非實驗室情況下大學物理實驗的教學探索

趙 杰

（遼東學院化工與機械學院，遼寧 丹東118000）

《大學物理》是我校理工科學生必修的一門基礎課，內容包括大學物理理論教學和大學物理實驗教學兩部分。理論教學可以利用網絡課程來進行，而大學物理實驗是動手操作課程，該如何開展線上教學，大學物理教研室全體教師經過多次網上研討、方案論證，結合實驗題目特點制定了疫情期間的實驗教學方案，具體方案包括學生居家自主做實驗、借助平臺直播師生合做實驗以及學生通過慕課看實驗三種形式，其基本原則是按照原有的教學大綱進行實驗教學安排，保質保量地完成本學期大學物理實驗教學目標。

1 開發大學物理實驗慕課資源,通過慕課學實驗的教學實踐

目前，慕課作為新型共享資源和新型的教學模式，實現了教育資源的最優化配置，并在實踐中取得了較好的成果[1]，在“中國大學MOOC”、“學銀在線”等平臺均有成熟的大學物理實驗慕課課程，因此教研室物理教師花費大量時間逐一審查眾多的在線物理實驗課程，從中挑選需要的教學視頻，再錄屏編輯形成適合本校學生實驗學習的教學視頻，如實驗背景、實驗原理、實驗儀器的操作、實驗的拓展等。由于各高校的大學物理實驗開設的項目不盡相同，多個實驗題目在現成的慕課中是找不到的，這些實驗題目的教學視頻需要我們老師自己錄制。目前有關大學物理的實驗視頻已近60個，具體實驗題目、采取的教學形式和相應慕課視頻數量見表1。

表1 實驗題目對應的慕課視頻數量

2 學生居家做實驗的實踐

大學實驗課程是一門實踐性課程，其目的在于培養學生的自主學習能力、動手實踐能力和探索創新精神，學生通過慕課視頻的學習，就地取材制作測量儀器搭建簡易裝置，獨立完成相關實驗設計、驗證規律和測量物理量，這種形式的實驗教學能更好地達到教學目標。

如《研究單擺的運動特性》，是最適合在家做實驗的題目，因為其實驗裝置最簡單、測量儀器最容易獲得。為了幫助學生完成實驗，教研室老師錄制了與實驗相關的多個短視頻，如：單擺實驗背景介紹，單擺實驗原理介紹，單擺的制作方法，如何測量單擺擺長，如何用手機測量擺動周期，如何確定擺動角度，測量數據如何處理。這些實驗視頻能夠幫助學生在家完成單擺運動特性的研究實驗。

3 借助平臺直播，師生合作翻轉實驗教學的實踐

疫情期間騰訊會議、丁丁等平臺的免費使用，促使很多教師采用直播形式上課，許多學校的大學物理實驗直播課雖然彌補了慕課教學中師生無法實時互動的不足，但是基本模式仍然是教師講實驗學生聽實驗[2]，學生缺少自己做實驗的感覺和經歷，遠達不到實驗教學的目的。而我們開設的大學物理實驗直播課盡量復原學生在實驗室做實驗的情形，利用騰訊會議視頻分享功能，學生遙控指揮、主導實驗思路進程，教師根據學生的指令動手操作，從而實現師生角色互換、教與學的大翻轉。

實驗操作前首先檢驗學生的預習效果，教師提前設計關于實驗的重點難點問題，依托學習通的問卷投票等功能進行考核，教師根據回答情況進行有針對性的講解；然后學生以小組為單位開始動手做實驗，即操作儀器觀察實驗現象，記錄實驗數據。教師在實驗室里，將鏡頭對準實驗裝置，通過騰訊會議視頻與學生分享實驗環境，讓學生動“手”操作實驗，只是手是站在實驗裝置前的教師的雙手，就如真實的實驗一樣，學生將自己的實驗想法操作一點一點表達出來，指揮教師的雙手來操作，在實驗安全的范圍內教師完全按照學生的命令動做，學生教師雙方角色互換，就像雙簧表演一樣，共同觀察實驗現象，記錄實驗數據。課后處理實驗數據，撰寫實驗報告。

下面以《電表的改裝與校準》的實驗直播教學為例，對教學模式做進一步說明。第一階段，教師將相關的文字材料和視頻材料上傳到學習通內，文字材料有磁電式電流計原理、電表改裝原理、實驗指導書等。視頻材料有5段，都是利用手機錄制的，包括實驗儀器介紹，改裝表頭內阻的測量，電壓表的改裝與校準，電流表的改裝與校準，以及數據處理方法，每段視頻不超過5分鐘。第一階段，要求學生在實驗課之前觀看完這些材料，學生在上課前了解如何連接電路，掌握測量內阻的方法，掌握如何將表頭改裝成電壓表和電流表，以及如何校準改裝電表等。

第二階段，在規定的實驗課時間申請一個騰訊會議號，實驗操作部分在騰訊會議室進行，保障學生和教師之間交流順暢。⑴在學習通內以投票的方式發放預習測試題目，檢查學生的預習情況。⑵根據學生回答情況進行針對性講解。⑶第一組學生準備實驗，另一組學生觀摩學習。將手機鏡頭對準實驗臺，事前將所有元件的兩端標上數字號碼，便于學生描述。

規定每組選一個學生代表發指令，小組成員如果有不同意見，可以立即指出來，統一意見后再下命令，指揮教師動作。教師在必要時給予提醒和鼓勵，每個組員及時記錄所得到的實驗數據，直至做完所有實驗內容，然后第二組學生做實驗，第一組學生觀摩學習，直至結束實驗。第三階段，學生處理自己獲得的實驗數據，撰寫實驗報告，這一過程遇到問題，可通過微信提問就能得到來自同學或者教師的解答。

通過“學生居家自主做實驗”、“借助平臺直播做實驗”、“通過MOOC學實驗”多種教學模式的并行實踐，師生共同完成了本學期實驗教學任務，在這一過程中，大學物理實驗慕課的雛形形成，進一步完善后，可用于今后正常線下實驗教學的補充：在實驗預習階段學生通過慕課可對整個實驗有所了解，上課時可自己完成實驗操作而不需要實驗教師的過多講解，這樣就確保了學生的有效實踐時間，提高了實驗課的教學效果。

學生在居家做實驗的實踐中，雖在實踐過程中有不順和失敗，但最終會獲得因自主完成實驗而產生的成就感和自信。大學實驗直播課完成師生角色互換，學生按照自己想法指揮教師操作時，每一步都要思考，感覺比自己親自做實驗更緊張刺激、注意力更集中，另一方面教師在被動操作實驗過程中，能夠更深切地體會學生的思路以及問題所在，有助于今后有針對性的教學設計和實驗指導。