信息技術環境下構建大學物理實驗活力課堂的實踐研究

顧媛媛 符躍鳴 陸惠 崔巖 殷美琳

摘? 要：本文以大學物理實驗“活力課堂”建設為研究對象，依托信息技術環境，建立大學物理實驗活力課堂的模型，針對課堂中課前、課中、課后進行教學，旨在改變“滿堂灌”的傳統物理實驗教學方式，利用信息技術提高課堂教學的有效性，激發學生主動學習的熱情 ，以適應現代社會知識迅速發展的新要求，以課堂教學為例進行展開，通過課后學生節點考核顯示，最終給出活力課堂建設的評價指標，全面地對活力課堂建設提供了評價體系。

關鍵詞：信息技術? 大學物理實驗? 虛擬仿真? 活力課堂

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：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

現代信息技術的快速發展使得多媒體成為了大學物理實驗教學中非常重要的輔助性教學手段[1]，信息技術在物理課堂教學中應用率不斷提升，實現了物理實驗課堂教學資源與多媒體軟件的有效整合，為實際教學提供良好的教學環境。通過在線虛擬仿真實驗技術的融入，也提升大學物理的內涵建設，提高師資隊伍建設，加強課程標準建設，構建適合應用型本科人才培養目標的教學體系與教學內涵。活力課堂不只增長學生的物理知識和技能，還增加學生的課堂體驗。隨著信息技術的興起，給大學物理實驗課程的教學改革帶來了無限的生機[2]，尤其是微課、MOOC、翻轉課堂和在線開放課程[3-12]等方面的研究。

1? 傳統大學物理實驗教學模式存在的問題

1.1 實驗管理方式受實驗室、實驗時間的影響，效率較低

由于受到實驗教室和實驗設備的限制，大多數傳統的實驗項目都是集中授課，通常是在規定的上課時間和實驗教室進行，一組由一人或者兩人組成。由于高校學生數量較多，造成最終完成大學物理實驗項目所需批次多，教師的排課較為辛苦。正常的實驗課中，還往往面臨的問題是有學生各種理由造成的缺課現象，教師還需要臨時安排學生時間進行補做實驗，這樣實驗的整體效率就會降低，實驗管理也增添了一定的難度。

1.2 傳統的實驗需要手動書寫實驗報告

傳統一個完整的實驗包括書寫根據實驗的原理完成實驗預習部分的報告，根據教師演示完成實驗操作，實驗結束后還要書寫最終報告，由于大學物理實驗課程是公共基礎課，學分相對而言較低，學生重視不夠，多數學生只能在實驗教師的帶領下完成書寫實驗預習報告的工作，由于課下投入的精力少，達不到完全理解實驗的精髓，更不能保證熟練使用實驗儀器并掌握其操作方法。

實驗后的報告處理的效率低，由于課程學時有限，課堂上關于具體實驗項目的數據處理知識只能簡單講解。學生課后自行處理實驗報告經常會出現一些問題[11]，甚至不會處理數據，導致最終的實驗報告分數較低，不及格現象比較嚴重。

1.3 物理實驗環境單調，不利于個性化教學

物理實驗存在誤差，實驗中，人員、環境、實驗方法、實驗器材等對實驗的測量產生一定的誤差，實驗室一般放置固定的一種或者兩種實驗儀器，學生只能根據實驗儀器的安排完成實驗，實驗條件和實驗儀器的參數一般是固定的，很難變動，學生希望能夠靈活改變實驗條件，這就造成了傳統的常規實驗儀器往往很難滿足學生的需求，物理實驗環境相對而言比較單調。

1.4 傳統的實驗受社會大環境影響

傳統實驗教學需要實驗環境、實驗教室，若社會形勢發生變化，無法適應。2019年12月爆發新冠肺炎以來，對于2020年上學期的教學影響較大，傳統的實驗教學已不適用，學生無法聚集一起實現實驗操作及學習。

