基于互聯(lián)網(wǎng)的工科院校大學(xué)物理實驗教學(xué)改革的探索與實踐

牟中飛　吳福根　朱道云　馮軍勤

【摘 要】分析了國內(nèi)工科院校大學(xué)物理實驗課堂教學(xué)中存在的主要問題，介紹了廣東工業(yè)大學(xué)大學(xué)實驗教學(xué)部大學(xué)物理實驗教學(xué)示范中心進行的基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大學(xué)物理實驗教學(xué)模式的改革與探索，總結(jié)了在互聯(lián)網(wǎng)輔助教學(xué)體系支撐下的新教學(xué)模式所發(fā)揮的多重功效和作用。實驗教學(xué)改革所獲得的經(jīng)驗對于類似具有大規(guī)模本科生的工科院校的大學(xué)物理實驗教學(xué)工作具有重要的借鑒和指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】大學(xué)物理實驗;互聯(lián)網(wǎng);輔助教學(xué)體系;教學(xué)模式

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）10-0124-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.10.052

Exploration and Practice on the Teaching Reform of College Physics Experiment in Engineering Colleges Based on Internet

MU Zhong-fei ZHU Dao-yun WU Fu-gen FENG Jun-qin

（Experimental Teaching Department， Gungdong University of Technology， Guangzhou Guangdong 510006， China）

【Abstract】Based on the analysis of the problems existing in the classroom teaching of college physics experiments in domestic engineering universities， this paper introduced the reform and exploration about the teaching mode of college physics experiment based on Internet technology in College Physics Experiment Teaching Demonstration Center in Guangdong University of Technology， and summarized the multiple functions of the new teaching model supported by the Internet assisted teaching system. The experiences obtained in this teaching reform introduced in this paper has important reference and guiding significance for the teaching of college physics experiment teaching in some colleges in which there are undergraduates in a large scale.

【Key words】College Physics Experiment;Internet;Assisted teaching system;Teaching mode

1 工科院校大學(xué)物理實驗課程及其教學(xué)現(xiàn)狀

大學(xué)物理實驗是高等院校理工類本科生的一門必修基礎(chǔ)課程。該課程在提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新能力及創(chuàng)新意識等方面起著至關(guān)重要的作用。如何提高該課程的教學(xué)效果，一直是大學(xué)物理實驗課程教學(xué)研究的努力方向[1-4]。

以廣東工業(yè)大學(xué)為例，該校是一所以工為主、工理經(jīng)管文法藝結(jié)合的、多科性協(xié)調(diào)發(fā)展的省屬重點大學(xué)，是廣東省高水平大學(xué)重點建設(shè)高校。該校實驗教學(xué)部大學(xué)物理實驗教學(xué)示范中心自組建以來，承擔(dān)了全校理工類大學(xué)本科生的大學(xué)物理實驗教學(xué)任務(wù)，每年進入該中心學(xué)習(xí)大學(xué)物理實驗課程的人數(shù)超過8000人，約180個教學(xué)班，每班人數(shù)平均為45人。規(guī)模之大，教學(xué)任務(wù)之重，在全省乃至全國尚屬罕見[5]。在如此大規(guī)模教學(xué)條件下，如何保證大學(xué)物理實驗的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量，值得任課教師和教育工作者深思。

目前，我校大學(xué)物理實驗課程教學(xué)過程中存在的一些急待解決的問題。首先，在授課方式上，大多數(shù)老師重視知識的傳授，輕視對于學(xué)生自學(xué)能力和動手能力的培養(yǎng)。久而久之，學(xué)生對老師的講授有了依賴心理，課前的預(yù)習(xí)就大打折扣，完全依賴于老師課堂的講解，極大減少了動手實踐的時間。其次，在實體空間和設(shè)備有限的情況下，需要開發(fā)一個開放的學(xué)生預(yù)習(xí)資源平臺。在工科大規(guī)模本科生進入實驗室的情況下，實驗室的利用率很高，雖然說實驗室對于全體本科生在課余時間是開放的，但是并不是所有學(xué)生都有時間和機會進入實驗室進行提前預(yù)習(xí)，學(xué)生課前的預(yù)習(xí)只能依賴于教材和實驗報告冊。因此，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，為學(xué)生的預(yù)習(xí)提供方便顯得尤為重要。再次，缺乏對于學(xué)習(xí)預(yù)習(xí)效果的監(jiān)督考核機制。我校本科生每班人數(shù)平均為45人，任課教師逐一檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)情況需要話費大量的精力和時間，也需要建立一套監(jiān)督與督促預(yù)習(xí)機制，以便教師隨時掌握學(xué)生的預(yù)習(xí)情況。

