依托大學物理實驗室建設 開展信息化教學模式改革

周嫻+趙建君+潘華錦+張麗

摘 要 闡述大學物理實驗課程信息化教學改革的意義，從開放實驗室管理系統(tǒng)、預習自主評判系統(tǒng)、作業(yè)及考試評判系統(tǒng)等方面，探討信息化條件的建設和教學模式的改革措施，提出改革中的幾個關鍵問題。

關鍵詞 大學物理實驗；信息化教學；實驗室

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）20-0136-03

1 前言

在教育部《關于加強高等學校實驗室工作的若干意見》中明確指出：“大力推進實驗室信息化建設。實現(xiàn)網上輔助教學和網絡化、智能化教學管理，滿足學生自主選課、自助實驗、有效利用實驗室資源的自主學習和個性化發(fā)展的需求?！笨梢钥闯觯瑢嵺`類課程教學和管理的發(fā)展趨勢必將是高度信息化，以及實現(xiàn)信息化教學和管理模式下的全面開放、自主[1]。

作為進入大學后第一門實踐類課程，大學物理實驗是學生進行創(chuàng)新素質培養(yǎng)、科研能力訓練的基礎課程。要實現(xiàn)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標，就必須依靠高層次的信息化實驗室建設，秉承“學生為主體，教師為主導”的教學理念，實施開放、自由、民主、靈活的信息化教學[2]。軍械工程學院大學物理實驗課程信息化教學條件和教學模式存在很多問題，這也代表了很多院校目前的狀況，教學改革迫在眉睫。

實驗教學開放程度不夠 實驗室開放是信息化教學的重要組成部分，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力人才的重要手段。實驗室全面開放要求實驗的內容、時間和空間都能對學生開放，但是由于開放實驗教學的特點，在傳統(tǒng)手工記錄的管理方式下，實驗室組織和管理工作變得更加繁重和復雜，教師工作量大，效率低下。軍械工程學院大學物理實驗室目前采用的是自制的開放選課管理系統(tǒng)，由于相關硬軟件設備和實驗室管理人員的欠缺，學生只能在指定時間內針對指定的實驗項目進行選擇，還不能實現(xiàn)全時段、全內容的開放。要實現(xiàn)實驗教學的全面開放，首先要從教學組織模式上給學生提供自主學習的機會和條件，建立基于網絡的開放式教學管理系統(tǒng)，為實驗預約、儀器管理、師生交互、成績評價等各個方面提供信息化輔助。

學生自主學習平臺資源缺乏 信息化教學模式，秉承“學生為主體，教師為主導”的教學理念，旨在利用信息化手段給學生營造一個自主學習的平臺，給教師營造一個指導教學的平臺。而目前很多院校和軍械工程學院類似，大學物理實驗室門戶網站還不能做到為學生提供一個全方位的自由、開放、互動平臺。學生的課前預習還停留在預習課本、填寫實驗報告的傳統(tǒng)方式上，無法對實驗環(huán)境建立直觀認識，導致學生在實驗操作時無目的性、無針對性，缺少自主探究、獨立思考的學習環(huán)節(jié)。因此，必須在校園網的環(huán)境下建立融合虛擬仿真實驗的課前預習及自動評判系統(tǒng)，使學生在預習的基礎上進行檢驗、評估，及時了解預習中存在的不足，教師則可以根據(jù)學生的預習情況有針對性地進行教學準備。

學生學習效果評判環(huán)節(jié)不完善 大學物理實驗課程一般都是小班教學，課時較多，教師批閱實驗報告工作量大，特別是其中的計算演算等機械過程，直接影響到教師的工作效率，急切需要利用信息化手段提高實驗報告的批改效率。其次，目前所采用的考核方式不完善。由于實驗儀器和考核時間的限制，目前采用的是分批分實驗項目考核的方式，這種方式存在弊端：一是學生參加考試的時間有先有后，二是考試項目難易程度無法做到一致，難以做到客觀和公平。為了改變這種狀況，可以借助信息技術增加考試靈活性，采用虛擬仿真考試自動評判系統(tǒng)，線上線下相結合，多方位、多層次地考查學生的學習效果。

