謝超然 馮志芳

摘? 要：通過對混合式教學(xué)的研究、學(xué)習(xí)和應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)對大學(xué)物理實驗進(jìn)行巧妙的混合式教學(xué)的設(shè)計，可以激發(fā)學(xué)生對實驗的興趣，提高學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，從而提高實驗教學(xué)的質(zhì)量和效果。如學(xué)生通過反復(fù)觀看有關(guān)實驗原理、實驗?zāi)康?、儀器操作等的微視頻，更加充分地掌握了相關(guān)知識;通過虛擬仿真平臺，學(xué)生可以嘗試各類實驗，了解更多實驗過程;通過線上互動，學(xué)生可以及時解決實驗過程中的問題，為后續(xù)實驗的順利完成打下堅實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：混合式教學(xué)? 在線教育平臺? 虛擬仿真? 大學(xué)物理實驗

Abstract： Through researching，studying and application for the hybrid teaching model， we find that the students interest can be stimulated by designing the hybrid teaching model for College Physics Experiment. Their practical ability is also improved. Their scientific thinking ability is improved. At the same time， the quality and effect of experimental teaching is also improved. For example， by watching repeatedly the micro-video of the experimental principle， purpose， instrument operation， students grasp fully the more knowledge. Through the virtual simulation platform， students attempt more experiments and learn more the experimental process. Through online interaction， students can solve timely the problems of the experiment process. They lay a solid foundation for the completion of the follow-up experiments.

Key Words： Hybrid teaching model; Online education platform; Virtual simulation; College physics experiment

大學(xué)物理實驗課是所有理工科院校本科生的一門基礎(chǔ)實驗必修課程，是培養(yǎng)學(xué)生實驗方法、實驗技能、科學(xué)實驗思維能力的一門重要課程，是使學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、培養(yǎng)創(chuàng)新意識、為后續(xù)課程及科學(xué)研究打好基礎(chǔ)的一門課程。如何進(jìn)行《大學(xué)物理實驗》課程的組織、實施、教學(xué)，會直接影響學(xué)生學(xué)習(xí)的效果和后續(xù)的發(fā)展，疫情期間，筆者對《大學(xué)物理實驗》課程的實施和開展作了深入的調(diào)研、實踐，借助現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)+教育的發(fā)展[1-3]，發(fā)現(xiàn)通過混合式教學(xué)設(shè)計[4-7]，可以激發(fā)學(xué)生對實驗的興趣，提高學(xué)生的動手能力和課程參與度，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，激發(fā)學(xué)生對知識的探求欲，從而提高實驗教學(xué)的質(zhì)量和效果.

1? 傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗教學(xué)的思考

1.1 教學(xué)模式單一

物理實驗的傳統(tǒng)教學(xué)模式分為五個階段：課前預(yù)習(xí)課堂操作、測量課后處理數(shù)據(jù)撰寫實驗報告教師批閱實驗報告。課前預(yù)習(xí)階段，學(xué)生僅僅是將教材中的實驗?zāi)康?、實驗原理以及實驗操作步驟不加思索的抄寫在實驗報告上，缺乏對實驗原理、過程和操作的深入思考、分析和探究;課堂測量時，因為缺乏對原理的深入了解，主要是根據(jù)教師的講解完成實驗操作和測量，對測量數(shù)據(jù)是否正確也缺乏最基本的認(rèn)知，很少自己去分析問題、解決問題;課后涉及實驗數(shù)據(jù)處理時，也不能根據(jù)實際實驗測量的特點(diǎn)，分析給出合理的數(shù)據(jù)處理方法等。綜上所述，傳統(tǒng)的教學(xué)模式不利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力。