基于以上教學(xué)現(xiàn)狀，在大規(guī)模工科教學(xué)背景下，探索新的教學(xué)模式和教學(xué)手段勢在必行。近年來，我校大學(xué)物理實驗教學(xué)示范中心充分利用互聯(lián)網(wǎng)的強大功能，建立了互聯(lián)網(wǎng)輔助教學(xué)體系[6-8]。中心引進了科大奧銳公司的物理實驗預(yù)習(xí)與判卷系統(tǒng)，同時豐富了網(wǎng)站資源，建立了微信公眾平臺，以輔助實驗教學(xué)，取得了很好的教學(xué)效果。下面將對這一探索進行介紹，并對使用效果進行探討。

2 物理實驗預(yù)習(xí)與自動判卷系統(tǒng)

圖1是物理實驗預(yù)習(xí)自動判卷系統(tǒng)教師登錄界面，教師以管理員身份登錄后，可以發(fā)布中心通知、設(shè)置教師帳號、導(dǎo)入班級及學(xué)生名單、導(dǎo)入預(yù)習(xí)題庫、導(dǎo)出學(xué)生成績等。以任課教師身份登錄后可以安排預(yù)習(xí)、輸入學(xué)生的操作成績以及數(shù)據(jù)處理成績（預(yù)習(xí)成績由系統(tǒng)直接給出），系統(tǒng)根據(jù)三項成績按指定的權(quán)重計算每次實驗的總評成績。所有實驗完成以后，任課老師可以導(dǎo)出全部實驗的總評成績，據(jù)此可以確定大學(xué)物理實驗課程總評成績。

圖2是物理實驗預(yù)習(xí)大廳學(xué)生登錄界面。學(xué)生用戶登錄后，可以看到任課老師發(fā)布的預(yù)習(xí)通知。進入預(yù)習(xí)以后，學(xué)生會看到一系列關(guān)于實驗?zāi)K化小視頻。每個小視頻時長10-20分鐘，介紹實驗思想方法、實驗原理、實驗步驟、實驗注意事項等。學(xué)生必須全部觀看每個實驗的全部小視頻之后，才可以進行預(yù)習(xí)測試。預(yù)習(xí)測試題從題庫中隨機抽取、組合使用。

3 網(wǎng)頁和微信公眾號所提供的預(yù)習(xí)資源

除了網(wǎng)上預(yù)習(xí)大廳提供的預(yù)習(xí)資源以外，我們還積極開發(fā)了其他網(wǎng)絡(luò)資源供學(xué)生隨時隨地進行課前預(yù)習(xí)[9]。我們在實驗教學(xué)部部門主頁上增加了網(wǎng)絡(luò)資源一項（圖3），把全部的預(yù)習(xí)視頻資料等上傳到網(wǎng)上，供學(xué)生進行網(wǎng)上預(yù)習(xí)。另外，我們也開設(shè)了一個微信公眾號，供學(xué)生關(guān)注并利用其中的視頻資料進行課前預(yù)習(xí)。

網(wǎng)頁和微信公眾號提供的預(yù)習(xí)資源雖然不能有效的督促學(xué)生使用，但是給學(xué)生預(yù)習(xí)提供了更為方便快捷的途徑，學(xué)生可以通過手機隨時隨地觀看預(yù)習(xí)視頻，了解實驗原理、步驟、注意事項等。