2 信息化教學條件建設

實驗室信息化改造和建設是開展信息化教學模式的硬軟件基礎，必須符合人才培養(yǎng)目標的要求。秉承開放性、可操作性、安全性等原則，經過調研和討論，認為信息化建設重點從開放實驗室管理系統(tǒng)、虛擬仿真實驗預習自動評判系統(tǒng)、實驗報告和考試自動評判系統(tǒng)三個方面開展，其中開放實驗室管理系統(tǒng)是最復雜、投入最大的一個板塊，也是信息化教學改革的重點和亮點。

開放實驗室管理系統(tǒng) 開放實驗室是學生自主進行實驗、訓練科學研究能力的場所，其實施的重點是“開放”和“管理”。開放，既要實現(xiàn)實驗室時間、空間的全方位開放，又要實現(xiàn)實驗儀器設備的開放，使學生能夠通過主動思考、探究完成實驗過程。實行充分開放的同時還要加強管理，通過教師遠程控制等管理模式，確保學生人身安全，確保實驗設備的完好率。

開放實驗室實行全天候開放，學生受權后即可在網上自主預約實驗時間和實驗項目。負責管理和輔導的教師可以通過遠程控制查看學生的實驗情況，對出現(xiàn)的問題及時解決，確保學生順利進行實驗。開放實驗室管理最大的困難是安全問題，包括學生人身安全和儀器完好性，所以要求學生在預約實驗之前，首先要利用網絡虛擬仿真實驗預習系統(tǒng)進行預習，只有完成虛擬仿真實驗操作程序并通過評判的學生才可以進行預約，否則預約不成功；還可以在實驗之前，讓學生通過觀看視頻的形式進行安全知識學習，并充分了解實驗項目相關注意事項，確保實驗儀器設備的正確使用。

以虛擬仿真實驗為核心的預習自主評判系統(tǒng) 實驗課程的預習比理論課程更加重要，一是由于每個實驗項目所涉及的知識范圍較廣，除了物理原理外，還可能涉及電學類、機械類、材料類等知識點；二是實驗課程是以實驗儀器和操作為主的實踐類課程，只了解相關理論知識還不夠，還必須能將理論和實踐結合起來。但是目前學生基本都是通過課本進行預習，這種方式適合理論課程的預習，缺少了實驗儀器和操作的預習這一重要環(huán)節(jié)。針對這個問題，人們逐漸開始認識到虛擬仿真技術的優(yōu)勢，一臺電腦、一個軟件就可以建立一個直觀的實驗環(huán)境，學生除了可以利用它進行課前預習，還可以進行課后的復習和拓展學習，打破課堂教學時間和空間的限制。預習自主評判系統(tǒng)包括虛擬仿真實驗軟件、思考題、課后拓展和自主評判等板塊，學生可以利用此系統(tǒng)進行自主學習和科學研究的訓練。

作業(yè)及考試評判系統(tǒng) 學生課后完成的實驗報告直接反映了對實驗的掌握程度，對數(shù)據(jù)處理、實驗結論的分析理解能力。但是核對學生數(shù)據(jù)與結果的正確性這個機械的演算過程，占用了教師大量的時間，如何在保證作業(yè)批改質量的前提下提高效率，是亟待解決的一個問題。有了信息手段之后，這個問題就迎刃而解了。利用建立的電子實驗報告庫，煩瑣的數(shù)據(jù)核對過程就可以通過作業(yè)評判系統(tǒng)來完成，不僅速度快，準確性也高。教師只負責對實驗結論等主觀題進行評判，大大減少了工作量。同時，還可以建立考試自動評判系統(tǒng)，既可以考查學生對實驗基礎知識的掌握，又可以結合虛擬仿真軟件進行線上模擬操作，彌補當前只采用實物操作考核的方式所帶來的偶然因素[3]。

