基于教學(xué)管理系統(tǒng)的大學(xué)物理實驗教學(xué)改革研究
——以河海大學(xué)為例

劉翠紅，王一凡，王建永，陳秉巖

(河海大學(xué) a.理學(xué)院； b.物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院，江蘇 常州 213022)

為了提高實驗教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生具有比較強的實踐創(chuàng)新能力，高校進行了很多教學(xué)改革，取得了很好的效果[1-3]。把成熟的信息技術(shù)用于實驗教學(xué)，以期大幅度提高教學(xué)質(zhì)量，這是今后實驗教學(xué)改革的主要趨勢[4-6]。基于這種狀況，河海大學(xué)理學(xué)院物理實驗中心(常州)在過去教學(xué)改革的基礎(chǔ)上，主動適應(yīng)信息化教學(xué)趨勢，研制開發(fā)了大學(xué)物理實驗教學(xué)管理系統(tǒng)，把大學(xué)物理實驗教學(xué)的各個環(huán)節(jié)都納入了系統(tǒng)并進行信息化管理。系統(tǒng)運行一年多來，內(nèi)容不斷充實，功能不斷完善，極大地提高了教師的工作效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，受到了教師和學(xué)生的廣泛好評，同時也積累了很多寶貴經(jīng)驗，為今后實驗教學(xué)的進一步改革拓展了空間。

1 大學(xué)物理實驗教學(xué)管理系統(tǒng)

大學(xué)物理實驗教學(xué)管理系統(tǒng)主要用來科學(xué)高效地管理物理實驗中心的教學(xué)、科研等工作，它包括平臺建設(shè)、課程建設(shè)和師生互動三個模塊，具有實驗?zāi)秸n、虛擬仿真實驗、實驗選課、場次安排、實驗考勤、師生互動、網(wǎng)上提交報告和批改反饋、網(wǎng)上評教、成績統(tǒng)計分析等功能，并且關(guān)聯(lián)了課程網(wǎng)站、微信公眾號、超星慕課等互聯(lián)網(wǎng)平臺，使得整個教學(xué)過程更加規(guī)范合理，管理更加科學(xué)高效，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。該系統(tǒng)的基本框架如圖1所示。

圖1 大學(xué)物理實驗教學(xué)管理系統(tǒng)框架圖Fig.1 Frame diagram of college physics experiment teaching management system

2 教學(xué)改革方式及效果

A.拍攝了實驗?zāi)秸n，使學(xué)生可以預(yù)習(xí)或重復(fù)學(xué)習(xí)實驗內(nèi)容。慕課的最大優(yōu)點是不受時間和地點的限制，而且可以重復(fù)觀看學(xué)習(xí)。網(wǎng)上已有一些物理實驗?zāi)秸n，但不同學(xué)校物理實驗課程開設(shè)的實驗項目一般不同，即便是相同的實驗項目，使用的儀器一般也不相同，導(dǎo)致網(wǎng)上的物理實驗?zāi)秸n很難應(yīng)用于各所高校。基于這一現(xiàn)狀，為河海大學(xué)物理實驗中心開設(shè)的每一個實驗項目都拍攝了慕課，并植入了教學(xué)系統(tǒng)，如圖2所示。實驗?zāi)秸n包括了實驗概述、實驗原理、實驗內(nèi)容、實驗儀器、注意事項及實際操作演示等內(nèi)容。在正式做實驗之前，要求學(xué)生通過慕課進行預(yù)習(xí)，這極大地減輕了教師現(xiàn)場講解的工作量，預(yù)習(xí)之后還可以通過練習(xí)題目檢驗學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，學(xué)生對于暫時不能理解的內(nèi)容還可以重復(fù)觀看學(xué)習(xí)，極大地提升了學(xué)習(xí)質(zhì)量。

圖2 大學(xué)物理實驗教學(xué)管理系統(tǒng)部分慕課Fig.2 Some MOOC of college physics experiment teaching management system

B.通過慕課開展課程思政教學(xué)，將物理實驗原理與哲學(xué)原理相結(jié)合。目前，國家正在大力推行課程思政，本研究就借著拍攝慕課的機會，在慕課的絕大部分內(nèi)容中都加入了課程思政元素，注意緊密結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，力求達到潛移默化、潤物無聲的效果。例如，在講解牛頓環(huán)、邁克爾遜干涉儀、光電效應(yīng)等實驗時，加入了物理學(xué)史上光的粒子說、光的波動說、光子說等內(nèi)容，并在這些內(nèi)容的基礎(chǔ)上向?qū)W生闡述了哲學(xué)上的“否定之否定”“實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”等內(nèi)容，使學(xué)生在學(xué)習(xí)物理實驗原理的同時也學(xué)到了一些哲學(xué)原理，而且并不覺得生硬和突兀。

C.通過網(wǎng)絡(luò)加強師生互動，開展線上答疑。建立實驗教學(xué)管理系統(tǒng)之前，學(xué)生有問題了一般要到實驗室或教師的辦公室，很不方便，效率也低。這次借著開發(fā)實驗教學(xué)管理系統(tǒng)的機會，在系統(tǒng)中加入了網(wǎng)上答疑模塊，學(xué)生可以把自己的問題發(fā)到模塊上，并安排教師值班，關(guān)注學(xué)生的問題并隨時予以解答。由于問題和解答都是公開的，其他學(xué)生也可以看到，這樣其他有類似問題的學(xué)生就不用再發(fā)問題了，教師也不用再解答了。另外，還對一些比較常見的問題設(shè)計了獨立模塊，把這些問題和相應(yīng)的解答都植入其中，學(xué)生只要輸入問題的關(guān)鍵詞就可以搜到該問題和相應(yīng)的解答，免去了教師的重復(fù)答疑，也節(jié)省了學(xué)生的時間。

