新型教學(xué)模式下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索與實(shí)踐

高琪 朱小芹 薛建忠

摘要：為了有效激發(fā)學(xué)生對大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)興趣，在預(yù)備實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)及設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，嘗試引入微課、翻轉(zhuǎn)課堂、“慕課”（MOOCs）等新型教學(xué)模式。實(shí)踐證明，這種教學(xué)改革能夠很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性，激發(fā)其實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的探究性。從而，既提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，又培養(yǎng)了其創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn);開放式教學(xué)模式;新型教學(xué)模式

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是一門面向理工科各專業(yè)一二年級學(xué)生開設(shè)的必修通識基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程。該課程是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后接受系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法和技能訓(xùn)練的開端，其目的是培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式上，單純的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式已經(jīng)無法滿足新時(shí)代人才培養(yǎng)的需要，近些年，一些高校進(jìn)行了開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的研究與探索，對提升學(xué)生主觀能動(dòng)性、培養(yǎng)創(chuàng)新能力具有重要作用，同時(shí)，也存在一些問題。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，微課、翻轉(zhuǎn)課堂、“慕課”（MOOCs）等新型教學(xué)模式應(yīng)運(yùn)而生[1-3]，這些新型的教學(xué)模式對于緩解課堂教學(xué)壓力起到很好的作用。眾所周知，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)必須要求學(xué)生動(dòng)手操作、實(shí)驗(yàn)觀察、結(jié)果分析，因此，線上的新型教學(xué)模式又必然得與線下的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)模式相結(jié)合，才能達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。通過實(shí)踐，筆者嘗試在預(yù)備實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)不同教學(xué)階段，有效地將新型教學(xué)模式與開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合起來，以達(dá)到最佳的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

1? ? 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求學(xué)生課前預(yù)習(xí)文字材料，由于形式過于單一，許多學(xué)生敷衍了事，沒有達(dá)到預(yù)習(xí)的目的;實(shí)驗(yàn)課堂教師采用灌輸式的教學(xué)模式，講述實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)，占用了較多的時(shí)間，然后學(xué)生再被動(dòng)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間有限，學(xué)生遇到問題就直接找老師，沒有進(jìn)行思考與探索，這種被動(dòng)的學(xué)習(xí)很容易使學(xué)生感到枯燥，失去實(shí)驗(yàn)探索的興趣，更不利于學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。現(xiàn)階段，很多高校都在紛紛探索大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)開放式教學(xué)模式。

開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是讓學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)時(shí)間，將學(xué)生作為課堂的主體，由學(xué)生獨(dú)立完成物理實(shí)驗(yàn)，教師主要是以引導(dǎo)的方式進(jìn)行教學(xué)[4]。這種教學(xué)方式構(gòu)建了時(shí)間、空間、內(nèi)容全方位開放的教學(xué)模式，可以實(shí)現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的多元化發(fā)展，提高實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)儀器的利用效率，激發(fā)學(xué)生進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)的積極性，有效的改善了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果[5]。但是完全采用開放式教學(xué)模式仍存在諸多困難。其一，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)相差懸殊，部分學(xué)生在完全開放的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下無法達(dá)到實(shí)驗(yàn)的基本要求。另外，開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式完全依賴于學(xué)生的自覺性和主動(dòng)性，有心想學(xué)的學(xué)生可以學(xué)到很多，無心學(xué)習(xí)的同學(xué)則容易放任自流，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的兩極分化。

2? ? 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索

江蘇理工學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心承擔(dān)著全校理工科各專業(yè)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程。經(jīng)過多年實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索，逐步建立起了一套適合該校的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，即新型教學(xué)模式與開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。在這種教學(xué)模式中：新型教學(xué)模式將實(shí)驗(yàn)的理論講解移出課堂，大大延長實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間;傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)保證了學(xué)生正常的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間和必須訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目;階段性的開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)則給學(xué)生提供了探究的、自主的學(xué)習(xí)方式，成為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的補(bǔ)充，三種教學(xué)模式的有機(jī)結(jié)合有效地提高了物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。我們將大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為預(yù)備實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)4個(gè)實(shí)驗(yàn)階段，并在不同的實(shí)驗(yàn)階段，探索了不同的結(jié)合方式。

