“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下物理實(shí)驗(yàn)信息化教學(xué)的探索與實(shí)踐

王 濤,吳慶州

(南京理工大學(xué) 紫金學(xué)院，江蘇 南京 210023)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)作為大學(xué)生進(jìn)校后的第一門科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，還可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神及創(chuàng)新能力. 然而，當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨著諸多的問題[1-2]，如何改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)，充分發(fā)揮物理實(shí)驗(yàn)課程在應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)中的積極作用[3]，是從事一線實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作者必須面對(duì)的問題. 隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及、現(xiàn)代信息技術(shù)及智能終端設(shè)備的快速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)教育正進(jìn)行著深度融合，以中國(guó)大學(xué)MOOC、愛課程、網(wǎng)易云課堂等為代表的互聯(lián)網(wǎng)教育平臺(tái)發(fā)展迅猛，任何人簡(jiǎn)單到只要具有1臺(tái)能接入互聯(lián)網(wǎng)的智能手機(jī)，便可以享受到大量的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源. 慕課等互聯(lián)網(wǎng)云課堂的教育模式[4]，打破了傳統(tǒng)課堂單一的教學(xué)形式，使得受教育者不受時(shí)空的限制，真正做到學(xué)習(xí)可以隨時(shí)隨地[5]. 互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的快速發(fā)展，給實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革指明了方向，實(shí)驗(yàn)教學(xué)要與當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)相融合，才能使課程更有活力、更有競(jìng)爭(zhēng)力.

1 物理實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問題

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課作為一門獨(dú)立課程，開課時(shí)間一般和大學(xué)物理課程同步，因而實(shí)驗(yàn)所涉及到的相關(guān)理論知識(shí)學(xué)生往往還沒學(xué)過. 所以，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課堂上，教師需要先講解與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的理論知識(shí)，并介紹相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器及操作等內(nèi)容. 這樣的講解占據(jù)了課堂的大量時(shí)間，留給學(xué)生動(dòng)手操作的時(shí)間相對(duì)不足. 而實(shí)驗(yàn)課作為一門實(shí)踐課程，必然重視學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)課堂更應(yīng)該體現(xiàn)學(xué)生的主體性，學(xué)生要積極主動(dòng)地投入到實(shí)驗(yàn)中，多動(dòng)手，多操作，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，積極開擴(kuò)思維，勇于解決問題. 這樣的課堂是我們期待的，這樣的課堂才能有益于學(xué)生思維能力、動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，這也正符合大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的課程目標(biāo)[6].

筆者所在的高校為一所獨(dú)立學(xué)院，多年來的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)課堂上愿意多動(dòng)手、多操作的學(xué)生不多，能提出問題、解決問題的學(xué)生很少. 另外，很大一部分學(xué)生是為了實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)，只顧把該測(cè)的數(shù)據(jù)測(cè)出來，但是對(duì)于實(shí)驗(yàn)的目的、原理了解甚少，真正能清楚實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，了解?shí)驗(yàn)原理，然后有目的地去完成實(shí)驗(yàn)的學(xué)生少之又少. 分析原因，大概有以下3個(gè)方面：

第一，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性不高. 作為一所普通民辦高校，學(xué)生普遍自覺性不高，課前的預(yù)習(xí)往往流于形式，只是將教材中的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理等?nèi)容直接抄寫在實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)上，很少有學(xué)生能在課前反復(fù)仔細(xì)地閱讀教材，更不必說能主動(dòng)去查閱相關(guān)資料做足課前的預(yù)習(xí)準(zhǔn)備工作了.

第二，傳統(tǒng)課堂教學(xué)的局限性. 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課堂，在理論講解上花費(fèi)大量時(shí)間，可供學(xué)生操作時(shí)間相對(duì)不足，課堂上，部分學(xué)生接收能力較弱或沒能認(rèn)真聽講，導(dǎo)致所授的理論知識(shí)沒有被及時(shí)消化吸收，學(xué)生一旦碰到稍微復(fù)雜些的實(shí)驗(yàn)，擔(dān)心時(shí)間不足，便會(huì)在別人調(diào)節(jié)好的儀器上直接測(cè)量數(shù)據(jù)，更有學(xué)生直接抄襲或編造數(shù)據(jù).

