基于MOOCs 的大學(xué)物理實驗教學(xué)改革和實踐

倪涌舟 周國泉 徐一清 周益民

摘 要 本文通過對大學(xué)物理實驗課程教學(xué)中存在的教學(xué)手段單一、現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用不足、學(xué)生對實驗的思考探索欠缺等問題的分析，提出了在大學(xué)物理實驗課程教學(xué)中建立基于MOOCs 的“網(wǎng)絡(luò)課程 + 面授 + 課后討論”教學(xué)模式，以達(dá)到充分利用學(xué)生碎片化學(xué)習(xí)時間，豐富實驗教學(xué)手段，提升學(xué)生的實驗興趣，培養(yǎng)學(xué)生動手和創(chuàng)新能力的目的。

關(guān)鍵詞 大學(xué)物理實驗課程 MOOCs 實驗教學(xué)模式

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2021.03.017

Reform and Practice of College Physics Experiment Teaching Based on MOOCS

——Take Zhejiang A & F University as an example

NI Yongzhou， ZHOU Guoquan， XU Yiqing， ZHOU Yimin

（College of Sceince， Zhejiang A & F University， Hangzhou， Zhejiang 311300）

Abstract This paper analyzes the problems of single teaching methods in the teaching of college physics experiment courses， insufficient application of modern technology， and students' lack of thinking and exploration of experiments， and proposes the establishment of a MOOCs-based "network course + face-to-face instruction + after-class discussion" teaching mode， in order to achieve the purpose of making full use of students' fragmented learning time， enriching experimental teaching methods， enhancing students' experimental interest， and cultivating students' practical and innovative abilities.

Keywords college physics experiment course; MOOCs; experiment teaching mode

“大學(xué)物理實驗”課程是對高等院校理工科專業(yè)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實驗基本訓(xùn)練的一門獨立的必修基礎(chǔ)課。其內(nèi)涵的實驗方法、思想、儀器和技術(shù)，在培養(yǎng)與提高科學(xué)實驗?zāi)芰蛷氖驴茖W(xué)實驗的素質(zhì)等方面具有重要的意義。

1 我校“大學(xué)物理實驗”課程教學(xué)現(xiàn)狀

目前我校的“大學(xué)物理實驗”課程教學(xué)主要采用分層次實驗項目的開放教學(xué)，首先是通過基礎(chǔ)實驗積累實驗知識和實驗技能，培養(yǎng)良好的實驗規(guī)范;其次是利用近代綜合實驗注重培養(yǎng)實驗?zāi)芰退季S能力;最后通過設(shè)計實驗為培養(yǎng)學(xué)生能獨立自主地進(jìn)行科學(xué)實驗研究工作的能力。分層次實驗項目的開放教學(xué)通過多年的實踐，為培養(yǎng)我校學(xué)生的實驗?zāi)芰ζ鸬搅酥匾饔谩５窃趯嶋H實驗教學(xué)中，還存在著一定的問題，主要表現(xiàn)在：

1.1實驗教學(xué)手段落后單一

目前“大學(xué)物理實驗”課程的教學(xué)還是處在老師講解演示，學(xué)生做的模式。在這種模式下，學(xué)生一味地重復(fù)教師的講解，對實驗的原理、方法、結(jié)論缺少自己的思考，不利于培養(yǎng)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)、自我探究的能力，也不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

1.2現(xiàn)代化教學(xué)技術(shù)應(yīng)用不足

目前，我校的“大學(xué)物理實驗”課程建有基于物理實驗教學(xué)中心服務(wù)器的實驗預(yù)習(xí)、預(yù)約、門禁管理系統(tǒng)，也建立了一些虛擬仿真實驗，但是數(shù)量較少，不利于學(xué)生的碎片化學(xué)習(xí)。也缺乏實驗的微課視頻，學(xué)生的預(yù)習(xí)也主要是針對實驗原理進(jìn)行的預(yù)習(xí)，進(jìn)實驗室前缺乏對實驗儀器的了解，儀器的操作使用都要等著教師講解。另外交流互動途徑缺乏，學(xué)生與老師的溝通主要通過QQ群，由于學(xué)生在實驗課前對實驗儀器操作、實驗過程不了解，因此QQ群交流的內(nèi)容也集中在實驗管理上，學(xué)生對實驗教學(xué)的內(nèi)容提不出問題進(jìn)行交流互動。