3 信息化教學模式探討

信息化教學模式實施方案 信息化教學模式改革旨在利用信息手段促進教學改革。依托大學物理實驗室網絡教學平臺、實驗預習評判系統(tǒng)（含大學物理仿真實驗）、實驗報告自動評閱系統(tǒng)及相關的線上教學資源，探索線上、線下相結合的信息化教學模式。加大實驗室開放力度，滿足不同層次學生的學習要求，建立大學物理實驗室開放式教學管理系統(tǒng)的實施方案，探索信息化管理模式。采用虛擬仿真實驗等自主預習評判系統(tǒng)加強學生主動思考和科學探究能力。采用實驗報告和考試自動評閱系統(tǒng)，將教師從煩瑣的作業(yè)評判中解脫出來。此外，針對人才培養(yǎng)目標和學生的基礎層次不同，開展分級式教學方案研究，并加強微課在教學中的作用。

開放實驗室教學是信息化教學改革的重點，院校要在無法改變教師資源緊張的情況下加大實驗室的開放力度，就必須依靠信息技術手段。大學物理實驗室開放管理系統(tǒng)包含軟件和硬件的配套建設，操作簡便，人機交互性能好。通過使用該系統(tǒng)，學生能夠利用網絡預約操作時間、地點和機位進行自主實驗；教師則通過監(jiān)視器觀察學生的操作情況，有針對性地進行指導。同時，系統(tǒng)還設置了預約關卡，有效減少盲目操作而導致的儀器損壞和安全等隱患。該系統(tǒng)的建設將會極大地提高大學物理實驗課程信息化教學改革的進程。同時，鑒于學生能力層次差別較大的現(xiàn)狀，借助于教學系統(tǒng)和微課等手段，實施依據(jù)學生基礎和能力進行的分級教學模式，即教師根據(jù)教學內容提出不同的實驗目標，學生根據(jù)自身能力進行選擇，滿足不同層次學生的學習要求，做到因材施教。

信息化教學模式改革的關鍵問題

1）線上資源的建設要充分考慮院校大學物理實驗課程的特點及學生的具體情況，并在實踐中不斷調整和完善，有針對性地實施信息化教學；

2）從課程門戶網站、開放式教學系統(tǒng)、預習系統(tǒng)、考試系統(tǒng)等各個方面體現(xiàn)分級教學、因材施教，依據(jù)學生知識和能力的層次進行線上、線下結合的分級式教學模式；

3）在教師人員緊缺的現(xiàn)實困難下，探索如何利用信息手段實施實驗室全面開放，以及建設前的論證和工作準備，確保能夠有序建設，保質保量地開展開放式信息化教學；

4）依托信息手段，使考核方式更加靈活多樣，能夠多層次、全方位地考核學生的學習效果，并做到客觀公平。

4 結束語

一直以來，大學教育中重理論、輕實踐的思想制約著創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。直到近幾年，隨著創(chuàng)新型人才在社會發(fā)展中的地位越來越突出，人們才逐漸認識到實踐類課程在大學教育中的地位和作用，而實踐類課程的實施和管理更需要信息手段的支持。因此，信息化建設和教學模式改革將是一個不斷進化、不斷完善的過程，也是教師應該持續(xù)不斷關注的研究課題。

參考文獻

[1]何祖明，江興方.獨立學院物理實驗教學改革探索與實踐[J].實驗室科學，2015，18（2）：83-85.

[2]樊吉瑞.信息技術在物理實驗教學中運用的思考[J].中國教育技術裝備，2012（19）：124-125.

[3]蔣蕓，周惟公，王亞芳.信息技術在大學物理實驗課程考核中的實踐與研究[J].物理與工程，2012，22（3）：16-18.