凑大学物理实验和大学物理课程同步进行，分为大学物理实验上和下，共 2 个学期。每个学期安排 9 个实验内容，共 18 个实验，包括基础性实验、近代物理实验、综合设计与现代物理应用实验及计算机仿真实验，内容涵盖了力学、热学、声学、光学、电磁学和近代物理实验15，图 1 为大学物理实验教学内容关系图。由于实验内容和理论内容不能做到完全同步，因此会出现学生在上实验课时的理论知识滞后于实验内容的现象。例如:用光栅测量光波波长、迈克尔逊干涉仪的调整和使用以及等厚干涉这三个光学实验，需要学生具备一定的波动光学的知识，如果学生在学习波动光学的理论知识之前就需要完成这些实验项目时，任课教师在实验原理的讲授中就必须介绍相关的理论内容，导致实验原理的讲授时间增长，压缩了学生的独立操作时间。图 1大学物理实验教学内容关系图12课前预习效果不佳为了提高课堂效率，上课之前需要学生提前了解本次实验的目的、学习实验仪器的原理及操作、理解实验原理、熟悉实验步骤及实验注意事项，并完成实验预习报告。在实验预习环节中，学生通常是通过读取纸质版大学物理实验教材中的文字，依靠之前所学的物理知识以及对物理实验的积累进行推断，并不能直观地从教材中掌握实验原理、熟悉实验仪器、了解实验步骤、观察实验现象，因此课前预习就成了一种形式，只是完成了预习报告，对实验内容的课前学习难以达到理想的预习效果。13实验独立操作时间受限由于预习效果不佳且课堂教学时间受限，导致学生进入实验室后很难在短时间内理解实验原理，部分学生选择放弃理解原理，只关注实验操作以求尽快完成实验内容。在相关基础知识欠缺且教学时间受限的情况下，学生以“尽快完成实验内容”作为目标带来的后果是只知道如何进行实验操作，忽略了对实验原理的理解，限制了对学生综合实验能力的培养。14数据处理不规范，抄袭实验报告大学物理实验课的第一次课是绪论，共 3 课时，学习实验数据的主要处理方法和测量误差分析，绪论课的难点和重点多，但授课时间短，需掌握的内容也非常多且难度大。对大部分学生来说，通过绪论课的学习并不能掌握实验数据的处理方法。因此，大部分学生不具备课后科学规范地处理实验数据的能力，为了完成实验报告，经常会出现互相抄袭实验数据处理结果的现象。通过分析上述大学物理实验课的教学现状，根据我校的专业特色，结合物理实验课的课程特点，坚持以教师为主导、学生为主体的原则，充分调动学生学习的积极性，对大学物理实验课进行教学改革。2线上+线下混合式教学研究综合大学物理实验课程的实践性以及线下教学模式的不可替代性，依据线下教学模式积累的教学经验，建立一个涵盖实验预习、实验原理及操作讲解、数据处理方法讲授的线上教学模式，充分发挥学生学习的主动性，全方位助力学生理解并完成实验，形成线上线下相结合的教学模式，有助于提高大学物理实验课程的教学效果。目前国内已有多个高校建立了虚拟仿真实验平台，但是每所高校由于专业特色不同开设的实验项目和实验内容不同，使用的实验仪器也有差别，如若完全采用其他高校的网上实验教学平台，必然不能满足我校大学物理实验课程的教学需求。因此，本文根据我校的专业特点，结合已有的实验仪器，对我校开设的大学物理实验项目进行教学改革研究探索，将虚拟仿真实验、在线开放课程和实体实验相结合，构建以线下教学为主、线上教学为辅的混合式大学物理实验教学模式，积极探索适用于混合式教学模式的成绩评价方式。信息化时代教学模式需将在线开放课程与传统大学物理实验相结合，大学物理实验线上+线下混合教学模式研究框图如图 2 所示。141第 1 期闫志巾，等:大学物理实验 线上+线下混合式教学模式研究图 2大学物理实验线上+线下混合教学模式21依托我校现有实验内容建设在线开放课程根据目前我校开设的大学物理实验课程的实验项目建立在线开放课程，由视频资源、虚拟仿真和学习文档三部分组成。视频资源学习库包含实验背景的介绍、实验原理的讲解、实验装置的介绍及使用注意事项，保证学生在课前独立完成预习时能全面了解本次实验的相关理论知识，熟悉实验仪器的使用方法，充分发挥预习的作用。为了让学生能够更好的理解实验原理，对一些只利用实物照片和实验演示不能直观展示的实验内容，如光学实验“迈克尔逊干涉仪的调整和使用”，结合计算机和声像技术的特点，利用虚拟仿真及动画的方式准确、直观地展示实验现象，有助于加深学生对实验原理的理解。针对学生课后缺乏科学规范处理数据的能力，在线开放课程的学习文档部分将提供相关实验内容数据处理方法的详细讲解资料，提高学生对知识的理解能力和应用能力。22探索线上教学与线下教学相结合的混合式教学模式以在线开放课程作为线上教学资源，学生根据个人的时间可以随时随地的通过手机或计算机等移动电子设备进行传统物理实验中的课前与课后的自主学习，在上课之前完成实验的预习内容。