2.1? ?預(yù)備實(shí)驗(yàn)：傳統(tǒng)排課教學(xué)+開放實(shí)驗(yàn)室

在學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn)之前，首先，要對實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識進(jìn)行學(xué)習(xí)，即實(shí)驗(yàn)緒論課程。這部分內(nèi)容往往是采用傳統(tǒng)式的教學(xué)方法，即教師進(jìn)行理論講解：誤差分析、不確定度評定與數(shù)據(jù)處理基本知識、基本儀器安全使用規(guī)則等。但是考慮到學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰⒉畈积R，單純的灌輸理論知識，有些學(xué)生對于一些基本儀器的使用方法、測量與數(shù)據(jù)記錄等基本實(shí)驗(yàn)規(guī)范還是無法準(zhǔn)確掌握。為了解決以上問題，實(shí)驗(yàn)中心特地安排了預(yù)備實(shí)驗(yàn)，即在緒論課授課同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室采取全面開放的形式，有次序地組織學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室熟悉各類實(shí)驗(yàn)儀器。通過第一時(shí)間走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生不僅能夠及時(shí)鞏固教師所講的理論基礎(chǔ)知識，還能夠掌握一定的實(shí)驗(yàn)基本技能，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)效率，為后面正式實(shí)驗(yàn)打下一定的基礎(chǔ)。

2.2? ?基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)：傳統(tǒng)排課教學(xué)+微課、“慕課”預(yù)習(xí)+翻轉(zhuǎn)課堂

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)采用實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一排課的傳統(tǒng)教學(xué)模式，讓學(xué)生在固定的時(shí)間內(nèi)完成必修的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以培養(yǎng)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能、實(shí)驗(yàn)操作方法、基本實(shí)驗(yàn)儀器的使用以及一定的分析、解決問題的能力。怎樣變被動(dòng)灌輸式教學(xué)為主動(dòng)自主學(xué)習(xí)成為了首先需要解決的問題。實(shí)驗(yàn)中心主要從以下兩個(gè)方面采取措施：一方面，更加強(qiáng)調(diào)預(yù)習(xí)過程的重要性。第一，利用微課學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)教師提前錄制好微課視頻，對實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、儀器介紹、實(shí)驗(yàn)操作重難點(diǎn)及注意事項(xiàng)進(jìn)行講解，學(xué)生根據(jù)自身情況，自主選擇學(xué)習(xí)時(shí)間、管理學(xué)習(xí)進(jìn)度，利用手機(jī)隨時(shí)隨地重復(fù)觀看自己需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)。學(xué)生也可以選擇參與“慕課”向各知名高校具有豐富和先進(jìn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的教授、專家進(jìn)行學(xué)習(xí)，對高水平、側(cè)重點(diǎn)不同的教師進(jìn)行自由選擇，提高了學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。第二，利用現(xiàn)代手機(jī)傳媒，搭建面向?qū)W生的公眾教學(xué)平臺(tái)，定期發(fā)布實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件，同時(shí)因人因材施教，實(shí)施分層次教學(xué)，以逐步加深學(xué)生對課程基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)原理的理解，從而保證良好的預(yù)習(xí)效果。第三，利用校園網(wǎng)絡(luò)建立虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，仿真實(shí)驗(yàn)不受時(shí)間和空間的限制，拓寬了教學(xué)的時(shí)間和空間，為學(xué)生提供了多樣化的學(xué)習(xí)方式。通過預(yù)習(xí)，學(xué)生對基礎(chǔ)理論已有較為全面的認(rèn)知，從而節(jié)省課堂上的理論教學(xué)時(shí)間，為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作釋放了時(shí)間。另一方面，改變教師的授課模式。教師應(yīng)作為教學(xué)活動(dòng)的組織者和設(shè)計(jì)者，采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)形式，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析討論、協(xié)作交流和實(shí)驗(yàn)操作，讓學(xué)生通過不斷探索試錯(cuò)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，并探究實(shí)驗(yàn)誤差、找出減小誤差的最優(yōu)方法。經(jīng)過基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的系統(tǒng)訓(xùn)練后，學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能有了明顯提高。

2.3? ?綜合性實(shí)驗(yàn)：微課預(yù)習(xí)+開放式教學(xué)