4 課堂教學(xué)模式的改進

為學(xué)生創(chuàng)建了良好的網(wǎng)絡(luò)預(yù)習(xí)資源和環(huán)境，建立了有效的督促機制之后，我們著手進行了實驗教學(xué)模式的改革。中心倡導(dǎo)全體實驗教師進行實驗教學(xué)改革方面的有益嘗試，改變大學(xué)物理實驗課堂原有的填鴨式教學(xué)方式，在預(yù)習(xí)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)資源完備與豐富的條件下，教師盡量在課堂上少講，留更多的時間給學(xué)生動手操作[10]。大學(xué)物理實驗每個實驗安排3個學(xué)時進行，改革以前，教師通常要講授1到1.5個學(xué)時，留給學(xué)生進行操作和探索的時間相對較少。新的教學(xué)模式下，要求教師講授時間一般為10-15分鐘，最多不超過30分鐘。內(nèi)容上，要求教師不能面面俱到的講授實驗原理，而是要強調(diào)該實驗所能體現(xiàn)的科學(xué)方法和科學(xué)思想，最后涉及一些最基本的實驗注意事項。

5 互聯(lián)網(wǎng)輔助教學(xué)體系的功能

預(yù)習(xí)系統(tǒng)、中心網(wǎng)站和微信公眾平臺三位一體的互聯(lián)網(wǎng)輔助教學(xué)體系，已在我中心運行超過三年時間。該體系對于大學(xué)物理實驗課程教學(xué)效果的提高起到了積極的推動作用。

首先，提高了學(xué)生的自學(xué)能力。學(xué)生的最終課程成績與每一個實驗的每一個環(huán)節(jié)都直接相關(guān)，預(yù)習(xí)系統(tǒng)成績占總評成績的20%，這一成績分配辦法使得學(xué)生必須重視預(yù)習(xí)。從實施效果看，學(xué)生預(yù)習(xí)測試題的完成情況很好，完成率在99%以上。另外，系統(tǒng)設(shè)置為學(xué)生必須觀看完實驗視頻以后才可進入預(yù)習(xí)測試，限定了學(xué)生必須先觀看預(yù)習(xí)視頻才能完成預(yù)習(xí)測試，且預(yù)習(xí)測試題目為題庫隨機分配，一定程度上杜絕了學(xué)生相互抄襲的情況。這一預(yù)習(xí)系統(tǒng)，在一定程度上要求學(xué)生為了在預(yù)習(xí)測試中取得好成績，除了通讀實驗講義、觀看教學(xué)視頻之外，還要通過網(wǎng)絡(luò)搜索閱讀相關(guān)知識，這無形中增強了學(xué)生的自學(xué)能力，提高了預(yù)習(xí)的效果。采用預(yù)習(xí)與評價系統(tǒng)以后，教師的授課模式從多講變?yōu)樯僦v，就可以節(jié)省出更多的時間加強對于學(xué)生操作情況的考察。學(xué)生了解到教師在課前是不會講授太多實驗細節(jié)的，失去了對教師填鴨式教學(xué)的依賴，為了不在操作環(huán)節(jié)出現(xiàn)困難，必須加強課前預(yù)習(xí)，因此自學(xué)能力也會獲得明顯的提高。

其次，增強了學(xué)生的動手能力和獨立思考能力。采用預(yù)習(xí)與評價系統(tǒng)后，學(xué)生最終實驗課程成績的確定方式十分明確，學(xué)生要想獲得好的最終總評成績，必須重視每一次實驗課，必須重視每次實驗課的每一個環(huán)節(jié)（預(yù)習(xí)、操作和實驗報告），環(huán)環(huán)相扣。預(yù)習(xí)做好了，學(xué)生在課堂上就可以在很短的時間里迅速完成必需的實驗內(nèi)容，剩余時間可以對于實驗儀器和實驗內(nèi)容進行更深層次的探討，從而提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。采用新系統(tǒng)后，教師講授時間大大縮短。教師有更多的時間檢查和督促學(xué)生的操作情況。對于操作較差的學(xué)生提出批評，對于實驗中勤于思考，勇于提出問題并分析解決問題的學(xué)生適時提出表揚和鼓勵。這樣可以帶動更多的學(xué)生加強預(yù)習(xí)，課堂上的任務(wù)是獨立完成實驗并進行更深層次的思考。例如在旋光性溶液的測量實驗中，有學(xué)生提出設(shè)想：如果把電子和場實驗中所用的螺絲管套在旋光性溶液的試管外圍，通電螺絲管產(chǎn)生的磁場會不會對于旋光現(xiàn)象產(chǎn)生影響。在邁克爾遜干涉儀的實驗中，有學(xué)生提問，為什么在玻璃板上看到的是兩排紅點而不是兩個紅點[11]。這些問題的提出和思考，提高了學(xué)生的獨立思維能力、提出問題和分析解決問題的能力。同時，這也是在預(yù)習(xí)系統(tǒng)發(fā)揮作用，學(xué)生能更快的完成實驗，有更多的時間進行思考的結(jié)果。

