對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在線(xiàn)教學(xué)的探索

齊紅霞

摘要：新冠肺炎疫情給課堂教學(xué)造成了很大沖擊，在疫情嚴(yán)重時(shí)期，學(xué)校實(shí)施停課不停學(xué)的教學(xué)方式，理論課程均轉(zhuǎn)為線(xiàn)上教學(xué)。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程固有的學(xué)科實(shí)踐特性，由于無(wú)法開(kāi)展線(xiàn)上教學(xué)而停滯。該文探討在疫情等特殊時(shí)期，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)線(xiàn)上教學(xué)的可行性，在教學(xué)方法、效果評(píng)價(jià)等方面提出思路，利用現(xiàn)代信息技術(shù)，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程與理論課程同步線(xiàn)上教學(xué)，深化學(xué)生對(duì)物理理論的學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)??在線(xiàn)教學(xué)??信息技術(shù)??效果評(píng)價(jià)

中圖分類(lèi)號(hào)：G434;O4-4???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???文章編號(hào)：1672-3791（2022）07（b）-0000-00

Study?on?Online?Teaching?of?College?Physics?Experiment

QI?Hongxia

（School?of?Physics?and?Electronic?Engineering，?Jiangsu?Normal?University，?Xuzhou，?Jiangsu?Province，?221116?China）

Abstract：?Classroom?teaching?was?impacted?severely?by?the?COVID-19.?In?the?serious?epidemic?period，?classes?suspended?but?learning?continues，?and?the?theoretical?courses?have?been?converted?to?online?teaching.?However，?the?inherent?discipline?practice?characteristics?of?college?physics?experiment?courses?makes?it?stagnate?due?to?the?inability?to?carry?out?online?teaching.?This?paper?discusses?the?feasibility?of?online?teaching?of?college?physics?experiments?in?special?periods?such?as?epidemic?situation，?puts?forward?ideas?in?teaching?methods?and?effect?evaluation，?and?strives?to?realize?the?synchronous?online?teaching?of?experimental?courses?and?theoretical?courses?by?using?modern?information?technology，?so?as?to?deepen?students'?learning?of?physics?theory.

Key?Words：?College?physics?experiment?course;?Online?teaching;?Information?technology;?Impact?assessment

新冠肺炎疫情對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)和身體健康帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)，對(duì)人們的生產(chǎn)生活造成很大影響。對(duì)高校課程教學(xué)而言，在疫情防控常態(tài)化時(shí)期，不僅要關(guān)注線(xiàn)上教學(xué)資源的組織和管理，也要平衡不同學(xué)科的特性和差異[1-2]。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)具有實(shí)踐性、互動(dòng)性等特點(diǎn)[3-4]，在學(xué)生無(wú)法操作實(shí)驗(yàn)儀器的情況下開(kāi)展線(xiàn)上教學(xué)，需要更加充分地利用信息技術(shù)手段，調(diào)動(dòng)學(xué)生在線(xiàn)學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，以討論互動(dòng)為主、觀(guān)摩驗(yàn)證為輔的教學(xué)形式，彌補(bǔ)無(wú)實(shí)物教學(xué)的缺陷，師生合力達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的要求。1?傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

實(shí)驗(yàn)課程是對(duì)理論課程的必要補(bǔ)充，是學(xué)生獲取知識(shí)的直觀(guān)體驗(yàn)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)[5-6]。通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作和驗(yàn)證，強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)理論的認(rèn)識(shí)，深化了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和解決具體問(wèn)題的能力。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是科學(xué)實(shí)驗(yàn)基本訓(xùn)練的必修基礎(chǔ)課程，是高校理工科學(xué)生接受系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開(kāi)端。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)包含力、熱、聲、電、光等多個(gè)知識(shí)模塊，學(xué)生通過(guò)動(dòng)手操作，既加深對(duì)理論知識(shí)的理解，又鍛煉了以物理角度思考問(wèn)題的方式，為以后生活中的安全用電等物理知識(shí)應(yīng)用場(chǎng)景奠定基礎(chǔ)。