1.2 存在相關(guān)知識講授滯后的問題

由于大學(xué)物理實驗與大學(xué)物理是相互獨(dú)立的兩門課，因此在實際的物理實驗教學(xué)過程中存在實驗所涉及的原理講授滯后于實驗操作時間，導(dǎo)致學(xué)生對于所做實驗的物理原理認(rèn)知不到位，不能快速、準(zhǔn)確的掌握實驗過程，遇到問題也不能很好地分析給出原因。此外，由于部分學(xué)生在中學(xué)階段缺少物理實驗的訓(xùn)練，甚至有部分學(xué)生沒有接觸過常用的物理實驗裝置和儀器，實際測試過程中，學(xué)生的絕大部分時間都花費(fèi)在了解實驗儀器裝置的使用以及完成本次實驗任務(wù)中，根本無暇顧及實驗過程的精確控制、實驗現(xiàn)象的精細(xì)觀測、實驗數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)讀取，也就無從談及正確判斷自己的實驗結(jié)果是否正確了。這根本無法實現(xiàn)對學(xué)生的基本科學(xué)實驗?zāi)芰退刭|(zhì)的鍛煉和提高，無法實現(xiàn)對學(xué)生自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2? 大學(xué)物理實驗混合式教學(xué)的實施

近年來，在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的快速發(fā)展下[1-2]，誕生了慕課、微課、翻轉(zhuǎn)課堂等一系列顛覆傳統(tǒng)教學(xué)模式的新的教育教學(xué)模式[3]和非常多的教學(xué)資源。新模式改變了傳統(tǒng)課堂教學(xué)中教師和學(xué)生的角色，給學(xué)生提供了更加廣闊的學(xué)習(xí)空間和更加富裕的學(xué)習(xí)時間，滿足了學(xué)生學(xué)習(xí)的個性化需求，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性;各種網(wǎng)絡(luò)資源如科大奧銳虛擬仿真實驗教學(xué)云平臺的出現(xiàn)，使混合式教學(xué)的實現(xiàn)成為可能。但在2020年之前，混合式教學(xué)更多涉及的是理論課程，相比較，實驗課程進(jìn)行混合式教學(xué)的很少。由于新冠疫情的出現(xiàn)，在教育部提出“停課不停教、停課不停學(xué)”大方向后，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)在全國得到快速的普及和發(fā)展，實驗課程的混合式教學(xué)迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。經(jīng)過大量的調(diào)研、學(xué)習(xí)、研討，也嘗試對大學(xué)物理實驗進(jìn)行了混合式教學(xué)的設(shè)計、嘗試，發(fā)現(xiàn)巧妙地進(jìn)行大學(xué)物理實驗混合式教學(xué)的設(shè)計，同樣可以提高學(xué)生網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的課堂參與度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，激發(fā)學(xué)生對未知知識的探求欲。

2.1 錄制微視頻，提升教學(xué)效果

將實驗數(shù)據(jù)處理方法、實驗誤差分析、每個實驗的實驗原理、實驗?zāi)康摹嶒瀮x器和裝置的操作使用錄制成一系列的微視頻，學(xué)生正式上課之前，可以通過在線教育平臺下載相關(guān)實驗的視頻，并完成課前預(yù)習(xí)，圖1為塞曼效應(yīng)的微視頻截圖。微視頻的優(yōu)勢是可以反復(fù)播放，通過微視頻的學(xué)習(xí)，學(xué)生在課前能夠更加清晰和全面的了解到本次實驗的基本原理、實驗儀器的詳細(xì)操作流程，這為課堂上實驗的順利完成打下了堅實的基礎(chǔ)。

以“塞曼效應(yīng)”為例，學(xué)生在《大學(xué)物理》學(xué)習(xí)時對于該實驗所涉及的原子自旋、光的偏振等實驗原理一般都缺乏感性認(rèn)識，同時，該實驗的實驗操作及實驗現(xiàn)象還涉及到F-P標(biāo)準(zhǔn)具、偏振片、1/4波片、特斯拉計等的調(diào)節(jié)與使用。對于該實驗的講解不僅將占用大量的時間，而且由于涉及的內(nèi)容較多，學(xué)生們常常出現(xiàn)丟三落四的現(xiàn)象。因此，采用“視頻教學(xué)”則可以讓學(xué)生對于實驗的預(yù)習(xí)工作更有針對性、目的性;教師在課上也可以有充足時間來指導(dǎo)學(xué)生。

