依托大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室建設(shè) 開展信息化教學(xué)模式改革

周嫻+趙建君+潘華錦+張麗

摘 要 闡述大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程信息化教學(xué)改革的意義，從開放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)、預(yù)習(xí)自主評判系統(tǒng)、作業(yè)及考試評判系統(tǒng)等方面，探討信息化條件的建設(shè)和教學(xué)模式的改革措施，提出改革中的幾個(gè)關(guān)鍵問題。

關(guān)鍵詞 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；信息化教學(xué)；實(shí)驗(yàn)室

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）20-0136-03

1 前言

在教育部《關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)室工作的若干意見》中明確指出：“大力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上輔助教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)化、智能化教學(xué)管理，滿足學(xué)生自主選課、自助實(shí)驗(yàn)、有效利用實(shí)驗(yàn)室資源的自主學(xué)習(xí)和個(gè)性化發(fā)展的需求。”可以看出，實(shí)踐類課程教學(xué)和管理的發(fā)展趨勢必將是高度信息化，以及實(shí)現(xiàn)信息化教學(xué)和管理模式下的全面開放、自主[1]。

作為進(jìn)入大學(xué)后第一門實(shí)踐類課程，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)、科研能力訓(xùn)練的基礎(chǔ)課程。要實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，就必須依靠高層次的信息化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，秉承“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念，實(shí)施開放、自由、民主、靈活的信息化教學(xué)[2]。軍械工程學(xué)院大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程信息化教學(xué)條件和教學(xué)模式存在很多問題，這也代表了很多院校目前的狀況，教學(xué)改革迫在眉睫。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)開放程度不夠 實(shí)驗(yàn)室開放是信息化教學(xué)的重要組成部分，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力人才的重要手段。實(shí)驗(yàn)室全面開放要求實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、時(shí)間和空間都能對學(xué)生開放，但是由于開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，在傳統(tǒng)手工記錄的管理方式下，實(shí)驗(yàn)室組織和管理工作變得更加繁重和復(fù)雜，教師工作量大，效率低下。軍械工程學(xué)院大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室目前采用的是自制的開放選課管理系統(tǒng)，由于相關(guān)硬軟件設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室管理人員的欠缺，學(xué)生只能在指定時(shí)間內(nèi)針對指定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行選擇，還不能實(shí)現(xiàn)全時(shí)段、全內(nèi)容的開放。要實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全面開放，首先要從教學(xué)組織模式上給學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)的機(jī)會和條件，建立基于網(wǎng)絡(luò)的開放式教學(xué)管理系統(tǒng)，為實(shí)驗(yàn)預(yù)約、儀器管理、師生交互、成績評價(jià)等各個(gè)方面提供信息化輔助。

學(xué)生自主學(xué)習(xí)平臺資源缺乏 信息化教學(xué)模式，秉承“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念，旨在利用信息化手段給學(xué)生營造一個(gè)自主學(xué)習(xí)的平臺，給教師營造一個(gè)指導(dǎo)教學(xué)的平臺。而目前很多院校和軍械工程學(xué)院類似，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室門戶網(wǎng)站還不能做到為學(xué)生提供一個(gè)全方位的自由、開放、互動(dòng)平臺。學(xué)生的課前預(yù)習(xí)還停留在預(yù)習(xí)課本、填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的傳統(tǒng)方式上，無法對實(shí)驗(yàn)環(huán)境建立直觀認(rèn)識，導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作時(shí)無目的性、無針對性，缺少自主探究、獨(dú)立思考的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。因此，必須在校園網(wǎng)的環(huán)境下建立融合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的課前預(yù)習(xí)及自動(dòng)評判系統(tǒng)，使學(xué)生在預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行檢驗(yàn)、評估，及時(shí)了解預(yù)習(xí)中存在的不足，教師則可以根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況有針對性地進(jìn)行教學(xué)準(zhǔn)備。

學(xué)生學(xué)習(xí)效果評判環(huán)節(jié)不完善 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程一般都是小班教學(xué)，課時(shí)較多，教師批閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告工作量大，特別是其中的計(jì)算演算等機(jī)械過程，直接影響到教師的工作效率，急切需要利用信息化手段提高實(shí)驗(yàn)報(bào)告的批改效率。其次，目前所采用的考核方式不完善。由于實(shí)驗(yàn)儀器和考核時(shí)間的限制，目前采用的是分批分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目考核的方式，這種方式存在弊端：一是學(xué)生參加考試的時(shí)間有先有后，二是考試項(xiàng)目難易程度無法做到一致，難以做到客觀和公平。為了改變這種狀況，可以借助信息技術(shù)增加考試靈活性，采用虛擬仿真考試自動(dòng)評判系統(tǒng)，線上線下相結(jié)合，多方位、多層次地考查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

