新冠疫情下大學物理實驗網(wǎng)絡教學的實踐與探索

□王道光 王 群

一、疫情多變情況下大學物理實驗教學的挑戰(zhàn)

2020年春季，面對突發(fā)的新冠疫情，教育部高等學校大學物理課程教學指導委員會及大學物理實驗專項工作委員會迅速地對高校的大學物理實驗教學做出明確指示，切實地貫徹了“停課不停教、停課不停學”的號召。江蘇師范大學立即實施教育系統(tǒng)公共衛(wèi)生類突發(fā)事件的防控預案，充分利用線上的優(yōu)質(zhì)教學資源，并依托相關的在線教學平臺和網(wǎng)絡通訊工具展開了線上教學及相關實踐，其中包括了大學物理實驗、普通物理實驗及師范生演示實驗等。作為一門實踐性很強的學科，物理實驗網(wǎng)絡教學引起全國高等院校老師的關心與探索[2～6]。結(jié)合我校的現(xiàn)有資源及儀器條件，物理實驗教學中心充分利用現(xiàn)代化教學手段，在疫情期間進行了積極探索，并根據(jù)教學反饋及時調(diào)整思路及方案，高質(zhì)量地完成了實驗教學任務。

二、積極啟動緊急方案，精準布置教學任務

收到教育部的《應對新型冠狀病毒感染肺炎疫情防控工作方案》等文件通知后，江蘇師范大學即刻成立新型冠狀病毒肺炎疫情防控工作領導小組，印發(fā)《江蘇師范大學疫情防控期間本科教育教學工作方案》，實驗室與設備管理處及時發(fā)布《疫情防控期間教學科研實驗室管理辦法》等文件。啟動了針對本科學生、研究生及博士生的教學應對方案，實驗教學被重點關注。

從2020年2月17日開始，陸續(xù)在網(wǎng)上開展教學工作。按照教學大綱及計劃，學生可通過精品網(wǎng)絡課程獲取資源，如著名的中國大學MOOC、超星爾雅及愛課程等。采用的網(wǎng)絡授課平臺有愛課程、超星學習通和學堂在線等；采用的教學軟件有多種，如騰訊課堂、ZOOM、騰訊會議、微信WORK及QQ直播等。針對實踐教學方面，考慮到教學的特殊性，對部分公共課程的實驗，如留學生的物理實驗及師范生的教法實驗等，采取先提供網(wǎng)絡學習資源，學生結(jié)合課本自主預習，而后線上講授實驗原理，通過虛擬仿真平臺及智能手機軟件等進行居家訓練獲取并處理實驗數(shù)據(jù)，而后提交實驗報告。通過這種方式，來培養(yǎng)學生自主學習能力和實踐創(chuàng)新精神。

三、實驗教學方案的實施及相關問題

為保證教學任務的順利實施，制定了分階段任務，采用策略為理論在先，動手操作在后，分成三個階段。第一階段：線上慕課資源+課件+視頻預習；第二階段：線上講授+虛擬仿真實驗訓練+居家動手實踐；第三階段：線下測量數(shù)據(jù)+完成實驗報告。

(一)實驗教學方案的實施。學習中，多數(shù)班級為第二學期的實驗。學生普遍掌握了測量、誤差與數(shù)據(jù)處理相關基礎知識，具備主動學習物理實驗的基本條件。在課程講授之前，授課教師通過班級QQ群發(fā)布相關網(wǎng)絡學習的平臺及相關章節(jié)，并通過學校自主建立的網(wǎng)盤“師大方云”為學生提供相關的學習課件。同時還設立一些問題，引導學生展開自主學習尋找答案。在教學內(nèi)容方面，安排一些容易完成的實驗。在選擇實驗方面，我們充分參考物理實驗方面專業(yè)期刊推薦的方案及國內(nèi)知名大學的成熟方案，涵蓋經(jīng)典物理學內(nèi)容。實驗項目有“單擺法測量重力加速度”、“數(shù)字存儲式電子示波器的使用”、“自設計方案測光盤柵格常數(shù)”、“用手機測量聲速”、“感受音色的差別”及“共振現(xiàn)象的驗證”等。開設的實驗內(nèi)容兼顧深度及居家實現(xiàn)的難易程度。