2? 信息技術與大學物理實驗整合的優勢

將現代信息技術與大學物理實驗課程相互融合，可以通過信息技術使得大學物理實驗課程教學得到更好的教學效果，從而可以充分使學生主動思考問題，進而提高大學物理實驗的學習效率。

2.1 實現開放學習與資源共享

網絡資源共享是現代信息技術帶來的巨大便利之一，可以很好地應用于大學物理實驗課程。學生可以參考網上其他教師的課程進行補充。實驗課程可以建立網站，網站上可以上傳資料，例如大綱、進度表、課程安排、錄播視頻、下發作業、在線考試等，網站可設置專門的管理人員，負責與學生建立互動并發放資源，不僅可以提高學生的學習效率，而且可以豐富物理實驗的課程資源。教師可直接選擇錄制實驗重點、難點的教學視頻，上傳至公共學習平臺，方便學生在正式上課前進行實驗知識的梳理，使學生抓住實驗的重點，輕松掌握實驗原理，課后可借助平臺進行物理實驗知識的復習。

2.2 利用信息技術反饋信息，及時調整實驗教學

隨著互聯網+、物聯網、人工智能技術的廣泛應用，實驗教師可以利用網絡平臺獲取學生對該實驗課程的學習信息。通過對后臺收據的讀取分析，我們可以及時、準確地了解學生是否在預習、是否完成了作業、答案的準確性、上課人數、知識的掌握情況等，尤其是認真學習的學生名單以及需要進行預警的學生，使教師能做到及時調整教學進度及內容安排，最終提高學生整體學習的效率。

2.3 融入仿真實驗與時俱進，善于應用新技術

通過在線的虛擬仿真實驗，結合視覺和聽覺的效果，人們可以以最高的效率接收信息。運用flash動畫以及視頻仿真技術，可以使抽象、深奧的知識更加地直觀和具體。在大學物理實驗教學中正確應用在線的虛擬仿真技術，可適當提高學生的邏輯思維，加深對物理理論知識的理解，調動學生學習的積極性和主動性。

因此，要改革大學物理實驗課的教學模式，除了采用線上與線下的混合教學模式外，還應加強信息技術的應用，加入在線虛擬仿真實驗技術，使學生深入理解實驗原理，并通過計算機輔助教學，使學生在學習過程中充分了解實驗原理實施線上線下混合教學模式，一方面學生通過線上教學環節做好課前預習，另一方面為線下課堂操作做準備，教師可以有充足的時間安排學生進行課堂實驗，提高實驗課的教學效果。此外，學生可以在課后復習網上教學內容，提高課程的學習成績。同時，通過在線教學內容的學習，教師可以提高課程的學習效果，培養學生在遷移過程中自主學習的主動性。

3? 信息化技術環境下大學物理實驗活力課堂混合教學模式的構建

實驗是檢驗一切真理的標準。大學物理實驗課程旨在培養學生嚴謹的科學思維和創新能力，提高學生的動手能力，培養學生理論聯系實際的綜合能力，尤其是適應科技發展和整個社會進步總體能力的方面，起著重要的作用。

3.1 依據課程特點構建活力課堂模型

為了提高學生的創新思維能力，全面深入地進行教學內容、教學體系和教學方法的現代化改革，注重培養學生扎實的理論基礎和思維能力，建立以下以任務式的活力課堂模型，如圖1所示，大學物理實驗活力課堂模型分為3個階段：課前原理的預習、課中實驗操作的學習、課后實驗總結及復習，圍繞任務目標，采用適當比例的信息技術進行整合。通過任務式的教學過程，學生不再是在老師安排下被動地學習，而是在任務的指導下主動、積極地去思考，激發了學生自我學習的興趣，培養其學習的主動性，及時做出決策信息的反饋，從而提高了課堂學習的效率。

