大學物理實驗線上線下混合式教學研究

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【內容摘要】建立大學物理實驗網絡教學平臺，采用線上線下混合式教學模式，各個環節都提高學生學習的興趣。制定科學的成績評價體系，評定更加公正合理。同時，通過舉辦物理實驗競賽，培養學生的自主性和創新性。經過近三年的教學實踐，與傳統的課堂教學相比，線上線下混合式教學模式具有明顯的優勢，教學效果良好，受到教師和學生的一致好評。

【關鍵詞】大學物理實驗;傳統教學;線上線下

一、引言

大學物理實驗是理工科學生必修的公共基礎課程，不僅能夠培養學生的動手能力、實驗能力和創新能力，還能夠培養學生堅持真理、實事求是的科學精神，提高理工科學生的科學素質。學好大學物理實驗，既鍛煉了學生的實驗操作能力，又為后續專業課程的學習打下堅實的基礎。現在互聯網技術發達，學生人人都有一部手機，通過網絡可以學習獲取各方面的知識。同時，網絡的普及也給教育帶來了機遇和挑戰，如何利用網絡平臺提高教育教學效果是每一位教師面臨的共同問題。目前，線上教學主要是大學物理理論課程，關于大學物理實驗課程的線上教學資源非常少。肖沛等［1］利用微信平臺輔助大學物理實驗教學，但是微信中的文件內容很容易被手機定期清除，不利于長時間的保存;曹顯瑩等［2］嘗試把學習理論知識放在慕課中，實驗操作部分放在傳統的課堂中以調動學生學習的積極性;歐陽建明［3］等利用慕課理論知識、虛擬仿真實驗為線上資源，并且與線下實驗教學相結合的教學模式，取得了一定的教學效果。根據河北農業大學理學院大學物理課程的特點，對大學物理實驗課程進行一系列的改革和實踐，優化大學物理實驗內容，建立大學物理實驗網絡教學平臺，制作實驗微課視頻，微課視頻中不僅講授物理實驗的理論知識，還有詳細的儀器介紹和實驗操作講解，并且采用線上線下混合式的教學模式，既吸收傳統教學的優點，又避免傳統教學的弊端，各個環節都要提高學生學習物理實驗的興趣。

二、傳統的大學物理實驗教學的弊端

傳統的大學物理實驗課程教學主要以課堂講授為主，大多數實驗課堂是教師講，學生聽，教師先演示操作過程，然后學生再做實驗［4］。有的學生由于課前沒有預習，全憑教師課堂上的講授，對教師的依賴性非常強，學習的主動性比較差。學生做實驗的過程中，往往會出現這種情況，教師反復地對同一個問題做出解答，甚至手把手教，課堂效果不是很好。例如做電位差計測電池電動勢實驗時，傳統的實驗課堂上，都是教師一組一組的檢查，學生連接無誤后才能繼續做實驗，由于連接線路比較多，教師和學生檢查起來非常麻煩，效率非常低。如果學生一開始的實驗操作就有問題，沒有及時發現并糾正，一堂實驗課下來，學生測得的實驗數據誤差很大。例如以前做三棱鏡折射率實驗時，測三棱鏡的最小偏向角，雖然教師在課堂上講授了如何找最小偏向角的方法，但是仍有一部分學生無法準確測量最小偏向角，導致學生做實驗非常被動，對實驗的學習也失去了耐心和信心。