高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)均采用課堂教學(xué)模式，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。以“薄透鏡焦距的測(cè)量”這一光學(xué)實(shí)驗(yàn)為例，同學(xué)們進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，提交預(yù)習(xí)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)教師根據(jù)預(yù)習(xí)報(bào)告和學(xué)生對(duì)該次實(shí)驗(yàn)的熟悉程度進(jìn)行評(píng)估，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)原理的講解和實(shí)驗(yàn)儀器操作演示，接下來(lái)由學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行原始數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)處理。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，教師與學(xué)生面對(duì)面，及時(shí)的講解答疑和詢(xún)問(wèn)交流，保證每位同學(xué)都可以得到理論知識(shí)和實(shí)踐技能的提升。

2?疫情對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的沖擊

突如其來(lái)的新冠肺炎疫情改變了人們的生活軌跡，人們對(duì)疫情從最初的惶恐、焦慮到現(xiàn)在的了解、戰(zhàn)勝，中間經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)渡時(shí)期。在這個(gè)過(guò)渡時(shí)期里，學(xué)校的教學(xué)模式也在逐步摸索和改變[7-8]。理論課程可以通過(guò)在線(xiàn)形式，以直播或錄播的方式教授知識(shí)，現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)通訊和教學(xué)平臺(tái)，足以保障在線(xiàn)教育的成功實(shí)施。隨著科技的發(fā)展，理論課程在線(xiàn)教學(xué)平臺(tái)也在逐步完善，師生自由互動(dòng)，幾乎可以模擬課堂教學(xué)的實(shí)際，達(dá)到較好的教學(xué)效果。

然而，疫情初期停課不停學(xué)的理論在線(xiàn)教學(xué)期間，實(shí)驗(yàn)教學(xué)則處于停滯狀態(tài)，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)也不例外，所有停課的高校，整個(gè)學(xué)期內(nèi)物理實(shí)驗(yàn)室均處于封閉狀態(tài)。由于實(shí)驗(yàn)課程的特殊性，無(wú)法在短期內(nèi)找到類(lèi)似理論教學(xué)的替代方案，只能選擇疫情停課、開(kāi)學(xué)補(bǔ)課的被動(dòng)策略，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課程積壓滯后。

對(duì)于理工科學(xué)生來(lái)說(shuō)，疫情緩和后的學(xué)期內(nèi)，需要補(bǔ)充教學(xué)計(jì)劃內(nèi)缺失的上學(xué)期的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程，導(dǎo)致部分年級(jí)學(xué)生課程負(fù)擔(dān)加重。補(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)課程一般安排在晚上和周末進(jìn)行，利用了學(xué)生的休息時(shí)間，部分學(xué)生產(chǎn)生抵觸心理，學(xué)習(xí)效果大打折扣。另外，本該兩個(gè)學(xué)期的實(shí)驗(yàn)課程被壓縮到一個(gè)學(xué)期，額外的實(shí)驗(yàn)課時(shí)也會(huì)導(dǎo)致教師壓力增大，實(shí)驗(yàn)儀器超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的維護(hù)帶來(lái)不利影響。由于平時(shí)缺少預(yù)案，導(dǎo)致疫情突發(fā)事件對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的沖擊較大。

3?物理實(shí)驗(yàn)在線(xiàn)教學(xué)的必要性

疫情已經(jīng)得到緩解，由疫情導(dǎo)致積壓的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程也已經(jīng)全部補(bǔ)習(xí)完畢，但并不意味著我們已經(jīng)完美解決了在突發(fā)事件下實(shí)驗(yàn)課程的所有問(wèn)題。與其在突發(fā)狀況下消極等待，不如現(xiàn)在行動(dòng)起來(lái)，制定突發(fā)事件下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的替代方案。在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)雖然不能解決學(xué)生動(dòng)手操作的難題，但也盡可能地滿(mǎn)足對(duì)物理定理和規(guī)律進(jìn)行驗(yàn)證的要求。