第三，教學(xué)考核方式單一. 實(shí)驗(yàn)成績(jī)的考核主要以學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主，教師比較重視實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及誤差等實(shí)驗(yàn)結(jié)果，往往忽略實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生的表現(xiàn). 這種單一的評(píng)價(jià)方式，易造成部分學(xué)生為迎合教師的評(píng)分機(jī)制，實(shí)驗(yàn)中弄虛作假.

以上種種現(xiàn)象，也是國(guó)內(nèi)同類高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中普遍存在的問題，在當(dāng)前信息化背景下，國(guó)內(nèi)諸多高校近年來也不斷嘗試將現(xiàn)代信息技術(shù)運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[7-9]，也取得了一定的成績(jī). 筆者將介紹本實(shí)驗(yàn)中心近年來在教學(xué)和管理方面所做的信息化建設(shè)及成果.

2 建設(shè)網(wǎng)絡(luò)電子教學(xué)資源，助推實(shí)驗(yàn)課堂的翻轉(zhuǎn)式教學(xué)

2.1 建設(shè)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)前普遍預(yù)習(xí)不夠充分，缺乏學(xué)習(xí)的熱情，對(duì)此，實(shí)驗(yàn)中心創(chuàng)建了微信平臺(tái)公眾號(hào)，建設(shè)了多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的網(wǎng)上教學(xué)資源，如圖1所示. 資源的建設(shè)，充分考慮到如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)激情，學(xué)生通過閱讀實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所包含的背景知識(shí)，了解實(shí)驗(yàn)的來龍去脈；通過實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)所、實(shí)驗(yàn)儀器圖片的展示，在還未進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室便可以對(duì)將要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)、要操作的儀器有感官的認(rèn)識(shí)，這些都能激發(fā)學(xué)生興趣，學(xué)生實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)更為主動(dòng)、積極.

圖1 微信平臺(tái)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)教學(xué)資源

針對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)問題集，問題富含邏輯性，比如從實(shí)驗(yàn)標(biāo)題涉及到的物理概念開始提問，然后實(shí)驗(yàn)要做什么，解決什么問題(實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，怎么解決，測(cè)量哪些物理量(實(shí)驗(yàn)原理)，如何著手解決(實(shí)驗(yàn)儀器、操作步驟、數(shù)據(jù)處理)，學(xué)生通過對(duì)一系列問題的思考回答，來掌握實(shí)驗(yàn)的相關(guān)知識(shí). 通過這樣的啟發(fā)式提問，引導(dǎo)學(xué)生多思考，舉一反三，連續(xù)對(duì)學(xué)生進(jìn)行多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的訓(xùn)練后，讓學(xué)生自己給自己提出問題，然后學(xué)生自己逐一解決，實(shí)現(xiàn)學(xué)生由主動(dòng)學(xué)習(xí)向?qū)W會(huì)學(xué)習(xí)過渡，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力. 此外，根據(jù)我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)定位，注重物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)生專業(yè)、物理實(shí)驗(yàn)和生活實(shí)際的聯(lián)系，拓展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容. 針對(duì)學(xué)生專業(yè)特點(diǎn)，提出更深層次的問題，讓學(xué)生理解物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)性以及在其專業(yè)學(xué)習(xí)中的重要性；將物理實(shí)驗(yàn)涉及到的知識(shí)，用于生活實(shí)際，使實(shí)驗(yàn)課教學(xué)變得生動(dòng)有趣.

2.2 建設(shè)微課等教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)課堂翻轉(zhuǎn)式教學(xué)

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式成為教學(xué)改革的熱點(diǎn)[10]. 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的特點(diǎn)是將原本在課堂上由教師講授的知識(shí)改為學(xué)生課前學(xué)習(xí)，課堂時(shí)間用于學(xué)生與學(xué)生、教師與學(xué)生之間的討論，以此進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的消化吸收[11]. 翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)教學(xué)中以“教師為中心”向以“學(xué)生為中心”的轉(zhuǎn)變；促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)性、主體性的發(fā)展，體現(xiàn)人本主義的教學(xué)理念. 得益于慕課、微課等教學(xué)形式的推廣，使得大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式可以實(shí)現(xiàn)[12].

