信息技術(shù)環(huán)境下構(gòu)建大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)活力課堂的實(shí)踐研究

顧媛媛 符躍鳴 陸惠 崔巖 殷美琳

摘? 要：本文以大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)“活力課堂”建設(shè)為研究對(duì)象，依托信息技術(shù)環(huán)境，建立大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)活力課堂的模型，針對(duì)課堂中課前、課中、課后進(jìn)行教學(xué)，旨在改變“滿堂灌”的傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，利用信息技術(shù)提高課堂教學(xué)的有效性，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情 ，以適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)知識(shí)迅速發(fā)展的新要求，以課堂教學(xué)為例進(jìn)行展開，通過(guò)課后學(xué)生節(jié)點(diǎn)考核顯示，最終給出活力課堂建設(shè)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，全面地對(duì)活力課堂建設(shè)提供了評(píng)價(jià)體系。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù)? 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)? 虛擬仿真? 活力課堂

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）09（c）-0197-06

Abstract： This paper takes the construction of college physics experiment "dynamic classroom" as the research object， relies on the information technology environment， establishes the model of college physics experiment dynamic classroom， carries on the teaching before， during and after class. The aim is to change the traditional "cramming education" teaching method of physics experiment， improve the effectiveness of classroom teaching， and stimulate students' enthusiasm for active learning. In order to adapt to the new requirements of the rapid development of knowledge in modern society， this paper takes classroom teaching as an example， and through the examination of the students' nodes after class， finally gives the evaluation indicators of the construction of the dynamic classroom， and comprehensively provides an evaluation system for the construction of the dynamic classroom.

Key Words： Information technology; College physics experiment; Virtual simulation; Dynamic classroom

現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展使得多媒體成為了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中非常重要的輔助性教學(xué)手段[1]，信息技術(shù)在物理課堂教學(xué)中應(yīng)用率不斷提升，實(shí)現(xiàn)了物理實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)資源與多媒體軟件的有效整合，為實(shí)際教學(xué)提供良好的教學(xué)環(huán)境。通過(guò)在線虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)的融入，也提升大學(xué)物理的內(nèi)涵建設(shè)，提高師資隊(duì)伍建設(shè)，加強(qiáng)課程標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，構(gòu)建適合應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)目標(biāo)的教學(xué)體系與教學(xué)內(nèi)涵。活力課堂不只增長(zhǎng)學(xué)生的物理知識(shí)和技能，還增加學(xué)生的課堂體驗(yàn)。隨著信息技術(shù)的興起，給大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革帶來(lái)了無(wú)限的生機(jī)[2]，尤其是微課、MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂和在線開放課程[3-12]等方面的研究。

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

1.1 實(shí)驗(yàn)管理方式受實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)時(shí)間的影響，效率較低

由于受到實(shí)驗(yàn)教室和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，大多數(shù)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都是集中授課，通常是在規(guī)定的上課時(shí)間和實(shí)驗(yàn)教室進(jìn)行，一組由一人或者兩人組成。由于高校學(xué)生數(shù)量較多，造成最終完成大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所需批次多，教師的排課較為辛苦。正常的實(shí)驗(yàn)課中，還往往面臨的問題是有學(xué)生各種理由造成的缺課現(xiàn)象，教師還需要臨時(shí)安排學(xué)生時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)做實(shí)驗(yàn)，這樣實(shí)驗(yàn)的整體效率就會(huì)降低，實(shí)驗(yàn)管理也增添了一定的難度。

1.2 傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)需要手動(dòng)書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告

傳統(tǒng)一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)包括書寫根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)部分的報(bào)告，根據(jù)教師演示完成實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后還要書寫最終報(bào)告，由于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程是公共基礎(chǔ)課，學(xué)分相對(duì)而言較低，學(xué)生重視不夠，多數(shù)學(xué)生只能在實(shí)驗(yàn)教師的帶領(lǐng)下完成書寫實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告的工作，由于課下投入的精力少，達(dá)不到完全理解實(shí)驗(yàn)的精髓，更不能保證熟練使用實(shí)驗(yàn)儀器并掌握其操作方法。