物理實(shí)驗(yàn)在線(xiàn)教學(xué)作為一種替代方案，是非常時(shí)期的有效實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，對(duì)大學(xué)物理理論教學(xué)起到補(bǔ)充和促進(jìn)作用，使學(xué)生更直觀(guān)地理解物理定理的內(nèi)容，從而更好地掌握理論知識(shí)。實(shí)驗(yàn)在線(xiàn)教學(xué)可以延伸為微課實(shí)驗(yàn)，甚至突破物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱規(guī)定的必做實(shí)驗(yàn)，對(duì)大學(xué)物理課程中每個(gè)重要定理都以微課的形式展示出來(lái)，幫助學(xué)生深刻理解理論知識(shí)。

實(shí)驗(yàn)在線(xiàn)教學(xué)是一種非常規(guī)的教學(xué)方式，可以在一定程度上緩解突發(fā)事件對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的沖擊。學(xué)生在線(xiàn)學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之后，掌握了實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過(guò)程等基本知識(shí)，即使突發(fā)事件過(guò)后再補(bǔ)做實(shí)驗(yàn)，也可節(jié)省課時(shí)，起到事半功倍的效果。

4?信息化手段的應(yīng)用

現(xiàn)代信息技術(shù)為實(shí)驗(yàn)課程的遠(yuǎn)程教學(xué)提供了可能性，在疫情形勢(shì)下，理論課程的線(xiàn)上教學(xué)迅速發(fā)展，實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能一味停滯不前和被動(dòng)等待，也應(yīng)充分利用信息化手段，跟上理論課程教學(xué)進(jìn)度，方便學(xué)生理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，加深對(duì)課程的理解和掌握。

最為簡(jiǎn)單可行的方法是錄制實(shí)驗(yàn)操作視頻。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教師邊講解實(shí)驗(yàn)原理邊操作實(shí)驗(yàn)儀器，以學(xué)生的角度，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示和數(shù)據(jù)記錄，將實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)和遇到的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析和總結(jié)。此種方法類(lèi)似于課堂教學(xué)的講授法，雖然難以達(dá)到真實(shí)實(shí)驗(yàn)的效果，但可在一定程度上讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)原理，有助于相關(guān)理論知識(shí)點(diǎn)的深化理解。

以“薄透鏡焦距的測(cè)量”實(shí)驗(yàn)為例，該實(shí)驗(yàn)可以加深理解薄透鏡的成像規(guī)律，讓學(xué)生學(xué)會(huì)光學(xué)元件的共軸調(diào)節(jié)技術(shù)，并掌握多種測(cè)量薄透鏡焦距的方法，進(jìn)而正確地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。實(shí)驗(yàn)中采用四種方法測(cè)量透鏡焦距，分別為測(cè)凸透鏡的自準(zhǔn)直法、物距像距法、共軛法，測(cè)凹透鏡焦距的輔助透鏡成像法（虛物實(shí)像法）。首先，講解四種測(cè)量方法的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)儀器的使用注意事項(xiàng)，然后錄制實(shí)驗(yàn)視頻，著重講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟，并記錄實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)用于學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。演示視頻過(guò)程中，要注意調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，盡量采用啟發(fā)式教學(xué)方式，例如：在“共軛法”實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，讓學(xué)生思考為什么要求物像間距要大于透鏡焦距的4倍，等于或小于這一數(shù)值是否可行;在測(cè)凹透鏡焦距實(shí)驗(yàn)中，為何先使凸透鏡成一縮小的實(shí)像，當(dāng)放上凹透鏡后，這個(gè)像位于凹透鏡的焦點(diǎn)之外還是之內(nèi)。這些問(wèn)題的設(shè)置，有助于增加學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性，使學(xué)生積極思考，提高在線(xiàn)教學(xué)效率。最后，學(xué)生在線(xiàn)處理教師實(shí)驗(yàn)記錄的原始數(shù)據(jù)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)會(huì)議、各類(lèi)聊天平臺(tái)進(jìn)行作業(yè)提交、答疑解難、實(shí)驗(yàn)反饋，盡量真實(shí)再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景，讓學(xué)生學(xué)有所得，達(dá)到在線(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