1.3學(xué)生對實驗的思考探索欠缺

目前，我校“大學(xué)物理實驗”課程每一個實驗項目的完結(jié)主要通過學(xué)生書寫實驗報告，實驗報告流于模板化、形式化，學(xué)生寫實驗報告時對實驗的過程、方法、數(shù)據(jù)缺乏反思，實驗結(jié)束后對所做過的實驗根本不再思考探究，這不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2 基于MOOCs 的大學(xué)物理實驗教學(xué)模式的構(gòu)建

針對我校“大學(xué)物理實驗”課程教學(xué)存在的問題，我們設(shè)計了基于MOOCs 的“網(wǎng)絡(luò)微課視頻+網(wǎng)絡(luò)互動+面授”教學(xué)模式，[1-3]通過課前預(yù)習(xí)討論交流，課堂教師組織實驗，課后分析研究的教學(xué)過程，以達(dá)到充分利用學(xué)生碎片化學(xué)習(xí)時間，豐富實驗教學(xué)手段，提升學(xué)生的實驗興趣，培養(yǎng)學(xué)生動手和創(chuàng)新能力，同時達(dá)到加強(qiáng)師生交流，轉(zhuǎn)變師生教學(xué)關(guān)系的目的。

2.1 課前預(yù)習(xí)系統(tǒng)的構(gòu)建

物理實驗課前的預(yù)習(xí)是物理實驗教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，學(xué)生通過預(yù)習(xí)，了解實驗的原理和實驗的基本操作過程和方法，對進(jìn)入實驗室開展實驗有重要作用。目前我校“大學(xué)物理實驗”課程的教學(xué)要求學(xué)生在進(jìn)入實驗室開展實驗之前進(jìn)行實驗預(yù)習(xí)，并書寫預(yù)習(xí)報告，但是學(xué)生的實驗預(yù)習(xí)經(jīng)常存在以下問題：

（1）實驗內(nèi)容與理論教學(xué)進(jìn)度不一致，導(dǎo)致學(xué)生對實驗的原理缺乏理解。物理實驗課的開設(shè)由于實驗場地、器材的限制，往往不能與理論教學(xué)同步進(jìn)行。學(xué)生在預(yù)習(xí)實驗時，一些實驗的原理在理論課上還沒有上過，學(xué)生需要自學(xué)原理，導(dǎo)致一些學(xué)習(xí)能力欠缺的同學(xué)無法理解實驗原理，只是根據(jù)教材抄寫一下完成預(yù)習(xí)報告就算了，起不到實驗預(yù)習(xí)的效果。

（2）學(xué)生沒有看到實驗儀器進(jìn)行預(yù)習(xí)，對實驗操作的整體認(rèn)識不足。學(xué)生在實驗課前預(yù)習(xí)時，主要是根據(jù)教材預(yù)習(xí)。雖然教材上有儀器介紹，但是學(xué)生沒有看到儀器實物，對實驗操作的整體認(rèn)識不足。

（3）學(xué)生的預(yù)習(xí)效果沒有評測。目前我校“大學(xué)物理實驗”課程的預(yù)習(xí)只要求學(xué)生完成預(yù)習(xí)報告的書寫，教師在實驗課教學(xué)中也只是檢查一下學(xué)生的預(yù)習(xí)報告，對于學(xué)生是否是真正預(yù)習(xí)了，預(yù)習(xí)的效果如何沒有完善的評價，導(dǎo)致學(xué)生的預(yù)習(xí)效果沒有辦法保證。

