曹顯瑩，曲　陽

(哈爾濱石油學(xué)院 實驗中心，黑龍江 哈爾濱 150028)

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基于慕課模式的大學(xué)物理實驗教學(xué)改革與創(chuàng)新

曹顯瑩，曲陽

(哈爾濱石油學(xué)院 實驗中心，黑龍江 哈爾濱 150028)

摘要：通過對傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀的分析與討論，指出了目前大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)方法單一、枯燥，針對大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)方法進(jìn)行研究，把慕課模式引入大學(xué)物理實驗課中，將慕課模式的學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)模式的課堂教學(xué)相結(jié)合，把學(xué)習(xí)理論知識放在慕課中，實驗操作部分放在傳統(tǒng)的課堂中，此方法可充分調(diào)動學(xué)生的積極性與主動性，并能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新精神，從而提高大學(xué)物理實驗課的教學(xué)質(zhì)量.

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實驗；慕課；教學(xué)方法

在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，高等理工院校人才培養(yǎng)的要求逐漸提高，大學(xué)生必須具備堅實的物理基礎(chǔ)、出色的動手實踐能力和勇于開拓的創(chuàng)新精神. 大學(xué)物理實驗是基礎(chǔ)教學(xué)的重要組成部分，是系統(tǒng)地訓(xùn)練學(xué)生掌握實驗方法和實驗技能的開端，這門課程內(nèi)涵豐富，覆蓋面廣，信息量大，對于激發(fā)學(xué)生想象力、創(chuàng)造力，培養(yǎng)和提高學(xué)生獨立開展科學(xué)研究能力具有不可替代的作用，所以學(xué)好物理實驗對于廣大理工科學(xué)生來說是十分重要的. 目前，對于傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗教學(xué)存在幾點問題[1]：

1)教學(xué)模式呆板，教學(xué)內(nèi)容固定、陳舊，以教師為中心，教師指定學(xué)生完成相應(yīng)的實驗內(nèi)容，學(xué)生被動地按照要求和操作步驟進(jìn)行實驗，使學(xué)生對本來有趣的實驗失去興趣，這種教學(xué)模式無法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神.

2)學(xué)習(xí)時間固定，學(xué)生只能在短短的課堂時間內(nèi)完成教師所要求的實驗內(nèi)容，這樣就避免不了有些學(xué)生為了應(yīng)付而學(xué)習(xí).

3)考核制度不完善，一般成績考核都以教師為中心，很難做到公平、公正.

近幾年，慕課像一場全球性的數(shù)字海嘯，給世界高等教育帶來了巨大的沖擊，引發(fā)了一場教育的風(fēng)暴.

慕課(MOOCs)是 Massive open online courses[2]的簡稱，其意為：大規(guī)模開放性的在線課程. 慕課不僅是學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)者的聚集，更是一種通過共同話題或某一領(lǐng)域的討論將教師和學(xué)習(xí)者連接起來的方式[3]. 隨著信息技術(shù)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普及，慕課受到了IT精英和教育專家們的高度關(guān)注[4]. 慕課相對于傳統(tǒng)教學(xué)具有如下特點：第一，課程時間較短，這要求課程更突出精華；第二，學(xué)生可以隨時隨地去學(xué)習(xí)，改變了傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式；第三，將學(xué)生從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變成主動思考.

本文針對現(xiàn)有的大學(xué)物理實驗教學(xué)模式展開研究，把慕課模式引入大學(xué)物理實驗課中，將慕課模式的學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)模式的課堂教學(xué)相結(jié)合，把學(xué)習(xí)理論知識放在慕課中，將實驗操作部分放在傳統(tǒng)的課堂里，這樣學(xué)生就可以自行選擇學(xué)習(xí)時間和學(xué)習(xí)地點，不受傳統(tǒng)課堂的時間和地點限制，只要有網(wǎng)絡(luò)的地方學(xué)生均可學(xué)習(xí)，然后在課堂上進(jìn)行實驗操作以及數(shù)據(jù)處理等過程，最后進(jìn)行課堂討論，這樣既節(jié)省了課堂上理論知識的講授時間，又增加了學(xué)生的實驗操作時間和討論環(huán)節(jié)，并且學(xué)生有充分的時間來自主設(shè)計實驗方案，組裝實驗儀器，從而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新意識.

1傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗教學(xué)模式分析

對石油工程系、機械自動化工程系的大學(xué)物理實驗課的預(yù)習(xí)情況和實驗操作成績進(jìn)行統(tǒng)計. 表1是石油工程系和機械自動化工程系學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，從表中可看出的有5%的學(xué)生沒有預(yù)習(xí)報告，86%的學(xué)生的預(yù)習(xí)報告照抄實驗教材，只有10%的學(xué)生能夠真正地查文獻(xiàn)找資料，完成預(yù)習(xí)過程. 分析原因有以下幾點：1)由于學(xué)生是非物理專業(yè)，所以對物理實驗的重視度不夠，學(xué)習(xí)不積極主動. 2)學(xué)生不知道應(yīng)該怎樣預(yù)習(xí)物理實驗，從而導(dǎo)致預(yù)習(xí)報告只能照抄教材. 3)學(xué)生接受了以往的灌輸模式學(xué)習(xí)，不愿意由被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，這就造成了學(xué)生在課堂上過于依賴教師的講解和演示，而實驗課時不充足，若占用過多時間進(jìn)行講解和演示，學(xué)生動手的時間就會很少，達(dá)不到實驗教學(xué)的真正目標(biāo)與效果[4]. 從而導(dǎo)致實驗操作考核成績不及格的人數(shù)較多.

表1　石油工程系、機械工程系學(xué)生的預(yù)習(xí)情況

表2是石油工程系與機械自動化工程系的實驗操作考核成績，從表2能夠看出僅有18%的學(xué)生獲得實驗操作部分的優(yōu)秀成績，而大多數(shù)的學(xué)生操作成績達(dá)到及格，有23%的學(xué)生在操作部分無法拿到及格的分?jǐn)?shù). 這一結(jié)果說明了學(xué)生無法獨立地完成整個實驗過程，并且不會進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、誤差分析，在實驗中出現(xiàn)問題不能獨立解決，只能求助于教師.

表2　石油工程系、機械工程系實驗操作成績

為了更好地解決以上問題，將“慕課”的教學(xué)形式融入大學(xué)物理實驗課程. 通過慕課，學(xué)生在實驗前進(jìn)行個性化地自主學(xué)習(xí)完整個實驗課程，避免了學(xué)生預(yù)習(xí)不理想的情況，在課堂上進(jìn)行有序的實驗，在教師帶領(lǐng)下進(jìn)行設(shè)計實驗方案，動手組裝實驗儀器，討論實驗結(jié)果，從而使學(xué)生真正地理解實驗的真諦，不會出現(xiàn)考試過程中不會操作，對實驗現(xiàn)象不會分析等情況.

2大學(xué)物理實驗課程融入“慕課”的教學(xué)形式，改革其教學(xué)方法

以增強學(xué)生科學(xué)素質(zhì)、提高學(xué)生科學(xué)思維意識為準(zhǔn)則，通過改善教學(xué)模式，使學(xué)生由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變成主動學(xué)習(xí)，鼓勵學(xué)生為自己的學(xué)習(xí)負(fù)責(zé)，從而提高大學(xué)物理實驗教學(xué)質(zhì)量，改革的課堂教學(xué)方案如圖1所示.

圖1　大學(xué)物理實驗教學(xué)改革方案

2.1慕課模式的學(xué)習(xí)

學(xué)生可以通過在線視頻學(xué)習(xí)實驗課程，包括學(xué)習(xí)實驗背景、實驗原理、實驗內(nèi)容、實驗步驟等，與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，慕課模式的優(yōu)點是學(xué)習(xí)者可以自行選擇學(xué)習(xí)時間及學(xué)習(xí)地點，同時可以針對不懂的部分有針對性地進(jìn)行回放學(xué)習(xí)，直到能夠完全看懂、學(xué)會為止. 這樣不僅可以減少教師在課堂的講授時間，而且能夠提升學(xué)生在課堂的自信心，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果.

