大學物理實驗課程在線教學思考

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［摘要］大學物理實驗課程是對學生進行科學實驗基本訓練的必修基礎課程。在疫情期間，因學生無法按時返校，在制訂的在線教學新方案中將原計劃的19個實驗項目劃分為3個模塊，產生了線上線下相結合的教學模式。

［關鍵詞］大學物理實驗；在線教學；教學改革

一、大學物理實驗課程在線教學方案

（一）實驗項目的模塊劃分。根據實驗內容和對各個實驗要求的具體情況，將原教學計劃（大綱）中的實驗項目劃分為A、B、C三個模塊。模塊A為“居家線上實驗模塊”，是通過教學視頻和虛擬仿真實驗軟件（平臺）完成的實驗項目；模塊B為“居家線下實驗模塊”，是學生在家自己完成的實驗項目；模塊C為“到校線下實驗模塊”，是學生返校后到物理實驗室進行操作完成的實驗項目。以我校56學時的《大學物理實驗Ⅰ》為例，我們將原教學計劃（大綱）中的19個實驗項目劃分為3個模塊，如下表所示。三個模塊的學時數分別占總學時數的43%、25%和32%。模塊A（居家線上實驗模塊）占56學時中的24學時，包含緒論和7個實驗項目，主要是線上資源較成熟可靠的實驗項目，采用教學視頻和前期購置的科大奧瑞虛擬實驗仿真軟件（平臺）相結合的方式進行。其中，緒論采用前期錄制、已放在校園網上的4學時的教學視頻，學生上網觀看，了解大學物理實驗課程的意義、地位和任務，掌握測量誤差、測量不確定度、有效數字和數據處理方法等，學習其他有關的實驗預備知識；其他各個實驗項目的教學視頻主要是實驗原理部分，也放在校園網上，要求學生進行每個實驗項目時，先觀看完該實驗項目的視頻，掌握該實驗的原理后，再上網進入虛擬仿真實驗平臺進行實驗。模塊B（居家線下實驗模塊），占56學時中的14學時，包含5個實驗項目，由學生在家進行。實驗項目選擇的是實驗器材容易得到、或學生可以自制、學生完全可以居家自己搭建的那些實驗項目。依據這一原則，將原教學計劃中的“三棱鏡折射率的測量”和“液體黏度系數的測量”實驗內容，分別調整為“顯微鏡和放大鏡的設計與制作”和“液體表面張力系數的測量”。模塊C（到校線下實驗模塊），占56學時中的18學時，包含6個實驗項目，這部分的實驗內容，是對實驗的操作要求相對較高、必須現場測量數據、不宜用虛擬仿真實驗代替、或現有仿真實驗內容不夠成熟的實驗項目。（二）實驗報告的要求。由于實驗項目劃分成3個不同的模塊，因此對學生的實驗報告的要求，也有所不同。模塊A是居家線上實驗，實驗報告采用虛擬仿真實驗軟件（平臺）提供的在線實驗報告功能，教師在線安排實驗報告并提出具體的要求，學生實驗后在線提交報告，數據處理部分系統自動評閱，實驗分析討論部分教師手動評閱。模塊B是居家線下實驗，要求學生手寫實驗報告，拍照提供給指導教師。由于這部分的實驗內容，是學生居家自己搭建并進行的實驗，實驗的器材也是學生自己購買或自制的，與原來實驗室有現成的實驗儀器相比，對學生的實驗能力、創新能力和主觀能動性，都有更新和更高的要求。模塊C是按原教學大綱的要求提供實驗報告。（三）實驗成績的評定。原教學計劃（大綱）的實驗成績的評定是按20%的平時成績（含實驗預習、考勤、遵守實驗室規則等）和80%的期末成績（以所有應交的實驗報告得分算出：包含實驗報告、操作考核、課堂表現等），由于現在教學方式有所改變，因此，實驗成績的評定也作相應的變化。新的實驗成績評定，根據劃分的3個實驗模塊，分別評定實驗成績，最后3個模塊的成績加權相加，得出每個學生的實驗總成績。3個模塊的成績分數分別占總成績分數的30%、30%和40%。模塊A（居家線上實驗模塊）的實驗學時數為總學時數的43%，但該模塊內的實驗項目，是通過虛擬仿真實驗在線上進行，實驗的難度相對較小，所以盡管該模塊是實驗學時數最多，但成績的權重不宜取得過大。模塊B（居家線下實驗模塊）的實驗學時數為總學時數的25%，是3個模塊中學時數最少的，但由于該模塊內實驗項目中的實驗器具，絕大多數需要學生自己選擇或自制，實驗的步驟需要學生在教師的指導下自己設計，對學生的主觀能動性和創新能力有更高的要求，在強調對學生創新能力培養的形勢下，這部分的成績的權重應該較大。模塊C（到校線下實驗模塊）的實驗學時數為總學時數的32%，實驗成績的權重為40%。由于模塊A和模塊B的實驗，都是學生在家進行的，客觀上指導教師無法現場觀察和考核學生操作動手的能力，所以在模塊C的實驗成績的評定中，應加強對學生操作能力的考核，提高實驗操作得分在實驗成績中的權重。