實(shí)驗(yàn)后的報(bào)告處理的效率低，由于課程學(xué)時(shí)有限，課堂上關(guān)于具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)處理知識(shí)只能簡(jiǎn)單講解。學(xué)生課后自行處理實(shí)驗(yàn)報(bào)告經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些問題[11]，甚至不會(huì)處理數(shù)據(jù)，導(dǎo)致最終的實(shí)驗(yàn)報(bào)告分?jǐn)?shù)較低，不及格現(xiàn)象比較嚴(yán)重。

1.3 物理實(shí)驗(yàn)環(huán)境單調(diào)，不利于個(gè)性化教學(xué)

物理實(shí)驗(yàn)存在誤差，實(shí)驗(yàn)中，人員、環(huán)境、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)器材等對(duì)實(shí)驗(yàn)的測(cè)量產(chǎn)生一定的誤差，實(shí)驗(yàn)室一般放置固定的一種或者兩種實(shí)驗(yàn)儀器，學(xué)生只能根據(jù)實(shí)驗(yàn)儀器的安排完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)儀器的參數(shù)一般是固定的，很難變動(dòng)，學(xué)生希望能夠靈活改變實(shí)驗(yàn)條件，這就造成了傳統(tǒng)的常規(guī)實(shí)驗(yàn)儀器往往很難滿足學(xué)生的需求，物理實(shí)驗(yàn)環(huán)境相對(duì)而言比較單調(diào)。

1.4 傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)受社會(huì)大環(huán)境影響

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)教室，若社會(huì)形勢(shì)發(fā)生變化，無(wú)法適應(yīng)。2019年12月爆發(fā)新冠肺炎以來(lái)，對(duì)于2020年上學(xué)期的教學(xué)影響較大，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)已不適用，學(xué)生無(wú)法聚集一起實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)操作及學(xué)習(xí)。

2? 信息技術(shù)與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)整合的優(yōu)勢(shì)

將現(xiàn)代信息技術(shù)與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程相互融合，可以通過(guò)信息技術(shù)使得大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)得到更好的教學(xué)效果，從而可以充分使學(xué)生主動(dòng)思考問題，進(jìn)而提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)效率。

2.1 實(shí)現(xiàn)開放學(xué)習(xí)與資源共享

網(wǎng)絡(luò)資源共享是現(xiàn)代信息技術(shù)帶來(lái)的巨大便利之一，可以很好地應(yīng)用于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程。學(xué)生可以參考網(wǎng)上其他教師的課程進(jìn)行補(bǔ)充。實(shí)驗(yàn)課程可以建立網(wǎng)站，網(wǎng)站上可以上傳資料，例如大綱、進(jìn)度表、課程安排、錄播視頻、下發(fā)作業(yè)、在線考試等，網(wǎng)站可設(shè)置專門的管理人員，負(fù)責(zé)與學(xué)生建立互動(dòng)并發(fā)放資源，不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，而且可以豐富物理實(shí)驗(yàn)的課程資源。教師可直接選擇錄制實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)、難點(diǎn)的教學(xué)視頻，上傳至公共學(xué)習(xí)平臺(tái)，方便學(xué)生在正式上課前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)知識(shí)的梳理，使學(xué)生抓住實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)，輕松掌握實(shí)驗(yàn)原理，課后可借助平臺(tái)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)的復(fù)習(xí)。

2.2 利用信息技術(shù)反饋信息，及時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)

隨著互聯(lián)網(wǎng)+、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)教師可以利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)獲取學(xué)生對(duì)該實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)信息。通過(guò)對(duì)后臺(tái)收據(jù)的讀取分析，我們可以及時(shí)、準(zhǔn)確地了解學(xué)生是否在預(yù)習(xí)、是否完成了作業(yè)、答案的準(zhǔn)確性、上課人數(shù)、知識(shí)的掌握情況等，尤其是認(rèn)真學(xué)習(xí)的學(xué)生名單以及需要進(jìn)行預(yù)警的學(xué)生，使教師能做到及時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度及內(nèi)容安排，最終提高學(xué)生整體學(xué)習(xí)的效率。

2.3 融入仿真實(shí)驗(yàn)與時(shí)俱進(jìn)，善于應(yīng)用新技術(shù)