2 信息化教學(xué)條件建設(shè)

實(shí)驗(yàn)室信息化改造和建設(shè)是開展信息化教學(xué)模式的硬軟件基礎(chǔ)，必須符合人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求。秉承開放性、可操作性、安全性等原則，經(jīng)過調(diào)研和討論，認(rèn)為信息化建設(shè)重點(diǎn)從開放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)自動(dòng)評判系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和考試自動(dòng)評判系統(tǒng)三個(gè)方面開展，其中開放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)是最復(fù)雜、投入最大的一個(gè)板塊，也是信息化教學(xué)改革的重點(diǎn)和亮點(diǎn)。

開放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng) 開放實(shí)驗(yàn)室是學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、訓(xùn)練科學(xué)研究能力的場所，其實(shí)施的重點(diǎn)是“開放”和“管理”。開放，既要實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室時(shí)間、空間的全方位開放，又要實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的開放，使學(xué)生能夠通過主動(dòng)思考、探究完成實(shí)驗(yàn)過程。實(shí)行充分開放的同時(shí)還要加強(qiáng)管理，通過教師遠(yuǎn)程控制等管理模式，確保學(xué)生人身安全，確保實(shí)驗(yàn)設(shè)備的完好率。

開放實(shí)驗(yàn)室實(shí)行全天候開放，學(xué)生受權(quán)后即可在網(wǎng)上自主預(yù)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。負(fù)責(zé)管理和輔導(dǎo)的教師可以通過遠(yuǎn)程控制查看學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況，對出現(xiàn)的問題及時(shí)解決，確保學(xué)生順利進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。開放實(shí)驗(yàn)室管理最大的困難是安全問題，包括學(xué)生人身安全和儀器完好性，所以要求學(xué)生在預(yù)約實(shí)驗(yàn)之前，首先要利用網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)習(xí)，只有完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作程序并通過評判的學(xué)生才可以進(jìn)行預(yù)約，否則預(yù)約不成功；還可以在實(shí)驗(yàn)之前，讓學(xué)生通過觀看視頻的形式進(jìn)行安全知識學(xué)習(xí)，并充分了解實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)注意事項(xiàng)，確保實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的正確使用。

以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)為核心的預(yù)習(xí)自主評判系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)課程的預(yù)習(xí)比理論課程更加重要，一是由于每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所涉及的知識范圍較廣，除了物理原理外，還可能涉及電學(xué)類、機(jī)械類、材料類等知識點(diǎn)；二是實(shí)驗(yàn)課程是以實(shí)驗(yàn)儀器和操作為主的實(shí)踐類課程，只了解相關(guān)理論知識還不夠，還必須能將理論和實(shí)踐結(jié)合起來。但是目前學(xué)生基本都是通過課本進(jìn)行預(yù)習(xí)，這種方式適合理論課程的預(yù)習(xí)，缺少了實(shí)驗(yàn)儀器和操作的預(yù)習(xí)這一重要環(huán)節(jié)。針對這個(gè)問題，人們逐漸開始認(rèn)識到虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢，一臺電腦、一個(gè)軟件就可以建立一個(gè)直觀的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生除了可以利用它進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，還可以進(jìn)行課后的復(fù)習(xí)和拓展學(xué)習(xí)，打破課堂教學(xué)時(shí)間和空間的限制。預(yù)習(xí)自主評判系統(tǒng)包括虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件、思考題、課后拓展和自主評判等板塊，學(xué)生可以利用此系統(tǒng)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和科學(xué)研究的訓(xùn)練。

作業(yè)及考試評判系統(tǒng) 學(xué)生課后完成的實(shí)驗(yàn)報(bào)告直接反映了對實(shí)驗(yàn)的掌握程度，對數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)結(jié)論的分析理解能力。但是核對學(xué)生數(shù)據(jù)與結(jié)果的正確性這個(gè)機(jī)械的演算過程，占用了教師大量的時(shí)間，如何在保證作業(yè)批改質(zhì)量的前提下提高效率，是亟待解決的一個(gè)問題。有了信息手段之后，這個(gè)問題就迎刃而解了。利用建立的電子實(shí)驗(yàn)報(bào)告庫，煩瑣的數(shù)據(jù)核對過程就可以通過作業(yè)評判系統(tǒng)來完成，不僅速度快，準(zhǔn)確性也高。教師只負(fù)責(zé)對實(shí)驗(yàn)結(jié)論等主觀題進(jìn)行評判，大大減少了工作量。同時(shí)，還可以建立考試自動(dòng)評判系統(tǒng)，既可以考查學(xué)生對實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識的掌握，又可以結(jié)合虛擬仿真軟件進(jìn)行線上模擬操作，彌補(bǔ)當(dāng)前只采用實(shí)物操作考核的方式所帶來的偶然因素[3]。

