基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的物理實驗教學(xué)改革創(chuàng)新實踐研究
——以建筑類專業(yè)為例

王杰

（吉林建筑科技學(xué)院 基礎(chǔ)科學(xué)部，吉林 長春 130114）

0 引言

教育是面向未來的事業(yè)，寄托了個人、家庭和國家的希望和未來。大數(shù)據(jù)、人工智能和信息技術(shù)的發(fā)展為教育帶來了更多的可能性，碰撞出絢麗的火花。正如教育部科技司司長雷朝滋強調(diào)的，未來的教育是基于網(wǎng)絡(luò)的教育，必須深刻認識信息技術(shù)對教育的革命性影響。“互聯(lián)網(wǎng)+”是互聯(lián)網(wǎng)思維的進一步實踐成果，推動經(jīng)濟形態(tài)不斷發(fā)生演變，從而帶動社會經(jīng)濟實體的生命力，為改革、發(fā)展、創(chuàng)新提供廣闊的網(wǎng)絡(luò)平臺，即利用信息和互聯(lián)網(wǎng)平臺，使得互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)進行融合，利用互聯(lián)網(wǎng)具備的優(yōu)勢特點，創(chuàng)造新的發(fā)展機會。第十二屆全國人民代表大會的開幕會上也提出制定“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃，表明未來“互聯(lián)網(wǎng)+”的理念會廣泛應(yīng)用于社會的各個領(lǐng)域，而互聯(lián)網(wǎng)在教育事業(yè)中的應(yīng)用將變得更為重要。本文以本學(xué)院的《大學(xué)物理實驗》課程為例，探究“互聯(lián)網(wǎng)+教育”對教學(xué)改革的新優(yōu)勢。大學(xué)物理實驗室的功能不應(yīng)僅僅限于做實驗、驗證理論知識，它還是培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度、創(chuàng)新能力，提高思考能力的重要基地。正因為其地位特殊，對大學(xué)物理實驗教學(xué)和實驗室的建設(shè)與管理，是實驗教學(xué)、建設(shè)與管理工作者面臨的重大課題。“大力加強實踐教學(xué)，切實提高大學(xué)生的實踐能力”由教育部在《關(guān)于進一步加強高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見》中提及[1]。吉林建筑科技學(xué)院作為一所應(yīng)用型民辦高校，致力于培養(yǎng)面向城鄉(xiāng)建設(shè)、運行和管理領(lǐng)域的實用型人才，以強化學(xué)生實踐能力和職業(yè)素質(zhì)為目標，因此物理實驗是其非常重要的一門必修基礎(chǔ)課。大學(xué)物理實驗課程是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的一個非常重要的窗口，針對課程現(xiàn)狀，結(jié)合人才培養(yǎng)目標要求，我校的大學(xué)物理實驗課程在內(nèi)容組織上實行“分層次、分系列、模塊化”，即教學(xué)內(nèi)容上分基礎(chǔ)性、提高性實驗，在不同大專業(yè)之間實行“模塊化”。對建筑類專業(yè)，除在基礎(chǔ)內(nèi)容中注重物理基本的實驗方法教學(xué)外，在提高性實驗部分還側(cè)重于將物理實驗內(nèi)容與專業(yè)知識相結(jié)合，如開設(shè)動態(tài)懸掛法測彈性模量、超聲探傷實驗、固體線脹系數(shù)的測定、用扭擺法測定物體的轉(zhuǎn)動慣量、應(yīng)變式傳感器的研究等實驗。如何開發(fā)建設(shè)符合與建筑類專業(yè)緊密結(jié)合、符合特殊時期教學(xué)需要、滿足我校致力培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、專業(yè)技能扎實、善于實踐創(chuàng)新的應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標要求的物理實驗課程教學(xué)，是本課題重點研究的方向。