三、線上線下混合式教學改革與實踐

(一)對大學物理實驗內容進行優化組合。首先優化實驗內容，重新編寫《物理實驗教程》。新編的教材分為基礎性實驗、綜合性實驗、設計性試驗、創新性實驗和數值模擬實驗，試驗由簡單到復雜，逐步培養學生的綜合實踐能力。儀器設備及時更新換代，淘汰一些舊的實驗項目，增加新的實驗項目。例如以前的懸絲偶合法測材料的楊氏模量的實驗需要測出基點的頻率，由于基點不產生共振，需要測出周圍點的頻率，利用作圖法估算基點的頻率，因此實驗誤差比較大。因此及時更換新的實驗儀器，利用光杠桿放大法測量材料的楊氏模量，這種方法的誤差比較小。同時減少驗證性的實驗，增加設計性試驗，例如增加了銅電阻溫度計的設計、利用傳感器設計電子秤的實驗項目。(二)建立大學物理實驗網絡平臺。平臺上包含所有的實驗項目，每一個實驗項目都有:預習導讀、PPT課件、實驗視頻、預習測試、思考題、實驗講義、實驗報告模板、課后拓展等。PPT課件配有語音講解，學生通過網絡學習就能了解整個實驗的相關知識。實驗視頻聘請專業團隊錄制，不僅講授物理實驗理論知識，還有詳細的實驗操作講解，學生通過播放視頻學習實驗內容，如臨其境般做了一遍實驗，使學生提前熟悉實驗的操作過程。預習題緊扣實驗內容，如果預習題過關，說明學生基本掌握實驗內容。思考題庫供學生課堂討論或課后完成。課后拓展實驗有利于學生進一步研究、設計新的實驗方案，開展實驗創新。(三)線上線下混合式教學設計。線上教學通過登錄大學物理實驗網絡平臺來完成，線下教學以實際操作實驗為主。將大學物理實驗教學分為線上學習、課堂教學、線上交流討論、實驗報告、課后拓展、線上測試六個階段。下面以聲速測量的實驗為例，介紹線上線下混合式教學設計與實踐。1．線上預習。教師在課堂實驗前幾天在網上任務點，任務點包括聲速測量的實驗視頻和預習測試題，要求學生在規定時間內完成線上預習。學生通過手機下載學習通，就可以線上預習。教師通過網站的任務點統計情況，及時了解學生的預習情況。對于沒有預習的同學，教師可以提前一天在網上學習預警，督促學生及時線上預習。這樣在課堂操作之前，學生通過觀看實驗視頻、做測試題，基本了解聲速測量的實驗內容，為下一步的課堂實驗做足準備。2．課堂教學。課堂教學中，教師采用引導式、啟發式、討論式、探究式的教學方法。首先介紹理論知識，讓學生舉例說明超聲波在各領域的應用，例如冬天室內干燥時家庭使用的超聲波加濕器，眼鏡店利用超聲波清洗機清洗眼鏡，醫院利用超聲波體外碎石和B超的檢測等，通過交流討論，既了解超聲波的應用，又感受到物理不是空洞的理論知識，是和生活息息相關的。根據學生學的物理理論知識，引導學生理解超聲波測聲速的原理。然后讓學生熟悉實驗儀器，實驗的操作過程不再是教師手把手的教，而是讓學生通過觀看實驗視頻，提出問題，一起探討解決問題的方法，然后教師及時補充。實驗操作過程中，對于一些小的問題，各組學生通過互相討論就能夠解決。與傳統物理實驗課堂相比，教師不再“手忙腳亂”，學生不再聽不懂內容，記不清實驗步驟，教師和學生都實現了“雙贏”。課堂效率明顯提高。操作結束后，教師與學生總結交流實驗中發現的問題，如利用李薩如圖形測波長時，為什么有的學生測得是半個波長的距離，而不是一個波長的距離?學生根據實驗現象總結規律，測得一個波長的距離必須是同一方向的斜直線，如果是不同方向的斜直線，測得的數據實際上是半個波長的距離。通過討論，既鞏固了物理理論知識，又加深了對實驗內容的理解。3．線上交流討論。課堂結束后，為了方便教師與學生的交流，開辟了線上討論專區。例如，學生學習聲測量實驗后，教師針對聲速的測量提出問題，如形成駐波的條件以及駐波的應用、李薩如圖形的特點和應用等，鼓勵學生積極參與討論，對于積極發言討論的學生可以給予適當的加分獎勵。或者學生提出問題，互相交流討論，加深對聲速測量實驗的理解。4．實驗報告。學生根據網站上的實驗報告模板撰寫聲速測量的實驗報告，并對本次實驗測量的數據進行分析總結。實驗報告最后一項增加了實驗過程反思，可以寫實驗成功的經驗，也可以寫實驗中遇到的困難，從失敗中吸取教訓，懂得“失敗是成功之母”，或者實驗過程中思考，提出更好的改進聲速測量實驗的方案。通過撰寫實驗報告，鍛煉學生科學總結實驗成果的能力。5．線下課后拓展。學生可以根據教師提供的拓展題目或方向進一步研究學習。研究報告可以是對實驗相關理論進一步的研究探討，也可以是對實驗方法的改進。例如學習了聲速的測量實驗，可以讓學生設計測量水(或者空氣)的體積變量的實驗方案，寫出具體的實驗儀器、實驗原理以及實驗步驟，啟發學生設計創新性實驗，鼓勵學生實驗創新。6．線上測試。學生學習完本學期所有的實驗項目后，教師可以在網絡平臺上線上測試題，線上測試題主要考察學生對本學期所學實驗內容的理解和應用。學生線上提交后，系統自動打分，教師通過分數統計了解學生的實驗掌握情況。(四)制定科學的成績評價體系。以前的物理實驗成績主要以學生的課堂操作和實驗報告為主。考核方式單一，不僅不能客觀地反映學生的實驗操作水平，還讓學生覺得物理實驗很好通過，產生對實驗課程不重視的心理。因此，制定了比較科學的成績評價體系，成績評定跟蹤學生學習的全部過程，比較準確、真實地反映學生實驗能力水平。評定成績標準進行細化，其中線上學習20%，課堂操作45%，實驗報告20%，線上測試10%，拓展創新5%，綜合評價學生的物理實驗學習能力。