3.2 依據學校平臺，建設大學物理實驗在線學習中心

在學校的支持下，大學物理實驗的在線開放課程已在超星平臺上線，資料已全部投放在網站，建立了系統化的大學物理實驗的課程體系，具備了線上線下混合教學模式的軟硬件條件，為線上線下混合教學模式的實施提供了保障，在線課程建設如圖2所示。

3.3 線上輔助預習教學

實驗教師通過網絡提前向學生發放課堂預習資料，設置課程重點，引導學生上課前完成實驗預習，完成預習任務并獲得相應的預習分值，預習內容可通過觀看錄播的視頻，發放任務點，完成相關實驗項目內容的學習任務，才能進入實驗室進行課堂操作，教師在學生正式進入實驗室前返回在線課程后臺查看數據分析，獲取學生后臺學習的數據，保證實驗項目的預習效果。在大學物理實驗緒論的學習中，圖3給出學習安排，包括課件、預習視頻，章節測驗等，每一章節設定任務點，學生需認真完成預習工作，才能進入到下一步的學習中，預習中插入錄播視頻幫助學生理解數據處理的重點以及難點，通過觀看這些教學錄播的視頻，學生可以實現課前預習時就能輕松地理解實驗原理，熟悉實驗室做實驗的方法以及步驟、注意事項等，為線下課堂親自安裝調試儀器做好充分的準備，不僅達到了學生在上課課前預習實驗原理的目的，還可以培養學生的自主學習的積極性，如圖4所示為預習視頻。

3.4 選定平臺，采用線上直播教學

受新冠肺炎疫情的影響，學生無法進入學校和老師進行面對面的溝通學習，為了達到教學要求，采用釘釘直播教學的方式，進行線上教學，建立班級直播群，提前發放上課通知，設定時間開展群直播，學生和教師可實現課堂互動，下課后通過后臺數據監督學生學習情況，包括學生參與時間長短，與教師的互動情況，圖5為釘釘在線上課視頻。

3.5 采用大學物理仿真實驗進行教學

虛擬仿真教學系統可以將實驗教學環境進行重現，該系統不受實驗的時間和實驗地點的限制，學生可以在家多次進行重復操作仿真實驗，這對學生提前預習、課后鞏固物理實驗知識提供了良好的條件[13]。虛實結合的實驗教學不但使學生了解了一些學科前沿的知識，還可以達到理論與實踐相結合的目的。在線虛擬仿真實驗室通過虛、實結合，人機交互的實驗教學模式，全面提高了學生的綜合應用能力。實驗教師可以做到發放學生賬號，讓學生自行登錄，了解實驗，并進行仿真實驗，登錄界面如圖6所示，圖7為拉伸法測金屬絲楊氏模量仿真實驗。

學生可在線完成實驗數據的測量，并根據實驗報告模板導入數據，實驗模板還具有在線數據處理功能，節省書寫實驗報告的效率。課后書寫實驗報告是對實驗內容的科學總結，而實驗數據處理是實驗報告的重要組成部分。由于線上教學內容包括了實驗數據處理方法的教學視頻，為學生順利完成實驗項目的數據處理提供了良好的指導作用，實驗報告的分數普遍提高了。

3.6 課后線下復習及效果評價

由于課程內容可以通過超星學習通隨時隨地觀看學習，也可以課后再進行釘釘視頻直播回放觀看視頻，還可以通過做測驗題檢驗自己的實驗學習效果等，以期達到熟練掌握操作技能方法的目的，為期末考試做好準備，本課程具體考核評價方式見表1。

4? 結語

新疫情形勢下，通過對傳統教學模式和線上線下混合教學模式的分析與比較，認識到對傳統教學模式進行改革是一種必然趨勢，采用信息技術融入到大學物理實驗活力課堂教學中，提高學生的實驗學習的主動性，培養學生的創新思維，提高大學物理實驗課程的教學質量都是大有益處的。在互聯網飛速發展的今天，采用信息技術融合仿真實驗線上線下混合教學模式具有廣泛的應用價值。

參考文獻

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