1 研究的必要性

大學(xué)物理實驗課是建筑類高校理工科專業(yè)的重要基礎(chǔ)課，一直以來受到傳統(tǒng)教學(xué)模式的束縛，影響了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性和創(chuàng)造性的發(fā)揮。由于本院建筑類專業(yè)的學(xué)生成績較其他專業(yè)分數(shù)低，學(xué)生對物理實驗重視不夠，認為是考查課，沒有必要認真對待，所以導(dǎo)致學(xué)生對每次實驗都是應(yīng)付了事，遲到超過10分鐘，更有甚者出現(xiàn)有事不請假直接曠課的現(xiàn)象。從實驗報告的預(yù)習(xí)、實驗數(shù)據(jù)的測量及其處理，都存在抄襲數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)處理與源數(shù)據(jù)不符的現(xiàn)象出現(xiàn)。中國教育學(xué)會物理教學(xué)專業(yè)委員會常務(wù)理事陶昌宏專家提出，興趣是組好的老師。作為教師要豐富教學(xué)方式，改變教學(xué)策略，提升教學(xué)質(zhì)量。因此，構(gòu)建在線開放課程教學(xué)的互動機制，是物理實驗課程線上教學(xué)的最優(yōu)方式，即根據(jù)學(xué)習(xí)主體的需要和數(shù)據(jù)預(yù)測課程建設(shè)的方向，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，共筑課程目標，沖破學(xué)校圍墻的界限，實現(xiàn)課程互動與目標的完成，成為學(xué)生掌握知識、增加物理科普知識的一種平臺。在教學(xué)中引入“互聯(lián)網(wǎng)+物理實驗”模式，堅持以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的新型教學(xué)關(guān)系[2]。這種新型的物理實驗教學(xué)模式，更容易使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)的興趣、參與的欲望[3]，從而能夠提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)和實踐的興趣，也可以實現(xiàn)優(yōu)秀資源共享，學(xué)生可以將知識下載到手機，隨時學(xué)習(xí)，拓展教學(xué)空間和時間，提高學(xué)習(xí)效率，可以通過“線上學(xué)習(xí)”來彌補“線下教學(xué)”的不足，從而提升大學(xué)物理實驗的教學(xué)質(zhì)量。在建筑類院校中，傳統(tǒng)的物理實驗教學(xué)重理論、輕實踐。學(xué)生在學(xué)習(xí)了教材中的相關(guān)知識點后不知有何用，這種教學(xué)方法已經(jīng)不能適應(yīng)社會發(fā)展的需要。

2 主要內(nèi)容

2.1 利用超星學(xué)習(xí)通建立一個掌上信息實驗室

網(wǎng)絡(luò)時代，依托學(xué)校的超星學(xué)習(xí)通APP建立大學(xué)物理實驗線上資源，因其不受時間、地點的限制，為學(xué)生個性化學(xué)習(xí)提供了較好的選擇[4]。此外本校建筑類專業(yè)的學(xué)生入學(xué)成績較其他專業(yè)學(xué)生的成績偏低，基礎(chǔ)較薄弱，但是頭腦很靈活、實際操作和動手能力強，且超星學(xué)習(xí)通已經(jīng)突破了技術(shù)的障礙，因此學(xué)生可以自主通過互聯(lián)網(wǎng)利用電腦、手機隨時隨地學(xué)習(xí)。學(xué)生有問題隨時溝通，也可以在互聯(lián)網(wǎng)上及時得到解答，而且學(xué)習(xí)中還可以實現(xiàn)直播、討論、點名、留作業(yè)、師生交流互動、紅包獎勵等功能。利用線上平臺學(xué)習(xí)和管理，不僅節(jié)省了實驗時間還能及時解決實驗中學(xué)生的問題。