通過(guò)在線的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)合視覺和聽覺的效果，人們可以以最高的效率接收信息。運(yùn)用flash動(dòng)畫以及視頻仿真技術(shù)，可以使抽象、深?yuàn)W的知識(shí)更加地直觀和具體。在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中正確應(yīng)用在線的虛擬仿真技術(shù)，可適當(dāng)提高學(xué)生的邏輯思維，加深對(duì)物理理論知識(shí)的理解，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

因此，要改革大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)模式，除了采用線上與線下的混合教學(xué)模式外，還應(yīng)加強(qiáng)信息技術(shù)的應(yīng)用，加入在線虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)，使學(xué)生深入理解實(shí)驗(yàn)原理，并通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中充分了解實(shí)驗(yàn)原理實(shí)施線上線下混合教學(xué)模式，一方面學(xué)生通過(guò)線上教學(xué)環(huán)節(jié)做好課前預(yù)習(xí)，另一方面為線下課堂操作做準(zhǔn)備，教師可以有充足的時(shí)間安排學(xué)生進(jìn)行課堂實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果。此外，學(xué)生可以在課后復(fù)習(xí)網(wǎng)上教學(xué)內(nèi)容，提高課程的學(xué)習(xí)成績(jī)。同時(shí)，通過(guò)在線教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，教師可以提高課程的學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)學(xué)生在遷移過(guò)程中自主學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

3? 信息化技術(shù)環(huán)境下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)活力課堂混合教學(xué)模式的構(gòu)建

實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)一切真理的標(biāo)準(zhǔn)。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程旨在培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的綜合能力，尤其是適應(yīng)科技發(fā)展和整個(gè)社會(huì)進(jìn)步總體能力的方面，起著重要的作用。

3.1 依據(jù)課程特點(diǎn)構(gòu)建活力課堂模型

為了提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，全面深入地進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)體系和教學(xué)方法的現(xiàn)代化改革，注重培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和思維能力，建立以下以任務(wù)式的活力課堂模型，如圖1所示，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)活力課堂模型分為3個(gè)階段：課前原理的預(yù)習(xí)、課中實(shí)驗(yàn)操作的學(xué)習(xí)、課后實(shí)驗(yàn)總結(jié)及復(fù)習(xí)，圍繞任務(wù)目標(biāo)，采用適當(dāng)比例的信息技術(shù)進(jìn)行整合。通過(guò)任務(wù)式的教學(xué)過(guò)程，學(xué)生不再是在老師安排下被動(dòng)地學(xué)習(xí)，而是在任務(wù)的指導(dǎo)下主動(dòng)、積極地去思考，激發(fā)了學(xué)生自我學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)其學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，及時(shí)做出決策信息的反饋，從而提高了課堂學(xué)習(xí)的效率。

3.2 依據(jù)學(xué)校平臺(tái)，建設(shè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在線學(xué)習(xí)中心

在學(xué)校的支持下，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的在線開放課程已在超星平臺(tái)上線，資料已全部投放在網(wǎng)站，建立了系統(tǒng)化的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的課程體系，具備了線上線下混合教學(xué)模式的軟硬件條件，為線上線下混合教學(xué)模式的實(shí)施提供了保障，在線課程建設(shè)如圖2所示。

3.3 線上輔助預(yù)習(xí)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教師通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提前向?qū)W生發(fā)放課堂預(yù)習(xí)資料，設(shè)置課程重點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生上課前完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，完成預(yù)習(xí)任務(wù)并獲得相應(yīng)的預(yù)習(xí)分值，預(yù)習(xí)內(nèi)容可通過(guò)觀看錄播的視頻，發(fā)放任務(wù)點(diǎn)，完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容的學(xué)習(xí)任務(wù)，才能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行課堂操作，教師在學(xué)生正式進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前返回在線課程后臺(tái)查看數(shù)據(jù)分析，獲取學(xué)生后臺(tái)學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)，保證實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的預(yù)習(xí)效果。在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)緒論的學(xué)習(xí)中，圖3給出學(xué)習(xí)安排，包括課件、預(yù)習(xí)視頻，章節(jié)測(cè)驗(yàn)等，每一章節(jié)設(shè)定任務(wù)點(diǎn)，學(xué)生需認(rèn)真完成預(yù)習(xí)工作，才能進(jìn)入到下一步的學(xué)習(xí)中，預(yù)習(xí)中插入錄播視頻幫助學(xué)生理解數(shù)據(jù)處理的重點(diǎn)以及難點(diǎn)，通過(guò)觀看這些教學(xué)錄播的視頻，學(xué)生可以實(shí)現(xiàn)課前預(yù)習(xí)時(shí)就能輕松地理解實(shí)驗(yàn)原理，熟悉實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)的方法以及步驟、注意事項(xiàng)等，為線下課堂親自安裝調(diào)試儀器做好充分的準(zhǔn)備，不僅達(dá)到了學(xué)生在上課課前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理的目的，還可以培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)的積極性，如圖4所示為預(yù)習(xí)視頻。