隨著計(jì)算機(jī)和人工智能的不斷進(jìn)步，使用電腦仿真軟件進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M和遠(yuǎn)程在線(xiàn)教學(xué)在全國(guó)各地得到了廣泛的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)入現(xiàn)代化教學(xué)領(lǐng)域，特別是在實(shí)驗(yàn)環(huán)境苛刻和實(shí)驗(yàn)條件危險(xiǎn)的場(chǎng)合下，可以作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要補(bǔ)充和替代[9-11]。國(guó)家教育部門(mén)提倡在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目信息化建設(shè)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作，建立一批實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果良好的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室。

基于現(xiàn)代信息技術(shù)的虛擬仿真為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)提供更為真實(shí)的實(shí)驗(yàn)?zāi)M環(huán)境。傳統(tǒng)的力、熱、電、光等驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，都可以進(jìn)行虛擬仿真設(shè)計(jì)，使學(xué)生具有身臨其境的操作體驗(yàn)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器、提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣等具有很大促進(jìn)作用，通過(guò)各種教育資源的展示，使用手機(jī)、電腦等多平臺(tái)的互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)討論和交流，構(gòu)建基于互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。當(dāng)然，虛擬仿真需要專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)和規(guī)劃，難度較大。但作為一種特殊時(shí)期的實(shí)驗(yàn)替代方案，值得各高校和軟硬件企業(yè)聯(lián)合進(jìn)行探索和開(kāi)發(fā)。

5.?學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)

線(xiàn)下實(shí)驗(yàn)課堂以預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理為核心要素進(jìn)行學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)，而不論是以教師演示視頻，還是以虛擬仿真為主的線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作方面都難以實(shí)現(xiàn)真實(shí)模擬，難以獲得原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄，因而需要更新實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理方面的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。下面以教師演示視頻為例，探討線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)。

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的目的是通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作，加深學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)定律的理解。特殊時(shí)期的線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生通過(guò)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理、了解實(shí)驗(yàn)儀器、觀(guān)察實(shí)驗(yàn)演示、處理演示數(shù)據(jù)，最終獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以驗(yàn)證物理定律。在此過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程和原始數(shù)據(jù)記錄是教師進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)原理和數(shù)據(jù)處理是學(xué)生完成的。實(shí)驗(yàn)操作部分的評(píng)價(jià)應(yīng)以了解實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)操作注意事項(xiàng)為主，數(shù)據(jù)處理方面則著重?cái)?shù)據(jù)分析、誤差處理等。

線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，與學(xué)生的交流互動(dòng)是效果評(píng)價(jià)的重要環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)課程均為小班教學(xué)，方便教師與學(xué)生的交流探討。在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，需要充分利用網(wǎng)絡(luò)會(huì)議、聊天等軟件，建立課程交流平臺(tái)，更好地進(jìn)行實(shí)時(shí)交流，達(dá)到實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)。

6??結(jié)語(yǔ)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是為培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)踐能力而設(shè)置的課程，然而在新冠肺炎疫情等特殊時(shí)期，實(shí)驗(yàn)課程不能停滯不前，而應(yīng)配合理論課程進(jìn)度，有利于學(xué)生深化理論知識(shí)理解。觀(guān)摩實(shí)驗(yàn)視頻和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是切實(shí)可行的替代實(shí)驗(yàn)方案，輔以對(duì)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的考核，也可使學(xué)生在特殊時(shí)期重視實(shí)踐能力的提高。當(dāng)然，替代方案始終難以與真實(shí)實(shí)驗(yàn)課堂相比，常規(guī)的實(shí)驗(yàn)課堂依然是實(shí)踐能力培養(yǎng)的最佳場(chǎng)所。

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