2.2 利用互聯(lián)網(wǎng)進行教實驗數(shù)據(jù)處理，提高學(xué)生的工程實踐能力

由于實驗課的時間很緊，所以教師和學(xué)生很難熟識并且交流有限，如何解決這一問題，最可行的就是利用互聯(lián)網(wǎng)對學(xué)生進行教學(xué)管理，例如建立QQ群、微博、微信群，可以隨時溝通解答學(xué)生的疑問，不僅節(jié)省了實驗時間還能解決實驗中學(xué)生的問題。建筑類專業(yè)的學(xué)生對計算機的應(yīng)用較其他專業(yè)學(xué)生熟練、通透[5]，特別是將制圖繪圖等軟件應(yīng)用的得心應(yīng)手，因此，可以讓此專業(yè)的學(xué)生把互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在實驗數(shù)據(jù)的處理里面，例如，其可以使用計算機處理數(shù)據(jù)、繪制表格、利用軟件進行繪畫曲線，把先進的計算機技術(shù)融合到實驗數(shù)據(jù)中，既可以節(jié)省時間又可以提高精度。由此可見，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”模式所體現(xiàn)的內(nèi)涵不僅是為學(xué)生提供知識，更為重要的是給學(xué)生獲取知識提供了方法，培養(yǎng)了學(xué)生的工程實踐能力。

2.3 創(chuàng)新教材編寫及授課方式

根據(jù)本校學(xué)生的特點和物理實驗儀器可操作性的特點，開展與本校的大學(xué)物理實驗教材相配套的物理實驗在線網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)以輔助教學(xué)。首先，進行全新的教材編寫，將實驗教師的課堂教學(xué)和實驗講授部分錄制成時長在5分鐘的微視頻，主講實驗原理和實驗內(nèi)容及方法，重點講解好實驗儀器的使用和應(yīng)用；其次，將微視頻鏈接制成二維碼放在每個實驗后面，學(xué)生可以在課下觀看預(yù)習(xí)或復(fù)習(xí)，也可以在課堂中遇到問題時隨時調(diào)取觀看。現(xiàn)在人人手機不離手機，可以說24小時都能連接到高速互聯(lián)網(wǎng)，所以學(xué)校可以建立一個互聯(lián)網(wǎng)立體化的物理實驗教材，讓學(xué)生通過手機就可以預(yù)習(xí)和找到相關(guān)實驗的電子材料。教師提供大學(xué)物理的相關(guān)教學(xué)資源，學(xué)生通過實驗教材上標識的超鏈接或者二維碼等形式，訪問互聯(lián)網(wǎng)免費自行學(xué)習(xí)，使教師從知識的傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒌念I(lǐng)導(dǎo)者和學(xué)習(xí)的促進者。

2.4 搭建物理工作室，為學(xué)生提供課外活動場所

建筑類專業(yè)的學(xué)生成績較其他專業(yè)分數(shù)低，基礎(chǔ)較薄弱，但是頭腦很靈活、愛動手，再結(jié)合本學(xué)院的應(yīng)用型人才培養(yǎng)的辦學(xué)特點，可以開展豐富多彩的第二課堂活動，構(gòu)建實驗工作室，讓更多喜歡物理實驗但是卻因為專業(yè)需要而不學(xué)習(xí)物理實驗的同學(xué)來參加第二課堂。可以制作一些物理相關(guān)的演示實驗和舉辦一些動手制作小競賽，拍攝自己動手制作的過程的小視頻，這作為提高物理實驗動手能力推廣也會取得不錯的效果。另外，也可以讓學(xué)生自主設(shè)計實驗和維修儀器，最后把學(xué)生的成果進行總結(jié)，最終發(fā)表論文或參加科技競賽等，提高其學(xué)習(xí)興趣，促進職業(yè)發(fā)展。