再次，減輕了教師的工作量。在沒有建立預(yù)習(xí)和評估系統(tǒng)之前，學(xué)生的預(yù)習(xí)完全靠自覺。教師清楚知道只有極少數(shù)學(xué)生會認真預(yù)習(xí)，所以擔(dān)心學(xué)生對于實驗內(nèi)容不了解，實驗步驟不清楚，實驗完成不順利等問題，在課前進行大量時間的講授。在新的預(yù)習(xí)系統(tǒng)實施之后，教師不必再擔(dān)心學(xué)生不預(yù)習(xí)。教師完全可以在課堂上實現(xiàn)少講[12]。因此，預(yù)習(xí)系統(tǒng)的建立，大大減少了老師的講授工作量，把更多的精力與時間投入到對學(xué)生的指導(dǎo)中去。

最后，可以充分提高學(xué)生的科技創(chuàng)新能力。學(xué)生在課前經(jīng)過了充分的預(yù)習(xí)和思考，教師在課堂上真正實現(xiàn)了少講。學(xué)生在課堂上可以更快的完成必需的實驗內(nèi)容，也有更多的剩余時間可以對于實驗內(nèi)容進行更深層次的思考和探索。部分學(xué)生善于觀察和思考，常常可以發(fā)現(xiàn)和提出一些新奇的問題并嘗試解決。教師節(jié)省了課堂講授時間，也就有更多的時間對于學(xué)生的操作情況進行檢查和指導(dǎo)。教師完全有時間和精力對學(xué)生的操作情況進行評價，對預(yù)習(xí)好、操作好、勤動手、善思考的同學(xué)提出表揚，對于預(yù)習(xí)不足、動手能力差、對老師等靠要、提出低級弱智問題的學(xué)生提出批評。這顯然可以極大的提高學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理實驗的熱情。另外，教師也可以有時間和精力發(fā)現(xiàn)部分科技創(chuàng)新能力較強的學(xué)生，充分發(fā)掘他們的學(xué)習(xí)和創(chuàng)造潛力，積極引導(dǎo)他們參加課外科技創(chuàng)新小組、申報大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目等。顯然，這對于我校本科教學(xué)質(zhì)量的提高會起到潛移默化的作用，也會為我國的研究生教育提供優(yōu)質(zhì)生源。

6 結(jié)語

工科大規(guī)模教學(xué)環(huán)境下，加強大學(xué)物理實驗的課前預(yù)習(xí)，提高大學(xué)物理實驗課堂教學(xué)效果尤為重要。我們建立的基于互聯(lián)網(wǎng)的大學(xué)物理實驗輔助教學(xué)體系可以有效督促學(xué)生進行課前預(yù)習(xí)，提高學(xué)生的自學(xué)能力;提高學(xué)生獨立思維能力、發(fā)現(xiàn)問題分析問題和解決問題的能力;可以幫助老師減少講授工作量，使老師在課堂上有更多的時間對學(xué)生的操作進行指導(dǎo);可以充分培養(yǎng)和提高學(xué)生的科技創(chuàng)新能力，提高本科教學(xué)質(zhì)量，并為研究生教育培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)生源。因此，我中心近年來在基于互聯(lián)網(wǎng)的工科院校大學(xué)物理實驗教學(xué)方面所進行的改革與探索對于類似擁有大規(guī)模本科生的工科院校的大學(xué)物理實驗課程教學(xué)具有重要的借鑒和指導(dǎo)意義。

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