如圖2所示，在建設(shè)課前預(yù)習(xí)問題集的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)實(shí)驗(yàn)所涉及到的相關(guān)理論知識(shí)點(diǎn)、或者部分操作環(huán)節(jié)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，拍攝微視頻，供學(xué)生自主學(xué)習(xí). 課堂上教師只需要花較少的時(shí)間講解實(shí)驗(yàn)，學(xué)生有了更多的時(shí)間來操作實(shí)驗(yàn)，教師針對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，和學(xué)生一起探討交流，引導(dǎo)學(xué)生思考，擴(kuò)展學(xué)生思維，提升學(xué)生能力. 這種翻轉(zhuǎn)式的實(shí)驗(yàn)課堂，學(xué)生積極性高、參與度高、課堂討論熱烈，學(xué)術(shù)氛圍濃，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果顯著提高.

圖2 實(shí)驗(yàn)課翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式

3 運(yùn)用信息化手段，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室開放及便捷管理

3.1 建立實(shí)驗(yàn)預(yù)約系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)室開放，可以提高實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)儀器的利用率，是高等教育培養(yǎng)創(chuàng)新人才、實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育目標(biāo)的客觀要求. 我們鼓勵(lì)學(xué)生預(yù)習(xí)時(shí)，若有需要，可以到實(shí)驗(yàn)室觀看實(shí)驗(yàn)儀器；需要重做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)可以到實(shí)驗(yàn)室重測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；因?yàn)檎?qǐng)假等原因未能如期做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生可以申請(qǐng)補(bǔ)做. 然而實(shí)驗(yàn)室因其特殊性，在開放的同時(shí)必須做好實(shí)驗(yàn)室管理. 因此非正常上課時(shí)間來實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生都需要預(yù)約登記，由此將帶來巨大的管理工作量，為此，開發(fā)了實(shí)驗(yàn)預(yù)約系統(tǒng)并將其集成在微信公眾平臺(tái)，如圖3所示. 學(xué)生直接在手機(jī)端進(jìn)行預(yù)約登記，登記結(jié)果可以及時(shí)反饋給相關(guān)教師，以便及時(shí)做出安排.

圖3 微信平臺(tái)實(shí)驗(yàn)預(yù)約系統(tǒng)界面

3.2 建立實(shí)驗(yàn)儀器故障報(bào)修系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)課堂上，儀器出現(xiàn)故障是不可避免的，學(xué)生在發(fā)現(xiàn)儀器問題時(shí)，教師并不一定在現(xiàn)場(chǎng)，學(xué)生無處反饋問題時(shí)，如果有其他儀器可以使用，可能不再向教師反映問題儀器，導(dǎo)致有問題的儀器不能及時(shí)得到修理，影響后續(xù)教學(xué). 為此，搭建了實(shí)驗(yàn)故障報(bào)修系統(tǒng)，如圖4所示. 學(xué)生填報(bào)問題儀器后，相關(guān)維修人員會(huì)及時(shí)得到消息，以便及時(shí)解決問題. 該平臺(tái)不僅可以使有問題的儀器得到及時(shí)維修，便于教學(xué)的正常開展，同時(shí)，平臺(tái)還記錄了儀器故障信息、維修記錄，對(duì)于實(shí)驗(yàn)儀器維護(hù)有著重要意義.

圖4 微信平臺(tái)儀器故障報(bào)修系統(tǒng)界面

4 結(jié)束語

通過建設(shè)網(wǎng)絡(luò)電子教學(xué)資源，翻轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué). 一方面，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，主動(dòng)建構(gòu)實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)；另一方面，課堂上留有足夠的時(shí)間供學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，切實(shí)提高學(xué)生的動(dòng)手能力、分析解決問題的能力. 翻轉(zhuǎn)式實(shí)驗(yàn)課堂，使教師有更多的時(shí)間關(guān)注學(xué)生、關(guān)注學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)，改善評(píng)價(jià)體系. 此外，信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)管理的融合，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室的開放及便捷管理，降低了教學(xué)管理的繁雜度，使實(shí)驗(yàn)管理更好地服務(wù)于實(shí)驗(yàn)教學(xué).