2.5 “物理實驗”是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的過程

教師是課堂的第一責(zé)任人，能把思想政治工作貫穿到教育教學(xué)全過程，實現(xiàn)全員育人、全程育人、全方位育人。實驗教師要根據(jù)學(xué)院培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標,以“輕原理、重操作，主方法，次計算”為實驗準則，對于實驗教材中不太適應(yīng)職業(yè)教育特征的內(nèi)容，較少考慮教學(xué)需要和學(xué)習(xí)者的實際情況,理論分析過多、實踐應(yīng)用較少的內(nèi)容要盡可能地刪除，且盡可能地減少繁瑣的公式推導(dǎo)而直接引用結(jié)論，以突出工程實用性。強調(diào)《物理實驗》課程與生產(chǎn)實踐的緊密聯(lián)系，突出應(yīng)用型人才的特點和科學(xué)系統(tǒng)的習(xí)慣養(yǎng)成。“物理實驗”是物理學(xué)的奠基石，物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)，在“大學(xué)物理實驗”課上要多擴充當前學(xué)科前沿有代表性的實驗，貼近生活，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。例如，可以結(jié)合本校的實際情況，增加太陽能電池的特性研究和超聲探傷實驗，既具有前沿性又具有與專業(yè)實驗的橋梁作用，體現(xiàn)了“大學(xué)物理實驗”在培養(yǎng)學(xué)生基本實驗技能和工程實踐能力的重要作用。在第二課堂中，可以讓學(xué)生選擇儀器維修，或者把報廢儀器進行改造處理并應(yīng)用在現(xiàn)有的教學(xué)儀器中，在節(jié)約成本的同時也避免浪費資源，并可以從生活中點滴滲入節(jié)儉保護環(huán)境的思想。本學(xué)院在實驗工作室組織學(xué)生改造1.5V的電池型檢流計：利用網(wǎng)上購買的4.5V的變壓器，把原來的電池型檢流計改裝成4.5V的直流檢流計，改裝后的檢流計也可以在惠斯通電橋、電表的改裝與校準、板式電位差計測量電動勢等電學(xué)實驗中應(yīng)用。這樣不僅使學(xué)生收獲了知識，提高了學(xué)生的動手能力，還給學(xué)生灌輸勤儉節(jié)約精神。讓學(xué)生跟著教師進行科研訓(xùn)練，不僅提升了其研究興趣，也有利于培養(yǎng)學(xué)生科研創(chuàng)新能力和團隊精神。特別是我國在疫情中建造的方艙醫(yī)院，既體現(xiàn)了中國速度，又及時有效地遏制了疫情的蔓延，這種民族驕傲，如果在實驗課堂中滲入這種精神，既有利于增強同學(xué)們的自信心和民族自豪感，也可以進一步激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣和偉大的愛國熱情。

3 吉林建筑科技學(xué)院“物理實驗”在線開放課程建設(shè)示例

我校圓滿完成了國家的評估工作，完成了色彩鮮明和有重要影響的應(yīng)用型本科院校的建設(shè)目標，且本院的大學(xué)物理實驗課成為吉林省精品課程。下面以吉林建筑科技學(xué)院-物理實驗課程為例，以2019級全院工科建筑類專業(yè)學(xué)生為研究對象來講述課程的建設(shè)。基礎(chǔ)物理實驗教學(xué)中心是由物理實驗室和綜合物理演示實驗室組成，實驗中心建筑面積2260平方米，實驗室房間18個，開設(shè)的實物實驗題目數(shù)41個，涵蓋力、熱、光、電、近代物理實驗及應(yīng)用性實驗內(nèi)容，課題組9名成員每年承擔(dān)全院所有工科專業(yè)1200名左右學(xué)生的“物理實驗”課程教學(xué)任務(wù)，其中建筑類專業(yè)學(xué)生約占二分之一。

圖1是我們改革教學(xué)模式時，提出的由傳統(tǒng)三中心轉(zhuǎn)變?yōu)樾聲r代“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的新三中心，即以資源建設(shè)、學(xué)生和環(huán)境搭建為中心。資源建設(shè)為中心主要是由教師建設(shè)、管理物理實驗中心獨立的二級網(wǎng)站和超星學(xué)習(xí)通形成符合本校的線上資源建設(shè)。學(xué)生為中心主要是通過“互聯(lián)網(wǎng)+物理實驗”教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性和創(chuàng)新性，從而提高教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)出高質(zhì)量的應(yīng)用型人才。環(huán)境搭建為中心是改善和提高線下教學(xué)設(shè)施，在保證好正常教學(xué)情況下，進行實驗室開放管理，并搭建第二課堂工作室，提高實驗室利用率，豐富學(xué)生課余文化生活。我們開設(shè)了不分專業(yè)的選修課“生活中的物理”，一學(xué)期只有20學(xué)時，選修的學(xué)生非常多，其中不乏文科生，而且聽課很認真，這也相當于科普物理，宣傳生活中的一些物理常識。