實(shí)驗(yàn)中心安排開設(shè)了綜合應(yīng)用力、熱、電、光、近代物理等各領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)方法的綜合性實(shí)驗(yàn)，旨在強(qiáng)化學(xué)生對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想和方法的理解，以期達(dá)到學(xué)以致用的目的。該階段，教師的主要任務(wù)是錄制好各個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)的微課視頻供學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，而實(shí)驗(yàn)課主要采取開放式的教學(xué)模式，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中心開設(shè)的綜合性實(shí)驗(yàn)中自主選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)室開放期間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。開放式教學(xué)模式實(shí)驗(yàn)內(nèi)容開放主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，其一，不同專業(yè)的學(xué)生可根據(jù)自身興趣或?qū)I(yè)需求選擇不同的綜合性實(shí)驗(yàn)，有所側(cè)重。對于機(jī)械專業(yè)學(xué)生，將力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程作為其選修學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，而電氣專業(yè)的學(xué)生可根據(jù)自己專業(yè)特點(diǎn)優(yōu)選電學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，以尊重學(xué)生的主體地位，因材施教，激發(fā)興趣。其二，重視分層次教學(xué)：對于同一個(gè)實(shí)驗(yàn)，基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的必修部分，重點(diǎn)是強(qiáng)化基本訓(xùn)練;基礎(chǔ)好的學(xué)生適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)難度，將選修部分作為拓展內(nèi)容，從而提高綜合技能，分層次教學(xué)使不同基礎(chǔ)的學(xué)生其實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ玫讲煌潭鹊呐囵B(yǎng)，對提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果具有重要作用。開放教學(xué)模式下實(shí)驗(yàn)室采用全面開放的形式，為學(xué)生提供必須的實(shí)驗(yàn)儀器，為了保證實(shí)驗(yàn)效果，不限制學(xué)生的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，有效地提升了實(shí)驗(yàn)室的利用效率，避免了資源的閑置和浪費(fèi)。

2.4? ?設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)：完全開放式教學(xué)

物理實(shí)驗(yàn)課程的一個(gè)重要教學(xué)目標(biāo)在于培養(yǎng)學(xué)生的探索能力和創(chuàng)新能力，初步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力，為此，對實(shí)驗(yàn)成績優(yōu)秀、有實(shí)驗(yàn)熱情的學(xué)生開設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)采用完全開放的教學(xué)模式，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完全由學(xué)生自主確定，可以是必修實(shí)驗(yàn)的拓寬內(nèi)容、也可以是學(xué)生根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)及個(gè)人興趣自由選擇的題目，進(jìn)而學(xué)生通過“慕課”學(xué)習(xí)或通過查閱相關(guān)資料確定實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)室采用全面開放的形式給學(xué)生提供相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)器材，并有專門的老師提供咨詢和指導(dǎo)。學(xué)生自主預(yù)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。此外，也可以利用開放實(shí)驗(yàn)室開展課外科技制作、發(fā)明以及各種物理實(shí)驗(yàn)類競賽活動(dòng)。

實(shí)踐證明，這種新型教學(xué)模式與開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，在自主的、探究的學(xué)習(xí)過程中激發(fā)了學(xué)生進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)的積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和一定的創(chuàng)新意識。后續(xù)我們還將繼續(xù)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室開放力度，滿足各層次學(xué)生求知、探索和創(chuàng)新的欲望，提供學(xué)生自主學(xué)習(xí)平臺(tái)，師生交互平臺(tái)，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行研究型實(shí)驗(yàn)，努力形成動(dòng)態(tài)、自主、多元的教學(xué)模式。

3? ? 結(jié)語

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和開放式教學(xué)模式均存在一定的弊端，本文提出了在預(yù)備實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)不同教學(xué)階段將微課、翻轉(zhuǎn)課堂、“慕課”等新型教學(xué)模式與開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式。該模式將實(shí)驗(yàn)教學(xué)的指導(dǎo)思想轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)為主，教師指導(dǎo)為輔，既保證了學(xué)生掌握必須的實(shí)驗(yàn)技能，又給學(xué)生提供了探究的、自主的學(xué)習(xí)方式，從而強(qiáng)化了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。后續(xù)將進(jìn)一步明確實(shí)驗(yàn)教學(xué)的定位和建設(shè)目標(biāo)，探索更為完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，以取得更好的教學(xué)效果。

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Abstract： In order to stimulate students' interest in college physics experiment， the physics experimental teaching center of Jiangsu University of Technology puts forward a teaching mode of college physics experiment，which combines the new teaching mode， such as micro-lecture， flipping classroom， and massive open online courses （MOOCs） with opening experiment teaching mode and traditional experiment teaching mode in different teaching stages of preliminary experiment， basic experiment， comprehensive experiment and designing experiment. Practice has proved that this kind of teaching mode stimulates students' enthusiasm in the process of independent and inquiry learning， and cultivates students' experimental skills and a certain sense of innovation.

Key words： college physical experiment; opening teaching mode; new teaching mode

責(zé)任編輯? ? 祁秀春