視頻可選取國內(nèi)外著名高校的教學(xué)視頻拼接，也可請有經(jīng)驗的一線教師錄制. 學(xué)生可以借助在線習(xí)題進(jìn)行自測以鞏固學(xué)習(xí)效果、加深理解實驗原理. 習(xí)題及答案由專家及有經(jīng)驗的一線教師擬定并發(fā)布. 當(dāng)完成此次課程后可進(jìn)入在線虛擬課堂與其他在線學(xué)習(xí)者進(jìn)行交流互動，在進(jìn)一步加強對本次課程的理解的同時進(jìn)行實驗內(nèi)容以及實驗方案的討論，也可將問題以討論帖的形式掛于虛擬課堂的虛擬“黑板”上，待后來的學(xué)習(xí)者參與分析與討論，同時教師定期或不定期上線給予疑難問題的解答與指導(dǎo).

通過這種慕課模式的學(xué)習(xí)、討論，學(xué)生由被動參與者變成了主動學(xué)習(xí)者，并且只要有網(wǎng)絡(luò)的地方，學(xué)生可以隨時隨地學(xué)習(xí)，解決了課堂教學(xué)局限性的問題.

2.2課堂教學(xué)模式改革

通過在線學(xué)習(xí)，學(xué)生對實驗原理、實驗內(nèi)容、實驗操作步驟已經(jīng)初步掌握，教師和學(xué)生共同走進(jìn)傳統(tǒng)的課堂進(jìn)入動手操作環(huán)節(jié).

1)首先要求學(xué)生按實驗教材內(nèi)容順利完成實驗，并對產(chǎn)生的實驗現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷實驗結(jié)果是否符合理論預(yù)期.

2)學(xué)生完成指定的實驗后，教師引導(dǎo)學(xué)生對此實驗進(jìn)行討論，討論的內(nèi)容由淺入深，一般包括：出現(xiàn)某種實驗現(xiàn)象的原因，數(shù)據(jù)中誤差的來源，如何減小測量過程中出現(xiàn)的誤差，計算誤差的不確定度，制定其他可行的實驗方案，等等.

3)通過由淺入深地學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠自己設(shè)定實驗方案，教師對學(xué)生設(shè)定的實驗方案進(jìn)行修改，幫助學(xué)生順利完成實驗. 在設(shè)計實驗方案的過程中，學(xué)生能夠掌握主動權(quán)，有獨立思考的機會，能夠清楚哪些是自己的強項和弱項，從而取長補短，關(guān)注如何提高自身學(xué)習(xí)能力的策略和習(xí)慣.

4)學(xué)生獨立搭建實驗裝置，完成整個實驗過程. 在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生自己搭建新的實驗裝置，并完成實驗數(shù)據(jù)的測量和處理過程，并進(jìn)行誤差分析與計算. 在這個過程中，學(xué)生認(rèn)為在學(xué)習(xí)中值得冒險嘗試新方法，他們能夠從錯誤中吸取經(jīng)驗，舉一反三，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和對科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度. 在這個過程中，學(xué)生與教師的共同學(xué)習(xí)，減少了距離感，有利于教師因材施教.

2.3成績考核制度改革

嚴(yán)格的考核制度是保證優(yōu)良教學(xué)質(zhì)量必不可少的前提條件[3]. 目前，大學(xué)物理成績考核制度分為實驗操作與筆試成績，比例分配各占50%. 為提高學(xué)生對實驗的積極性，改變成績考核制度，將成績考核分為線上自測、實驗操作和筆試成績，比例分別為1∶4∶5，滿分為100分.