3.4 選定平臺(tái)，采用線上直播教學(xué)

受新冠肺炎疫情的影響，學(xué)生無(wú)法進(jìn)入學(xué)校和老師進(jìn)行面對(duì)面的溝通學(xué)習(xí)，為了達(dá)到教學(xué)要求，采用釘釘直播教學(xué)的方式，進(jìn)行線上教學(xué)，建立班級(jí)直播群，提前發(fā)放上課通知，設(shè)定時(shí)間開展群直播，學(xué)生和教師可實(shí)現(xiàn)課堂互動(dòng)，下課后通過(guò)后臺(tái)數(shù)據(jù)監(jiān)督學(xué)生學(xué)習(xí)情況，包括學(xué)生參與時(shí)間長(zhǎng)短，與教師的互動(dòng)情況，圖5為釘釘在線上課視頻。

3.5 采用大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)

虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)可以將實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境進(jìn)行重現(xiàn)，該系統(tǒng)不受實(shí)驗(yàn)的時(shí)間和實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)的限制，學(xué)生可以在家多次進(jìn)行重復(fù)操作仿真實(shí)驗(yàn)，這對(duì)學(xué)生提前預(yù)習(xí)、課后鞏固物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)提供了良好的條件[13]。虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)不但使學(xué)生了解了一些學(xué)科前沿的知識(shí)，還可以達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的目的。在線虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室通過(guò)虛、實(shí)結(jié)合，人機(jī)交互的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，全面提高了學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。實(shí)驗(yàn)教師可以做到發(fā)放學(xué)生賬號(hào)，讓學(xué)生自行登錄，了解實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，登錄界面如圖6所示，圖7為拉伸法測(cè)金屬絲楊氏模量仿真實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生可在線完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板導(dǎo)入數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)?zāi)０暹€具有在線數(shù)據(jù)處理功能，節(jié)省書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的效率。課后書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告是對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的科學(xué)總結(jié)，而實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理是實(shí)驗(yàn)報(bào)告的重要組成部分。由于線上教學(xué)內(nèi)容包括了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法的教學(xué)視頻，為學(xué)生順利完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)處理提供了良好的指導(dǎo)作用，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的分?jǐn)?shù)普遍提高了。

3.6 課后線下復(fù)習(xí)及效果評(píng)價(jià)

由于課程內(nèi)容可以通過(guò)超星學(xué)習(xí)通隨時(shí)隨地觀看學(xué)習(xí)，也可以課后再進(jìn)行釘釘視頻直播回放觀看視頻，還可以通過(guò)做測(cè)驗(yàn)題檢驗(yàn)自己的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果等，以期達(dá)到熟練掌握操作技能方法的目的，為期末考試做好準(zhǔn)備，本課程具體考核評(píng)價(jià)方式見表1。

4? 結(jié)語(yǔ)

新疫情形勢(shì)下，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式和線上線下混合教學(xué)模式的分析與比較，認(rèn)識(shí)到對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行改革是一種必然趨勢(shì)，采用信息技術(shù)融入到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)活力課堂教學(xué)中，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量都是大有益處的。在互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的今天，采用信息技術(shù)融合仿真實(shí)驗(yàn)線上線下混合教學(xué)模式具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

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[13] 朱盼盼，王旗.以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2017，3（1）：28-32.