圖1 “互聯(lián)網(wǎng)+混合式教學(xué)”模式新三中心

我們在改革內(nèi)容的基礎(chǔ)上創(chuàng)新物理實驗課程考核機制，由于實驗課程的特點是除了學(xué)習(xí)知識和實驗方法外，更多的是注重培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和動手能力。所以在學(xué)生成績評定上，提高平時實驗成績比重，使其占總成績的比例近90%，而操作考試占10%左右。目的是促進學(xué)生重視平時實驗成績的積累。只有認真做好每一個實驗，實驗總成績才能達到良好以上。

具體做法：把預(yù)備性、基礎(chǔ)性和綜合性的每個實驗內(nèi)容按10分計（預(yù)習(xí)2分，實驗操作4分，實驗習(xí)慣1分，實驗報告3分），權(quán)重1；實驗操作考試成績滿分10分，權(quán)重2；設(shè)計性實驗滿分10分，權(quán)重2，線上觀看視頻學(xué)習(xí)時長及其線上活躍度為20分。根據(jù)實驗滿分和學(xué)生得分，按百分制進行折算，分為不及格、及格、中等、良好、優(yōu)秀五個檔位給出每個學(xué)生的最后成績。為促進學(xué)生參與到實驗教學(xué)中來，在制度上規(guī)定，學(xué)生無故3次不上實驗課，期末成績按不及格計。

期末對所實施的“互聯(lián)網(wǎng)+物理實驗”模式進行反饋，發(fā)現(xiàn)建筑類專業(yè)學(xué)生的成績明顯上升，不及格率明顯下降，學(xué)生在學(xué)習(xí)中也產(chǎn)生了興趣，正所謂好學(xué)者不如樂學(xué)者，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中只有樂在其中[6]，才能在課堂上極其活躍，有的向老師要課件，向?qū)嶒炞龅每斓耐瑢W(xué)詢問自己遇到的問題，有的同學(xué)通過學(xué)習(xí)通對照小視頻中的課程自己解決，實現(xiàn)了自主學(xué)習(xí)，探索出更合適的學(xué)習(xí)的途徑。學(xué)習(xí)通的后臺數(shù)據(jù)顯示，學(xué)生登錄的時長也在增加，互相競爭著學(xué)。

在課程教學(xué)中，實施“互聯(lián)網(wǎng)+物理實驗”的模式，是切實可行的，而且我們將總結(jié)建筑類專業(yè)上的實施成果，準備在其他專業(yè)也要實施新模式，實現(xiàn)教學(xué)組織與制度約束并舉，讓學(xué)生不僅能夠掌握必要的實驗方法，還能進一步提升自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)的能力，培養(yǎng)學(xué)生良好的實驗習(xí)慣，形成核心素養(yǎng)，為更好地提高學(xué)生的動手能力和職業(yè)能力打基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和5G的普及，其他課程的線上資源開發(fā)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺發(fā)展迅速，而物理實驗課程屬于實踐課，需要同學(xué)們動手操作實驗來完成。針對本文的探索也為物理實驗課程中引入“互聯(lián)網(wǎng)+”帶來了新的契機和挑戰(zhàn)，利用快速的信息網(wǎng)絡(luò)，鼓勵建筑類專業(yè)的學(xué)生進行獨立思考、自主探索問題從而去解決問題，全面提高學(xué)生綜合素質(zhì)。除研究教學(xué)內(nèi)容的選題外，建設(shè)物理實驗線上教學(xué)資源，在正常情況下實行實驗教學(xué)內(nèi)容線上與線下有機融合，促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高教學(xué)實效。尤其是對按新機制新模式成立的、面臨轉(zhuǎn)型的本科層次建筑類高校和學(xué)院，傳統(tǒng)物理實驗課程的改革研究是我們必須面對和研究的課題。