針對以上情況，我們建設(shè)了“大學(xué)物理實驗”網(wǎng)絡(luò)課程，在課程構(gòu)架上設(shè)置了預(yù)習(xí)模塊，特別針對學(xué)生預(yù)習(xí)錄制實驗原理講解、儀器介紹視頻。學(xué)生在預(yù)習(xí)時，通過視頻學(xué)習(xí)，可以更好地理解實驗原理，了解實驗儀器的結(jié)構(gòu)和基本操作，從而真正達(dá)到實驗預(yù)習(xí)的目的。同時，我們針對學(xué)生預(yù)習(xí)應(yīng)該到達(dá)的效果設(shè)計了實驗預(yù)習(xí)檢測單元，編寫了學(xué)生在預(yù)習(xí)中應(yīng)該掌握的知識點的測驗題。學(xué)生在預(yù)習(xí)后需要完成測驗，一方面便于教師了解學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，另一方面也是加深學(xué)生對實驗知識的理解。

2.2 課內(nèi)教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變

大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)與理論課程的教學(xué)有很大的區(qū)別。在實驗課的教學(xué)中，學(xué)生一般需要在3個課時內(nèi)完成一個實驗。在短短的3個課時內(nèi)，學(xué)生既要掌握實驗原理，又要學(xué)習(xí)實驗儀器的使用，并完成實驗任務(wù)的測量，時間其實是比較緊張的，所以實驗指導(dǎo)教師為了順利完成教學(xué)，一般會花20-30分鐘的時間講解實驗原理和儀器使用方法，然后指導(dǎo)學(xué)生完成實驗。很多學(xué)生在短時間內(nèi)并不能完全掌握儀器的正確使用方式，特別是一些儀器調(diào)節(jié)過程比較復(fù)雜時，學(xué)生往往只能不斷求助教師，而教師需要指導(dǎo)十幾組實驗只能疲于奔命，最后往往變成教師直接給學(xué)生調(diào)節(jié)儀器，實驗客車鍛煉學(xué)生動手能力的目的也就無從談起了。

針對實驗課程學(xué)生動手少的問題，我們主要是轉(zhuǎn)換教師的身份，教師在實驗課中盡量少講少動，將更多的精力放在實驗課堂的組織上，而指導(dǎo)學(xué)生的任務(wù)則通過以下方式解決。

（1）實驗原理的講解通過視頻，并且放在課前預(yù)習(xí)中，讓學(xué)生在課前預(yù)習(xí)中就學(xué)習(xí)和理解實驗原理。

（2）錄制儀器調(diào)節(jié)視頻，讓學(xué)生通過視頻學(xué)習(xí)儀器的使用規(guī)則。在錄制視頻時，我們將實驗儀器的操作盡量分解，一步操作一個視頻，視頻的時間盡可能短，使得學(xué)生可以在碰到不理解的操作步驟時，最快地反復(fù)觀看視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)。

學(xué)生通過視頻學(xué)習(xí)儀器操作，極大地解放了教師。教師可以有更多地時間去組織整個實驗教學(xué)，同時觀測學(xué)生的實驗情況，對于真正存在實驗困難的學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。從而真正到達(dá)鍛煉學(xué)生動手能力的實驗?zāi)康摹?/p>

2.3 課后實驗探究的實踐

我校“大學(xué)物理實驗”課程每一個實驗項目的完結(jié)主要通過學(xué)生書寫實驗報告，目前來看，學(xué)生書寫的實驗報告流于模板化、形式化，對實驗的過程、方法、數(shù)據(jù)缺乏反思，實驗結(jié)束后對所做過的實驗根本不再思考探究，這不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。針對以上問題，我們主要進(jìn)行了以下調(diào)整：

（1）強(qiáng)化學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)的分析。實驗結(jié)果的數(shù)據(jù)分析是得出實驗結(jié)果的重要過程，不管是驗證性實驗還是設(shè)計性實驗，數(shù)據(jù)結(jié)果都是必不可少的。而且目前國家對測量數(shù)據(jù)的分析有嚴(yán)格的規(guī)范，讓學(xué)生掌握符合國家要求的規(guī)范化的處理數(shù)據(jù)的能力是實驗的重要目的。因此，我們在實驗中強(qiáng)化了學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)處理的要求，一方面要求學(xué)生正確、準(zhǔn)確獲得實驗數(shù)據(jù)，不得弄虛作假，另一方面要求學(xué)生掌握正確的數(shù)據(jù)處理方式，并且要求學(xué)生能夠通過實驗數(shù)據(jù)分析進(jìn)一步理解實驗原理，從而真正完成通過理論設(shè)計實驗到驗證理論的過程，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力。