對于能力較強的學(xué)生可以申請期末考試免試，申請免試的學(xué)生除要取得平時的基本實驗、綜合訓(xùn)練、考題討論課等教學(xué)環(huán)節(jié)的優(yōu)異成績外，學(xué)生還要選擇教師設(shè)置的一些創(chuàng)新型實驗，要求學(xué)生自己查閱資料、分析理解、制定實驗方案，學(xué)生可以在開放的實驗室里改進(jìn)或重新制作實驗裝置，設(shè)計新的實驗內(nèi)容，并完成實驗研究論文[4].

3融入慕課思想的教學(xué)實踐

作者于2015年3月針對邁克耳孫干涉實驗課對本校2014級140306班采取了試點教學(xué). 首先準(zhǔn)備預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)的視頻，視頻內(nèi)容主要為邁克耳孫干涉實驗的背景、實驗原理以及實驗內(nèi)容. 學(xué)生在課下預(yù)習(xí)視頻，了解邁克耳孫干涉實驗的精髓及實驗內(nèi)容. 課堂上教師運用10 min講解操作實驗儀器的注意事項，留給學(xué)生45 min進(jìn)行基于邁克耳孫干涉儀的光波長測量實驗，并利用剩余的35 min由教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論. 討論題目根據(jù)實驗內(nèi)容預(yù)先設(shè)計好，例如：最初設(shè)計邁克耳孫干涉儀的目的是什么？現(xiàn)今邁克耳孫干涉儀的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些問題？等等，以此提高學(xué)生對邁克耳孫干涉實驗內(nèi)涵的理解.

通過上述教學(xué)環(huán)節(jié)2014級140306班所得成績列于表3，同時將2013級130305班的邁克耳孫干涉實驗課成績作為對比也列于表3. 2013級130305班人數(shù)為35人，采用的是傳統(tǒng)的教學(xué)模式，2014級140306班的人數(shù)是33人，采用的是本文所述的教學(xué)模式. 通過表3的數(shù)據(jù)可以看出：1)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)優(yōu)秀和良好的比例明顯增大，成績提高顯著；2)實驗操作環(huán)節(jié)的成績提高并不明顯；3)實驗報告成績有所提高. 通過課堂狀態(tài)分析，實驗操作環(huán)節(jié)的成績提高不明顯的原因是課堂操作時間短，在增加課堂操作時間的同時需要有針對性地增加學(xué)生動手能力的訓(xùn)練.

表3　近2年的邁克耳孫干涉實驗課成績統(tǒng)計表

4結(jié)束語

本文將慕課模式引入大學(xué)物理實驗課中，將慕課模式的學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)模式的課堂教學(xué)結(jié)合，在大學(xué)物理實驗課堂充分利用慕課的優(yōu)勢，縮短了教師講解環(huán)節(jié)和機械式的重復(fù)過程，留出大部分時間用于學(xué)生實驗操作時間和討論，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的主動性，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新意識，從而提高了物理實驗教學(xué)質(zhì)量.

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[責(zé)任編輯：郭偉]

Reform and innovation of college physics experiment teaching method based on MOOCs mode

CAO Xian-ying, QU Yang

(Experiment Center, Harbin Institute of Petroleum, Harbin 150028， China)

Abstract:Through the analysis and discussion of the status of traditional university physics experiment teaching, the teaching method of experiment of college physics were monotonous and boring. To solve these problems, the reform of teaching methods to enhance the teaching quality of experiment of college physics was discussed. MOOCs mode and traditional classroom instruction mode were combined, theory was learned in MOOCs and operation was carried out in traditional classroom. The enthusiasm and initiative of students were aroused by this teaching methods, their scientific literacy and innovative spirit were also developed, thus the teaching quality was improved.

Key words:college physics experiment; MOOCs; teaching method

中圖分類號：G642.423

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1005-4642(2016)05-0025-04

作者簡介：曹顯瑩(1984-)，女，山東邳墨人，哈爾濱石油學(xué)院實驗中心講師，碩士，從事物理實驗教學(xué)研究工作.

收稿日期：2015-12-24；修改日期：2016-03-03