2.2 引入虛擬仿真實驗，豐富實驗內(nèi)容

虛擬仿真實驗就是通過仿真實驗教學(xué)云平臺，在計算機(jī)上模擬線下實驗的過程。在虛擬仿真實驗中，實驗者可以像在真實環(huán)境的條件下，完成實驗的操作流程，并且實驗者的操作時間、操作次數(shù)都可以不受限制。因此，學(xué)生通過課前虛擬仿真實驗的訓(xùn)練可以有效地提高其對于實驗儀器、裝置使用的熟練度，掌握實驗步驟，了解實驗現(xiàn)象。

以“邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)與使用”為例，大部分學(xué)校的實驗內(nèi)容均為測量He-Ne激光器紅光或者鈉黃光的波長，鮮有測量透明薄膜的折射率或厚度的。究其根本原因，白光干涉的實驗現(xiàn)象僅在“儀器達(dá)到兩臂等光程”時才能出現(xiàn)，并且只有當(dāng)兩平面鏡的夾角合適的情況下，才能出現(xiàn)條紋形狀及顏色分布理想的現(xiàn)象。即該部分的操作比較繁瑣，實驗現(xiàn)象不易觀察。利用“虛擬仿真實驗”可以很好地解決真實實驗的不足之處，同時學(xué)生還可以重復(fù)地開展相應(yīng)的實驗操作，從而加強(qiáng)儀器調(diào)節(jié)與使用的熟練性，圖2為邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)與使用的虛擬仿真實驗。

2.3 增加線上互動和過程化管理，提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果

依托學(xué)校的在線教育平臺，將微視頻、虛擬仿真實驗過程操作等作為學(xué)生實驗預(yù)習(xí)的基本環(huán)節(jié)，納入學(xué)生的實驗成績考核體系;同時，為了達(dá)到更有效的實驗預(yù)習(xí)效果，在平臺上建立一個實驗思考題的題庫（如圖3所示），讓學(xué)生能夠提前了解到本次實驗的重點(diǎn)和難點(diǎn);此外，教師及時介入學(xué)生們在平臺上的問題討論，引導(dǎo)學(xué)生形成正確的認(rèn)知。通過與學(xué)生開展討論以及答疑的互動，可以更好地引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題，進(jìn)而拓展思維。

3? 混合式教學(xué)實施的成果

由于受疫情的影響，2020學(xué)年春季學(xué)期對2019級開展《大學(xué)物理實驗Ⅰ》學(xué)習(xí)的全體學(xué)生進(jìn)行了混合式教學(xué)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的成績較以往傳統(tǒng)模式教學(xué)的學(xué)生有顯著的提高。我們將在兩種模式下的所有學(xué)生的實驗理論成績分為<60、60～69、…、90～100等5個分?jǐn)?shù)段，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)模式下學(xué)生的成績主要集中在60～90分，不及格的人數(shù)也較多;而混合模式下學(xué)生的成績則集中在80～100分，不及格的人數(shù)也明顯減少了（如圖4所示）。因此，從學(xué)生的成績來看，混合式教學(xué)對于學(xué)生成績提高效果是顯而易見的。這種教學(xué)模式給學(xué)生提供了更加廣闊的學(xué)習(xí)空間和更加富裕的學(xué)習(xí)時間，滿足了學(xué)生的個性化需求，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，如A同學(xué)反饋說：“實驗成績不算特別好，但是也是自己努力做出來的，辛苦了一下但有很多收獲...”;B同學(xué)說“似乎對這門課有興趣了”。同時，也減輕了教師的勞動強(qiáng)度，使之能夠有更多的時間與精力去指導(dǎo)學(xué)生和開展創(chuàng)新性教學(xué)研究。

4? 結(jié)語

總之，通過混合式教學(xué)設(shè)計，不僅改變了灌輸式、模仿式的傳統(tǒng)教學(xué)方式，而且進(jìn)一步優(yōu)化了實驗課程的設(shè)置，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)的主動性、自覺性，提高實驗課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，更有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

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