（2）強(qiáng)化學(xué)生對操作過程的理解。實驗的操作是培養(yǎng)學(xué)生動手能力的關(guān)鍵，實驗課程需要培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范有效的操作，而一個實驗操作是否規(guī)范的標(biāo)志就是最后實驗誤差的大小。讓學(xué)生掌握誤差分析的方法，正確分析誤差的來源，對改進(jìn)、提高學(xué)生操作能力很有幫助。我們在學(xué)生書寫實驗報告時要求學(xué)生全面分析實驗，正確提出實驗可能產(chǎn)生誤差的操作過程，強(qiáng)化學(xué)生對操作過程的理解，從而進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生掌握正確的實驗操作方法。

（3）強(qiáng)化課后討論。只要仔細(xì)反思，不管是成功的實驗還是失敗的實驗都還讓學(xué)生有收獲。因此課后反思討論是加深學(xué)生對實驗理解的必要環(huán)節(jié)，我們在網(wǎng)絡(luò)課程中設(shè)計了課后討論環(huán)節(jié)，選取學(xué)生實驗報告中問題最多的部分，讓學(xué)生在網(wǎng)上討論分析其中的錯誤，從而加深學(xué)生對實驗的理解。

3 基于MOOCs 的大學(xué)物理實驗教學(xué)改革的成效

在實行基于MOOCs 的“網(wǎng)絡(luò)課程 + 面授 + 課后討論”教學(xué)模式后，設(shè)置了課前預(yù)習(xí)，預(yù)習(xí)測驗，儀器操作視頻學(xué)習(xí)，課后討論交流等環(huán)節(jié)，便于學(xué)生利用碎片化時間進(jìn)行學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

（1）設(shè)置課前預(yù)習(xí)，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)課程的實驗原理視頻和儀器介紹視頻進(jìn)行預(yù)習(xí)，可以更好地理解實驗原理，了解實驗儀器的結(jié)構(gòu)和基本操作，從而真正達(dá)到實驗預(yù)習(xí)的目的。

（2）針對學(xué)生預(yù)習(xí)應(yīng)該到達(dá)的效果設(shè)計了實驗預(yù)習(xí)檢測單元，編寫了學(xué)生在預(yù)習(xí)中應(yīng)該掌握的知識點的測驗題。學(xué)生在預(yù)習(xí)后需要完成測驗，一方面便于教師了解學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，另一方面也是加深學(xué)生對實驗知識的理解。

（3）錄制儀器調(diào)節(jié)視頻，讓學(xué)生在實驗課中通過視頻學(xué)習(xí)儀器的調(diào)節(jié)，使得學(xué)生可以更加直觀的理解實驗儀器的調(diào)節(jié)方法和調(diào)節(jié)現(xiàn)象。

（4）完善課后分析研究，改變過去實驗上完就結(jié)束的方式，增加學(xué)生對實驗的分析研究，通過網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)置的討論區(qū)，有實驗指導(dǎo)教師上傳存在問題較多的實驗報告，讓學(xué)生進(jìn)行討論，提高學(xué)生對實驗過程、結(jié)論進(jìn)一步理解。

綜上所述，基于MOOCs 的大學(xué)物理實驗教學(xué)能夠極大地提高學(xué)生對實驗課程的學(xué)習(xí)，對于鍛煉學(xué)生的動手能力，提升學(xué)生獨立利用實驗開展研究有重大地幫助。

基金項目：2019年度浙江農(nóng)林大學(xué)校級教育教學(xué)改革項目“基于Moocs的大學(xué)物理實驗教學(xué)改革”（JG2019007）

參考文獻(xiàn)

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