(二)實踐過程中的問題。該方案對學習流程進行了詳細設計，但在課程教學實施過程中，仍遇到很多問題。其中，有四種情況發(fā)生比例較高：a學生的個人電腦/手機操作系統(tǒng)與網(wǎng)課軟件不匹配；b居家網(wǎng)絡穩(wěn)定性差，收看直播較難；c實驗器材準備困難，無法開展居家實驗；d實驗數(shù)據(jù)質(zhì)量較差，實驗結(jié)果誤差較大。據(jù)統(tǒng)計，平均一個班級出現(xiàn)情況a約占23%。網(wǎng)課用的主流軟件一般配置較高，需使用相關插件。較低的硬件配置及較早的操作系統(tǒng)支持效果差強人意。部分學生手機系統(tǒng)版本較低，硬件配置不夠，出現(xiàn)緩沖費時、播放卡頓等現(xiàn)象。虛擬仿真實驗需個人電腦配置虛擬環(huán)境，安裝在WIN7及以上操作系統(tǒng)。非Windows電腦操作系統(tǒng)會出現(xiàn)無法使用的狀況。情況b較多地出現(xiàn)在開展初期，因為全國的大中小學生幾乎都在同一時段開展在線學習，導致網(wǎng)絡擁擠出現(xiàn)高的網(wǎng)絡時間延遲。出現(xiàn)情況c的學生約15%左右，他們居住地較偏遠，無法通過便捷的渠道準備相關器材。情況d出現(xiàn)比例較大，平均單個實驗有35%左右，計算結(jié)果誤差較標準值最多可達±15%。這種情況多因為測量裝置精度低及操作步驟不合理，還有其它狀況，如上課時間無法保證等。

四、靈活多樣的實驗教學解決方案

面對突如其來的問題，沒有“答案”可參考，且必須及時解決。本著以學生為中心，以掌握知識為目的，實驗中心緊急召開線上會議，并討論出可行方案，即全時段學習。對于網(wǎng)絡較差無法實時收看直播的，老師提供錄播視頻，學生擇時收看；硬件配置低無法開展在線學習，可以先自學，待返校后繼續(xù)學習；無法準備實驗器材的，可以手工制作替代儀器；誤差較大的，在考慮操作步驟規(guī)范性之后，認為計算結(jié)果誤差滿足在±8%之間為合理。另外還加強即時聊天群組內(nèi)的討論，做到有問題及時處理。最后，根據(jù)各環(huán)節(jié)在學習中貢獻，對總評分數(shù)設定了相對合理的比例：預習+直播考勤占20%，實驗報告占40%，居家實驗視頻(或返校學習)占40%。這樣一來，學生明晰各學習環(huán)節(jié)的比重，從而放心地開展網(wǎng)絡學習。

五、教學效果及啟發(fā)

以網(wǎng)絡工具為手段，全過程、全時段的學習覆蓋，保證了學生對實驗知識的透徹把握，使得多數(shù)大學生獲得較滿意的成績。2020年秋季學期，學生返校后進行統(tǒng)計，大概只有不到10%的同學需要到實驗室重新學習，與調(diào)研其他兄弟高校得到的數(shù)據(jù)相當。

部分優(yōu)秀同學在學習中發(fā)現(xiàn)儀器的缺點，提出改進方案并制作出實驗作品，參加了第六屆全國大學生物理實驗競賽及第十七屆江蘇省高校大學生物理及實驗科技作品創(chuàng)新競賽等，取得較好的成績。高年級師范專業(yè)的同學還對實驗教學進行發(fā)掘，制作授課視頻參加物理實驗講課比賽，在第六屆全國大學生物理實驗競賽(創(chuàng)新賽)講課比賽中取得二等獎的佳績。

通過該過程，我們深感學生的學習能力及創(chuàng)新能力。只要方案正確，內(nèi)容合理，形式恰當，學生的積極性和主動性得到激發(fā)，產(chǎn)生巨大的學習動力，達到較優(yōu)的實踐教學效果。

六、結(jié)語

物理實驗是一門實踐性強的課程。實踐證明，在特殊時期依托現(xiàn)代化網(wǎng)絡工具，采用靈活多樣的教學方式，以學生為中心，能充分發(fā)揮學生的學習積極性，從而保證教學任務的順利完成。這種線上線下虛實結(jié)合的學習方式為本科生的實踐學習探索一種新模式。學生返校后的問卷調(diào)查中，一些同學反饋說沒有哪一年比今年學得更充分。從而表明該模式的合理性。