3 信息化教學(xué)模式探討

信息化教學(xué)模式實(shí)施方案 信息化教學(xué)模式改革旨在利用信息手段促進(jìn)教學(xué)改革。依托大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)評判系統(tǒng)（含大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告自動(dòng)評閱系統(tǒng)及相關(guān)的線上教學(xué)資源，探索線上、線下相結(jié)合的信息化教學(xué)模式。加大實(shí)驗(yàn)室開放力度，滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)要求，建立大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室開放式教學(xué)管理系統(tǒng)的實(shí)施方案，探索信息化管理模式。采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等自主預(yù)習(xí)評判系統(tǒng)加強(qiáng)學(xué)生主動(dòng)思考和科學(xué)探究能力。采用實(shí)驗(yàn)報(bào)告和考試自動(dòng)評閱系統(tǒng)，將教師從煩瑣的作業(yè)評判中解脫出來。此外，針對人才培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)生的基礎(chǔ)層次不同，開展分級式教學(xué)方案研究，并加強(qiáng)微課在教學(xué)中的作用。

開放實(shí)驗(yàn)室教學(xué)是信息化教學(xué)改革的重點(diǎn)，院校要在無法改變教師資源緊張的情況下加大實(shí)驗(yàn)室的開放力度，就必須依靠信息技術(shù)手段。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室開放管理系統(tǒng)包含軟件和硬件的配套建設(shè)，操作簡便，人機(jī)交互性能好。通過使用該系統(tǒng)，學(xué)生能夠利用網(wǎng)絡(luò)預(yù)約操作時(shí)間、地點(diǎn)和機(jī)位進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)；教師則通過監(jiān)視器觀察學(xué)生的操作情況，有針對性地進(jìn)行指導(dǎo)。同時(shí)，系統(tǒng)還設(shè)置了預(yù)約關(guān)卡，有效減少盲目操作而導(dǎo)致的儀器損壞和安全等隱患。該系統(tǒng)的建設(shè)將會極大地提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程信息化教學(xué)改革的進(jìn)程。同時(shí)，鑒于學(xué)生能力層次差別較大的現(xiàn)狀，借助于教學(xué)系統(tǒng)和微課等手段，實(shí)施依據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)和能力進(jìn)行的分級教學(xué)模式，即教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容提出不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，學(xué)生根據(jù)自身能力進(jìn)行選擇，滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)要求，做到因材施教。

信息化教學(xué)模式改革的關(guān)鍵問題

1）線上資源的建設(shè)要充分考慮院校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)及學(xué)生的具體情況，并在實(shí)踐中不斷調(diào)整和完善，有針對性地實(shí)施信息化教學(xué)；

2）從課程門戶網(wǎng)站、開放式教學(xué)系統(tǒng)、預(yù)習(xí)系統(tǒng)、考試系統(tǒng)等各個(gè)方面體現(xiàn)分級教學(xué)、因材施教，依據(jù)學(xué)生知識和能力的層次進(jìn)行線上、線下結(jié)合的分級式教學(xué)模式；

3）在教師人員緊缺的現(xiàn)實(shí)困難下，探索如何利用信息手段實(shí)施實(shí)驗(yàn)室全面開放，以及建設(shè)前的論證和工作準(zhǔn)備，確保能夠有序建設(shè)，保質(zhì)保量地開展開放式信息化教學(xué)；

4）依托信息手段，使考核方式更加靈活多樣，能夠多層次、全方位地考核學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，并做到客觀公平。

4 結(jié)束語

一直以來，大學(xué)教育中重理論、輕實(shí)踐的思想制約著創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。直到近幾年，隨著創(chuàng)新型人才在社會發(fā)展中的地位越來越突出，人們才逐漸認(rèn)識到實(shí)踐類課程在大學(xué)教育中的地位和作用，而實(shí)踐類課程的實(shí)施和管理更需要信息手段的支持。因此，信息化建設(shè)和教學(xué)模式改革將是一個(gè)不斷進(jìn)化、不斷完善的過程，也是教師應(yīng)該持續(xù)不斷關(guān)注的研究課題。

參考文獻(xiàn)

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