普通物理實驗線上線下混合教學模式探索*

姚 葉 王亞輝 王 瑞 李倩文

(陜西理工大學物理與電信工程學院 陜西 漢中 723003)

1 引言

普通物理實驗是高等學校理工各專業學生必修的通識性基礎課，是學生入校以來最先接觸到的基礎實驗課，對物理學的建立和發展起著至關重要的作用[1]．普通物理實驗與物理理論課程不同，由于其綜合性強，具有豐富的實驗思想、實驗知識和方法，同時能夠提供重要的基礎實驗技能訓練，對于培養學生的科學素養、文化素質、創新意識和探究能力具有理論課程無法替代的重要作用[2]．但是多年來，我國大部分地區普通物理實驗的教學模式一直較為陳舊，傳統模式的教學環境局限于線下實體實驗室中，教師按照固定的教材進行講授，在課時并不充足的情況下指導多名學生依照實驗步驟進行實驗，這在某種程度上限制了學生的創新意識和能力，使得學生學習的積極性和主動性不足，導致實驗效果不佳和實驗效率低下，不適于現代社會對創新型人才培養的需求和素質教育的發展[3]．現階段，普通物理實驗教學主要采用這種傳統線下教學模式，隨著“互聯網+”時代的到來，線上教學模式也開始嶄露頭角，那么線上和線下教學模式的特點是什么？它們之間是否能夠相互取代？什么樣的教學模式更有利于提高學生的主觀能動性，培養學生的綜合素質和創新能力？這些都是我們現下亟需探討的問題．

2 普通物理實驗線上教學模式的優勢

隨著社會的發展，信息技術的提高，我國教育的改革也在不斷深入．在當前社會背景下，傳統的實驗教學模式由于學習資源相對匱乏且具有時空局限性，已經無法滿足當今社會對于人才培養的需求，于是線上教學這一種新型教學模式便應運而生了[4]．

普通物理實驗包含力學、熱學、電磁學和光學等基礎實驗項目，每個實驗都包含預習、教學和反饋等環節，學生做好預習是掌握整個實驗的基礎．但是由于實驗儀器和場地的限制，學生在預習的過程中往往只是通過課本了解實驗目的、實驗器材、實驗原理和實驗步驟，并沒有接觸到器材，這樣一來預習效果就會大打折扣．同時教師也只能通過預習報告了解學生的預習情況并給出相應評定，不免缺乏一些客觀性．如果學生可以進行模擬實驗預習，通過自己設計并實施實驗，在模擬實驗的過程中出現問題及時通過線上平臺反饋給老師，師生再進行線上互動交流，那么學習效果和學習效率必然會大幅度提升．

隨著信息技術越來越成熟，虛擬仿真實驗可以通過計算機來模擬真實的實驗場景[5]．它不僅能隨時為學生所用，彌補教學學時不足的情況，而且也解決了實驗場地不足、實驗儀器易損壞等問題，進而幫助學生加深對相關實驗項目的理解，提高課程的教學效果．由此可見，相關仿真實驗平臺的開發及應用是實體實驗教學的重要補充．除此之外，還有以愛課程、學堂在線、網易云課堂等為代表的MOOC平臺，它以大規模、開放性和“時”“空”自由性深受廣大學者的關注，除了可以上傳錄制好的教學視頻外，它還具有學生論壇、在線問答、師生虛擬互動和在線評分等功能[6]．在線教學平臺將大量學習資源匯集起來，對教與學的時間和空間進行了拓展，使教師的“教”和學生的“學”不再拘泥于固定的時間、固定的地點和固定的課本中．尤其在一些無法進行線下面對面教學的情況下(例如本次新冠肺炎疫情隔離期間)，此類線上教學的優勢就愈發明顯了．

雖然線上教學模式有諸如此類的教學優勢，但也存在著自身局限性(如對硬件和網絡要求較高，缺少實際操作環節)．同時，從認識事物的客觀規律來看，人們對事物認知的過程總是由感性認識上升到理性認識，理性認識再指導、改造實踐．由于普通物理實驗具有不同于理論課程的實踐性，所以線下實驗教學依舊不可或缺．

3 普通物理實驗線下教學模式的不可替代性

普通物理實驗是用實驗的方法去研究物理學的規律，其宗旨是使學生能夠學習到豐富的實驗知識，培養學生實驗探究能力，提高學生科學素養．與理論物理課程相比，普通物理實驗課程最顯著的特點——實踐性，是其線下教學模式不可被摒棄的原因．這里的實踐性包含兩層含義.

第一層含義就是實際可操作性．學生在做實驗的時候要充分考慮各種實際情況，得出的結論要盡量符合實際．例如通過理論物理課的學習，學生已經了解質點、剛體等理想模型和理想運動狀態，但在實驗時并不存在理想模型，通過線下實驗學生就可以明白實際實驗情況和理想化模型是不同的．

實踐性的另外一層含義就是培養和鍛煉學生的動手能力，學生在實際操作過程中發現問題，再進行思考交流，從而解決問題，不斷對實驗進行改進，不斷探索主動學習．通過線下實體實踐，不僅能培養學生的動手操作能力和實驗操作的規范性，還能提升學生在實驗過程中處理突發事件的能力以及在實驗中遇到挫折時的心理素質．