针对学生预习过程中的难点问题，教师在线下实体教学中有所侧重，在有限的课堂教学时间内，可以把更多的时间交给学生自主完成实验内容，充分锻炼学生的实验操作水平，通过师生间、学生间的交流讨论，增强学生的动手实践能力，培养学生分析问题解决问题的能力。同时，在线上教学资源中设置百科栏目，介绍一些经典的物理实验开阔学生的知识面，激发学生的求知欲;通过讲述物理学家的故事培养学生不怕困难、积极进取的探索精神。针对不同专业对物理知识的需求不同，设置与本专业相关的选修实验，如光信息专业多开设光电方面的实验，电子专业多开设电磁学类的实验，土木专业多开设力学实验。23探索适用于混合式教学模式的成绩评价方式实验开课前，学生通过在线课程完成预习后，需要完成相关难度较小的测试题，测试成绩合格后，方能进入课堂进行实践操作。课后学生完成相关实验报告及线上测试题，对报告处理不正确，测试不过关的学生，要求学生重新学习。教师在成绩评定过程中可以根据在线开放课程的反馈信息，如学生在线开放课程学习的次数、时间、时长等参数精确客观地评价学生的课前学习情况，并作为评定学生预习成绩的一个参考因素，提高平时成绩在总评成绩中的占比，改变目前仅靠实验预习报告决定预习成绩这种单一的评价模式，精确客观地评价学生的课前课后学习情况，同时结合学生在独立实验过程中的课堂表现对每一个学生的学习效果进行跟踪评价，多方位全面客观地评价学生的成绩等级。不断完善大学物理实验教学模式，提高教学质量，实现以线上教学为辅，线下教学为主的线上线下相结合混合式教学模式。3线上+线下混合式教学模式的教学特色本文提出以线上教学为辅，线下教学为主，线上线下相结合的混合式教学模式，这种教学模式有以下三个方面的特色:31学习资源更丰富通过建立在线开放课程体系，学生可利用的学习资源将不再局限在一本纸质版的课本，学习资源多种多样，如:虚拟仿真实验、各种视频资源及学习文档等。这些丰富的线上学习资源为学生提供了更多获取知识的途径，学生可以根据所学内容按照个人的学习习惯选择适合自己的在线资源，直观、独立、高效地完成实验课的课前预习及课后数据处理等学习任务。32学习的自主性更强学生通过线上开放课程自主完成课前和课后的学习内容，学习的时间、地点、时长和学习方式完全可以根据个人情况自主安排。通过虚拟仿真实验可以提前了解学习相关的物理实验现象，对物理知识的直观学习可以激发学生的学习热情，提高学生学习的积极性和主动性，让学生从从“让我学”转换为“我要学”，“被动学”转换为“主动学”，从根本上改变了学生的学习态度，提高了241大学物理实验2023 年学生学习的主动性和自主性。33成绩评价方式多样化实验课成绩的评价方式一直以来比较单一，多数学校是结合实验预习、实验操作和实验报告这三方面给出一个综合成绩。我校一直以来采用部分学生免试+部分学生考试的评价模式。任课教师根据学生的纪律、预习、操作、选做和报告这五项内容对学生进行定量打分，根据成绩的高低决定是否具有免试资格。但学生在预习和报告这两个环节有时会出现抄袭现象影响了成绩的公平性。采用线上+线下相结合的教学模式，在对学生的预习和报告这两个环节进行评价时，不仅可以查看学生预习报告和实验报告的完成质量，还可以结合在线开放课程的学习情况，从学生的在线学习时长、学习内容、回答问题的情况进行综合评价，全面评定学生的课前预习成绩和课后学习成绩。线上+线下多种方式相结合的评价方式可以最大限度的综合考量学生的成绩，可以更客观更公正地评价学生的综合成绩。4结语将在线开放课程与传统大学物理实验相结合的教学模式符合信息化时代的发展要求，基于实验课程具有实践性这一特殊性，本文提出以线下教学为主、线上教学为辅的混合式大学物理实验教学模式。通过建设在线开放课程体系，为学生课前学习提供丰富的学习资源，学生可以通过手机或计算机灵活方便的安排实验课程的课前预习及课后学习的相关内容，以此线上自主学习作为辅助教学模式，提高课前预习效率，改善课后学习效果;充分利用虚拟仿真实验的直观性，提高学生对实验原理的理解，让学生在线下实体实验中享受自己动手实践的乐趣，切实提高大学物理实验课程的教学效果，增强理工科学生的动手实践能力，为提高学生的创新能力打下良好的基础。参考文献:1 闫红霞，葛桂贤大学物理实验中课程思政的探索与实践 J 科教导刊，2021(21):129-131 2 苗永平，于阳，李忠丽，等新冠疫情常态化背景下大学物理实验教学实践J 大学物理实验，2021，34(2):115-119 3 孙艳，于丹，高源，等疫情下大学物理实验课程教学的变革及思考 J 高教学刊，2021(18):131-134 4 杨琴大学物理教学中“课程思政”及仿真实验相结合的探索 J 物理通报，2021，1:33-35 5 李冬萍，张彦敏，姜永清“大学物理实验”