D.實驗報告進行網(wǎng)上批改，批改結(jié)果第一時間反饋給學(xué)生。原來的實驗報告都是紙質(zhì)的，教師批改完實驗報告后最快也要到下一次實驗課才能發(fā)到學(xué)生手上，學(xué)生才能發(fā)現(xiàn)自己學(xué)習(xí)中的問題，有的時候由于節(jié)日放假等原因，這段時間還會更長。在建立了實驗教學(xué)管理系統(tǒng)后，學(xué)生只要把自己的實驗報告拍照上傳即可，教師立刻就可以看到并進行網(wǎng)上批改(如圖3所示)，而且教師批改的情況學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)看到，有疑問還可以向教師反映，極大地提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和教師的工作效率。

圖3 大學(xué)物理實驗教學(xué)管理系統(tǒng)實驗報告網(wǎng)上批改Fig.3 Laboratory report online correction of college physics experiment teaching management system

E.實現(xiàn)了網(wǎng)上選課、補選課，解決了排課難的問題。大學(xué)生學(xué)業(yè)任務(wù)往往比較重，有的大學(xué)生在完成必修課程的同時還選修了一些課程，導(dǎo)致一些班級的學(xué)生很難有共同的時間來做實驗，排課比較困難。建立了實驗教學(xué)管理系統(tǒng)后，把開課的時間段都放到網(wǎng)上(如圖4所示)，讓學(xué)生根據(jù)自己的情況來選擇做實驗的時間，很好地解決了排課困難的問題。由于各種原因，每學(xué)期都會有學(xué)生缺課一些實驗而需要補做，建立實驗教學(xué)管理系統(tǒng)前，這些學(xué)生都要到實驗中心重新選課和預(yù)約，很不方便。在建設(shè)實驗教學(xué)管理系統(tǒng)時，增加了學(xué)生網(wǎng)上補選課功能，學(xué)生如果需要補做實驗，不需要再到實驗中心手工操作，只要登錄系統(tǒng)在補課時間段里進行選擇即可，這極大地方便了學(xué)生，也減少了實驗中心教師的工作量。

圖4 大學(xué)物理實驗教學(xué)管理系統(tǒng)部分開課時間Fig.4 Part curriculum time of college physics experiment teaching management system

F.關(guān)聯(lián)微信公眾號，使微信成為教學(xué)系統(tǒng)的得力助手。在開發(fā)實驗教學(xué)管理系統(tǒng)的同時還建立了課程公眾號，并使教學(xué)系統(tǒng)和課程公眾號相關(guān)聯(lián)，這樣教師和學(xué)生就可以通過微信公眾號訪問教學(xué)系統(tǒng)中的所有教學(xué)資源和信息，極大地方便了教師工作和學(xué)生學(xué)習(xí)。教學(xué)系統(tǒng)還可以通過微信提前給教師和學(xué)生發(fā)送上課提醒信息，有效地減少了因遺忘而造成的缺課現(xiàn)象。

G.以現(xiàn)場掃碼考勤代替?zhèn)鹘y(tǒng)的點名考勤，節(jié)約時間。在建立實驗教學(xué)管理系統(tǒng)前，考勤的基本方式是點名，顯然這種方式效率不高，浪費了寶貴的課堂時間。為了解決這個問題，在實驗教學(xué)管理系統(tǒng)中增加了掃碼考勤功能，每次課前教師只要把相應(yīng)的二維碼投影到教學(xué)屏幕上，學(xué)生用手機掃碼即可快速完成考勤，對于沒有按時到達實驗室的同學(xué)，系統(tǒng)還會通過微信給他們發(fā)送催促通知，提醒他們盡快趕到實驗室，并向教師解釋遲到的原因，這極大地提高了課前考勤的效率，也減少了學(xué)生上課遲到的現(xiàn)象。

H.科學(xué)高效進行成績計算和統(tǒng)計分析，操作簡單便捷。建立實驗教學(xué)管理系統(tǒng)前，實驗成績基本上靠手工計算和統(tǒng)計分析。建立了實驗教學(xué)管理系統(tǒng)后，學(xué)生的慕課學(xué)習(xí)、考勤、報告批改等都在網(wǎng)上進行，各項成績也隨時存儲。系統(tǒng)還設(shè)置了計算總分和平均分、分?jǐn)?shù)排序、統(tǒng)計各分?jǐn)?shù)段人數(shù)、統(tǒng)計各題目得分、分析學(xué)生薄弱環(huán)節(jié)等功能，教師需要哪一部分?jǐn)?shù)據(jù)時，只需要在電腦上進行簡單的幾個操作即可，非常方便。

3 結(jié)語

實驗教學(xué)管理系統(tǒng)運行一年多來，提升了教師的工作效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，開展了課程思政教學(xué)，減少了教師工作和學(xué)生學(xué)習(xí)中的失誤，極大地推動了實驗中心的各項工作。系統(tǒng)運行中間也暴露出了一些問題，這些問題都已得到圓滿解決，但教學(xué)改革沒有止境，還要繼續(xù)關(guān)注最新的信息技術(shù)，把最新的信息技術(shù)應(yīng)用于實驗教學(xué)管理系統(tǒng)中，使系統(tǒng)的功能更加完善，效率進一步提高。同時，還要在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等方面加大改革力度，使經(jīng)典的內(nèi)容更加成熟，前沿的內(nèi)容也要及時更新，并探索小班制、研究型等教學(xué)方式，使河海大學(xué)理學(xué)院物理實驗中心(常州)的實驗教學(xué)獲得更快、更好的發(fā)展，為提高學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力發(fā)揮更大作用。