在素質教育全面實施的時期，對于學生的培養要以培養創新精神和實踐能力為重點，為了適應素質教育的要求，應加強普通物理實驗的實踐應用性[7]．在這種新時代背景下，高校在進行物理實驗教學過程中，更要注重線下的實驗教學，培養學生的動手實踐能力和創新能力．此外，線下教學模式師生間的即時互動性也是線上教學所不具備的，教師可以更加直觀地觀測到學生的實驗情況，進一步作出指導．由此可見，線上教學模式不能取代線下，線下教學模式亦如此，這兩種模式對于普通物理實驗這門課程來說都具有它自身的優勢及局限性，只有將線上線下教學模式融合起來，形成一種新的混合教學模式，才有利于學生的學習和全面發展．

4 普通物理實驗線上線下混合教學模式

4.1 混合教學模式的內涵及意義

混合教學模式是“線上+線下”融合式的教學．早在2000年，“美國教育技術白皮書”就為該模式的提出與流行奠定了基礎[8]．但對于其概念的界定，不同的學者仍各執一詞．國外學者Jennifer Hoffman認為混合教學是將教師的各個教學過程進行分類，采用不同的教學手段進行有機整合．國內學者東北師范大學榮譽教授何克抗認為這是一種將傳統教學和線上教學的優點相結合，能提高教師的主導作用，體現學生主體作用，提高學生主觀能動性的高效模式[9]．上海師范大學教育技術系黎家厚教授認為混合教學是在教學活動的過程中，教師和學生根據自己的需求將教學的內容、過程和媒介進行有機整合、應用的一種融合型學習．臺灣資策會教育訓練處顧問工程師鄒景平認為混合教學就是教師根據需要機動地選擇實體教室、線上同步和非同步模式．雖然學者們對混合教學模式的內涵表述不一，但都認為它是依托網絡技術對傳統課堂的教與學進行補充或改造而生成的新的高效教學模式[10]．

混合教學模式一定會對傳統課堂進行重新建構，因為這種模式拓展了傳統模式教學的時間和空間，使“教”與“學”不一定要在同一時間同一地點發生[11]．對于普通物理實驗教學來說，在教學組織形式上，混合教學模式可以打破傳統教學的時空限制，將開放教學、分組教學和個別教學有機地融合起來；在教學方法上，將講授法、討論法、直觀演示法和任務驅動法等多種教學方法有效結合起來；在教學手段上，將傳統手段與信息技術相融合，結合文字、圖片和視頻形成多模態教學．學生可以根據自身學習欲望，根據課程學習目標及要求制定學習規劃，自主獲取不同程度和不同形式的學習資源進行預習，還可以多次自主設計進行模擬實驗，再通過線下交流探討實踐做出總結，最后通過多種途徑查漏補缺，鞏固知識[12]．

4.2 混合教學模式的設計方案

基于深度教學策略，本文所提出的普通物理實驗線上線下混合教學模式設計方案如圖1所示．

圖1 普通物理實驗線上線下混合教學模式設計方案

(1)課前預習階段

教師規劃教學內容，在線上發布資源及任務，學生可以應用MOOC平臺中豐富的資源進行相關理論的自主學習，也可以利用虛擬仿真實驗平臺進行模擬實驗．教師可以通過后臺得到學生學習情況及答題情況的相關數據，總結學生在預習過程中的難點，在線下實驗中重點講解．

(2)課中實驗階段

學生在線上已經做了充足的預習，為線下實踐教學留下充足的時間．教師主要指導學生進行規范的實驗操作和突破學生在預習階段的難點．線下也可組織學生分組設計實驗，提高學生的創新能力和團隊協作能力．

(3)課后深度學習階段

根據本節課內容，教師可以利用MOOC中的論壇功能發起拓展討論，針對本節實驗內容進行交流總結和評價，學生可以利用線上資源進行復習鞏固，將學習到的知識進行加工、遷移，形成深度學習．

該設計方案將線上和線下實驗教學優勢融合起來，充分利用了學習資源和課余時間，為學生在課堂實驗中留出更多的時間．教師可以對學生的學習情況進行跟蹤評價，學生也可以自主選擇學習資源，有助于激發學生的學習興趣．同時模擬仿真實驗可以減少實驗儀器不必要的損耗，學生可以多次探討設計模擬實驗再進行線下實踐，有利于培養學生的實踐創新能力和團隊協作能力，相比傳統教學模式更能提高普通物理實驗課程的教學效果．

混合式實驗教學改革的模式并不是固定統一的，但是目標卻是一致的，那就是要通過把“線上”和“線下”兩種教學模式融合起來，充分發揮它們二者的優勢，從而達到改造傳統教學的效果，改善在教學過程中學生學習主觀能動性不高、參與度不足、學習效率低下等問題，進而提升學生的學習能力、實踐能力和創新能力，全面培養學生成為高素質、創新型人才．筆者在此提供一個初步的設計方案，希望能給高校改革傳統的物理實驗教學模式提供新思路，各高校可以根據自身情況及學生學情制定合適的普通物理實驗線上線下混合教學模式．

5 結束語

在教育改革越來越深入的情況下，由于普通物理實驗線上和線下教學模式自身具有一定優勢和局限性，所以融合它們優勢的混合實驗教學模式是發展的必然產物．本文提出的混合教學模式兼具線上學習和線下教學的優勢，充分發揮了學生的主體性和教師的主導性，實現了從理論到實驗再到實踐的完整學習過程．混合式實驗教學模式改革沒有統一范本，為了滿足新時代需求，培養高素質、創新型人才，如何根據本校情況、師生特點和培養目標來建構符合自己學校的混合實驗教學模式已成為當前重要課題，還需要各高校不斷地進行探索與改革．希望本文能為普通物理實驗線上線下混合教學模式的改革提供新思路．