《大學物理實驗》混合式教學模式的探索

謝超然 馮志芳

摘? 要：通過對混合式教學的研究、學習和應用，發現對大學物理實驗進行巧妙的混合式教學的設計，可以激發學生對實驗的興趣，提高學生的動手能力，培養學生的科學思維能力，從而提高實驗教學的質量和效果。如學生通過反復觀看有關實驗原理、實驗目的、儀器操作等的微視頻，更加充分地掌握了相關知識;通過虛擬仿真平臺，學生可以嘗試各類實驗，了解更多實驗過程;通過線上互動，學生可以及時解決實驗過程中的問題，為后續實驗的順利完成打下堅實的基礎。

關鍵詞：混合式教學? 在線教育平臺? 虛擬仿真? 大學物理實驗

Abstract： Through researching，studying and application for the hybrid teaching model， we find that the students interest can be stimulated by designing the hybrid teaching model for College Physics Experiment. Their practical ability is also improved. Their scientific thinking ability is improved. At the same time， the quality and effect of experimental teaching is also improved. For example， by watching repeatedly the micro-video of the experimental principle， purpose， instrument operation， students grasp fully the more knowledge. Through the virtual simulation platform， students attempt more experiments and learn more the experimental process. Through online interaction， students can solve timely the problems of the experiment process. They lay a solid foundation for the completion of the follow-up experiments.

Key Words： Hybrid teaching model; Online education platform; Virtual simulation; College physics experiment

大學物理實驗課是所有理工科院校本科生的一門基礎實驗必修課程，是培養學生實驗方法、實驗技能、科學實驗思維能力的一門重要課程，是使學生進行自主學習、培養創新意識、為后續課程及科學研究打好基礎的一門課程。如何進行《大學物理實驗》課程的組織、實施、教學，會直接影響學生學習的效果和后續的發展，疫情期間，筆者對《大學物理實驗》課程的實施和開展作了深入的調研、實踐，借助現代互聯網+教育的發展[1-3]，發現通過混合式教學設計[4-7]，可以激發學生對實驗的興趣，提高學生的動手能力和課程參與度，培養學生的科學思維能力，激發學生對知識的探求欲，從而提高實驗教學的質量和效果.

1? 傳統大學物理實驗教學的思考

1.1 教學模式單一

物理實驗的傳統教學模式分為五個階段：課前預習課堂操作、測量課后處理數據撰寫實驗報告教師批閱實驗報告。課前預習階段，學生僅僅是將教材中的實驗目的、實驗原理以及實驗操作步驟不加思索的抄寫在實驗報告上，缺乏對實驗原理、過程和操作的深入思考、分析和探究;課堂測量時，因為缺乏對原理的深入了解，主要是根據教師的講解完成實驗操作和測量，對測量數據是否正確也缺乏最基本的認知，很少自己去分析問題、解決問題;課后涉及實驗數據處理時，也不能根據實際實驗測量的特點，分析給出合理的數據處理方法等。綜上所述，傳統的教學模式不利于激發學生學習的興趣、培養學生的自主學習和創新能力。

1.2 存在相關知識講授滯后的問題

由于大學物理實驗與大學物理是相互獨立的兩門課，因此在實際的物理實驗教學過程中存在實驗所涉及的原理講授滯后于實驗操作時間，導致學生對于所做實驗的物理原理認知不到位，不能快速、準確的掌握實驗過程，遇到問題也不能很好地分析給出原因。此外，由于部分學生在中學階段缺少物理實驗的訓練，甚至有部分學生沒有接觸過常用的物理實驗裝置和儀器，實際測試過程中，學生的絕大部分時間都花費在了解實驗儀器裝置的使用以及完成本次實驗任務中，根本無暇顧及實驗過程的精確控制、實驗現象的精細觀測、實驗數據的精準讀取，也就無從談及正確判斷自己的實驗結果是否正確了。這根本無法實現對學生的基本科學實驗能力和素質的鍛煉和提高，無法實現對學生自主創新能力的培養。

2? 大學物理實驗混合式教學的實施

近年來，在“互聯網+教育”的快速發展下[1-2]，誕生了慕課、微課、翻轉課堂等一系列顛覆傳統教學模式的新的教育教學模式[3]和非常多的教學資源。新模式改變了傳統課堂教學中教師和學生的角色，給學生提供了更加廣闊的學習空間和更加富裕的學習時間，滿足了學生學習的個性化需求，增強了學生學習的自主性;各種網絡資源如科大奧銳虛擬仿真實驗教學云平臺的出現，使混合式教學的實現成為可能。但在2020年之前，混合式教學更多涉及的是理論課程，相比較，實驗課程進行混合式教學的很少。由于新冠疫情的出現，在教育部提出“停課不停教、停課不停學”大方向后，網絡教學在全國得到快速的普及和發展，實驗課程的混合式教學迎來了新的發展機遇。經過大量的調研、學習、研討，也嘗試對大學物理實驗進行了混合式教學的設計、嘗試，發現巧妙地進行大學物理實驗混合式教學的設計，同樣可以提高學生網絡學習的課堂參與度，激發學生學習的興趣，培養學生的科學思維能力，激發學生對未知知識的探求欲。