四、鼓勵學生創新實驗，舉辦物理實驗競賽

2020年成功舉辦第一屆“玩嗨物理”設計性實驗大賽，在全校范圍內廣泛征集創新實驗作品，學生的參與熱情很高，選題范圍也很廣泛。有的選題是學生自行設計，也有的選題選自2020年國際青年物理學家競賽試題。通過舉辦物理實驗競賽，既提高了學生學習物理實驗的興趣，又培養了學生的主動性和創新性。五、結語經過三年的教學實踐，教師驚喜的發現，以前傳統的大學物理實驗課堂上出現的問題大大減少，學生操作不規范或者操作錯誤的情況基本不存在，基本能夠在規定的課堂時間內順利完成操作實驗，實驗數據的誤差減小，學習效果提高。學習的主動性也提高了，對物理實驗不再有擔心做不好、不知道怎么做的心理。學生越來越喜歡做物理實驗，課程網站也受到教師和學生的好評。總之，對大學物理實驗課程進行了改革和實踐，采用線上線下混合式教學模式，重新調整課堂內外的時間，將學習的主動權交給學生，讓學生積極主動地參與到學習中。在這種教學模式下，學生能夠更專注更主動地學習實驗項目，獲得更深層次的理解。同時，通過舉辦物理實驗競賽，能夠激發學生的創新思維，對培養學生實踐創新能力，具有一定意義。

【參考文獻】

［1］肖沛，林季資，趙越，等．微信公眾平臺輔助大學物理實驗教學的實踐與思考［J］．物理通報，2018，3:79～80

［2］曹顯瑩，曲陽．基于慕課模式的大學物理實驗教學改革與創新［J］．物理實驗，2016，5:25～28

［3］歐陽建明，彭剛，何焰蘭，等．線上線下混合式大學物理實驗教學設計———以示波器使用實驗為例［J］．物理實驗，2020，4:38～41

［4］詹瓊．大學物理實驗教學改革模式的探討［J］．大學物理實驗，2019，5:112～114

作者：侯志青 劉東州