二、大學物理實驗課程在線教學思考

1.線上進行的大學物理實驗課程，是學生通過電腦、手機等終端設備，上網進入相關網站，通過虛擬仿真實驗項目，完成相應的實驗。目前這方面的資源主要有三方面來源，一是部分學校自己開發或建設的一些大學物理實驗網上資源，其次是國家正在全力建設的國家級虛擬仿真實驗平臺，三是一些商業科技公司開發的虛擬仿真軟件。經過統計，大多數學校自己開發的這些資源，基本上都是通過精品課建設的形式，將大學物理實驗課程的部分內容（如課程緒論、實驗目的、實驗原理、數據處理方法等）通過小視頻、PPT等方式放在網上，供學生使用，每個實驗項目缺乏完整的、交互式的內容，大多只能滿足實驗的預習。國家級虛擬仿真實驗平臺，目前上線的物理類實驗項目有53項，但該平臺實驗項目是本著“能實不虛”的策略建設的，所以其中的大部分項目內容，并不涵蓋大學物理實驗課程的實驗項目。商業科技公司開發的大學物理虛擬仿真實驗軟件（平臺），基本涵蓋了大學物理實驗課程所要求的實驗項目，每個虛擬仿真實驗項目內容，從實驗目的、實驗原理、實驗步驟、實驗操作、數據處理、思考題、實驗報告等，都有較完整的流程，所以目前來說，這是大學物理實驗課程能夠選擇的最好的線上教學資源。2.居家線下實驗實際上是一種線上線下相結合的新的教學模式，對一個具體是實驗項目來說，實驗原理、實驗背景等知識，可以通過線上教學實現，但具體的實驗器具的選擇、制作、實驗的操作等需要學生自己完成，雖然這對學生能力的培養有極大的作用，但由于實驗項目的具體內容和學生居家的不同條件，同一實驗項目，很難達到每一個學生都可以實現。3.線下到實驗室進行實驗，是大學物理實驗課程傳統的教學模式，這種模式能夠讓教師與學生在教與學的過程中密切互動。實驗是一個過程，學生通過操作真實的儀器設備，進行實際的測量，得到結果，最后完成實驗。不同的實驗會遇到不同的問題，同一個實驗，不同的實驗者也會遇到不同的問題，線下實驗，教師可以及時指導學生，引導幫助學生分析問題、解決問題，這些都是線上實驗不可替代的。

三、結語

大學物理實驗課程，是對學生進行科學實驗基本訓練的必修基礎課程，是訓練學生系統實驗方法和實驗技能的開端。課程的教學目的，是讓學生掌握物理實驗的基本知識，培養學生自學與獨立實驗的能力，培養學生分析與研究的能力和設計與創新的能力。

參考文獻

［1］實驗中心(物理系類).國家虛擬仿真實驗教學共享平臺［Z］.2019.

［2］代錦輝,楊培林,田榮剛.大學物理實驗［M］.北京:科學出版社,2016.

［3］東北師范大學.大學物理實驗.MOOC中國大學［Z］.2020.

［4］倪燕茹.大學物理實驗在線開放課程教學模式探索［J］.物理實驗,2018(38):38-40.

作者:代錦輝 王華軍 單位:成都理工大學地球物理學院