2.1 錄制微視頻，提升教學效果

將實驗數據處理方法、實驗誤差分析、每個實驗的實驗原理、實驗目的、實驗儀器和裝置的操作使用錄制成一系列的微視頻，學生正式上課之前，可以通過在線教育平臺下載相關實驗的視頻，并完成課前預習，圖1為塞曼效應的微視頻截圖。微視頻的優勢是可以反復播放，通過微視頻的學習，學生在課前能夠更加清晰和全面的了解到本次實驗的基本原理、實驗儀器的詳細操作流程，這為課堂上實驗的順利完成打下了堅實的基礎。

以“塞曼效應”為例，學生在《大學物理》學習時對于該實驗所涉及的原子自旋、光的偏振等實驗原理一般都缺乏感性認識，同時，該實驗的實驗操作及實驗現象還涉及到F-P標準具、偏振片、1/4波片、特斯拉計等的調節與使用。對于該實驗的講解不僅將占用大量的時間，而且由于涉及的內容較多，學生們常常出現丟三落四的現象。因此，采用“視頻教學”則可以讓學生對于實驗的預習工作更有針對性、目的性;教師在課上也可以有充足時間來指導學生。

2.2 引入虛擬仿真實驗，豐富實驗內容

虛擬仿真實驗就是通過仿真實驗教學云平臺，在計算機上模擬線下實驗的過程。在虛擬仿真實驗中，實驗者可以像在真實環境的條件下，完成實驗的操作流程，并且實驗者的操作時間、操作次數都可以不受限制。因此，學生通過課前虛擬仿真實驗的訓練可以有效地提高其對于實驗儀器、裝置使用的熟練度，掌握實驗步驟，了解實驗現象。

以“邁克爾遜干涉儀的調節與使用”為例，大部分學校的實驗內容均為測量He-Ne激光器紅光或者鈉黃光的波長，鮮有測量透明薄膜的折射率或厚度的。究其根本原因，白光干涉的實驗現象僅在“儀器達到兩臂等光程”時才能出現，并且只有當兩平面鏡的夾角合適的情況下，才能出現條紋形狀及顏色分布理想的現象。即該部分的操作比較繁瑣，實驗現象不易觀察。利用“虛擬仿真實驗”可以很好地解決真實實驗的不足之處，同時學生還可以重復地開展相應的實驗操作，從而加強儀器調節與使用的熟練性，圖2為邁克爾遜干涉儀的調節與使用的虛擬仿真實驗。

2.3 增加線上互動和過程化管理，提升學生學習效果

依托學校的在線教育平臺，將微視頻、虛擬仿真實驗過程操作等作為學生實驗預習的基本環節，納入學生的實驗成績考核體系;同時，為了達到更有效的實驗預習效果，在平臺上建立一個實驗思考題的題庫（如圖3所示），讓學生能夠提前了解到本次實驗的重點和難點;此外，教師及時介入學生們在平臺上的問題討論，引導學生形成正確的認知。通過與學生開展討論以及答疑的互動，可以更好地引導學生去發現問題、提出問題、分析問題、解決問題，進而拓展思維。

3? 混合式教學實施的成果

由于受疫情的影響，2020學年春季學期對2019級開展《大學物理實驗Ⅰ》學習的全體學生進行了混合式教學，發現學生的成績較以往傳統模式教學的學生有顯著的提高。我們將在兩種模式下的所有學生的實驗理論成績分為<60、60～69、…、90～100等5個分數段，發現傳統模式下學生的成績主要集中在60～90分，不及格的人數也較多;而混合模式下學生的成績則集中在80～100分，不及格的人數也明顯減少了（如圖4所示）。因此，從學生的成績來看，混合式教學對于學生成績提高效果是顯而易見的。這種教學模式給學生提供了更加廣闊的學習空間和更加富裕的學習時間，滿足了學生的個性化需求，增強了學生學習的自主性，提升了學生的學習興趣，如A同學反饋說：“實驗成績不算特別好，但是也是自己努力做出來的，辛苦了一下但有很多收獲...”;B同學說“似乎對這門課有興趣了”。同時，也減輕了教師的勞動強度，使之能夠有更多的時間與精力去指導學生和開展創新性教學研究。

4? 結語

總之，通過混合式教學設計，不僅改變了灌輸式、模仿式的傳統教學方式，而且進一步優化了實驗課程的設置，提升了學生的學習興趣和學習的主動性、自覺性，提高實驗課程的教學質量和教學效果，更有助于培養學生的創新意識和創新能力。

參考文獻

[1] 常琳林.“互聯網+”混合式教學模式的研究—以計算機基礎課程為例[J]. 教育現代化，2019（98）：141-142.

[2] 吉李滿.“互聯網+教育”背景下《通信原理》課程教學改革的研究與探索[J].吉林工程技術學院學報，2019，35（12）：53-55.

[3] 陳英，楊彩虹，師婷，等.基于網絡課程的有效教學實踐探索—以高職院校模具專業《數控編程》教學設計為例[J].電腦知識與技術，2020，16（3）：183-184.

[4] 張曉芳，楊立云，孫志平，等.基于線上線下混合式教學的課程改革與實踐[J].科技創新導報，2020（12）：191-192.

[5] 閆晶晶，王燕平，王艷芳.線上線下混合教學模式在《自動控制理論》的試驗改革[J].科技創新導報，2020（17）：226-227.

[6] 鄒燕，馮婷莉，趙一凡.混合教學模式的設計與實踐研究[J].中國高等教育，2020（1）：58-60.

[7] 卞志勇.基于云平臺的線上線下混合式教學模式探究[J]. 科技資訊，2020，18（8）：170-171.