大學物理實驗的信息化教學研究與實踐

趙 曼，趙 昶

（北京石油化工學院致遠學院，北京 102617）

0 引言

大學物理實驗課程是培養大學生科學素養、科學的思維方式及動手操作能力的必修課程。北京市從2020年起實行了“3+3”的高考模式，2021年8省首次推行“3+1+2”的高考模式。物理學科在各省的高考選科問題不盡相同[1-2]。我校出現的典型問題是部分工科專業招錄了一部分未選考物理的生源，如環境工程，制藥工程等，基礎薄弱的同學和這部分近三年未上過物理課的學生在大學物理類課堂中明顯出現了斷層現象，上課如同在聽“天書”，期末考試成績更是與平均值出現非常明顯的差距。和大學物理同步開設的大學物理實驗課也存在類似的問題。如何解決學生學習與發展中出現的問題和困難，是我們在教學設計中重點考慮的問題[3]。針對學生學習中遇到的新的問題和困難，我們將大學物理實驗課程在課前預習、課堂教學、課后反饋三個環節分別進行了設計和整合，利用大學物理信息平臺、云班課、企業微信等平臺形成嚴格的過程化管理和評價體系，有針對性地提高基礎薄弱學生的科學素養和科學的思維方式，提高他們的動手操作能力和協作能力，打造出高效的信息化的大學物理實驗課程。

1 大學物理實驗的課程設計

大學物理實驗課程設計包含課前、課中、課后三部分，如圖1所示。信息化不斷強化學習的過程不僅體現在課堂實踐上，在課前預習和課后的數據處理和成績信息反饋和修改上面也都得到了強化和改善，真正落實了實驗考核的過程化。學生利用手機或筆記本電腦等預習、操作、處理數據等時間延長，積極的數據反饋也讓學生有動力去認真處理數據和改進實驗報告，得到更好的實驗成績，達到提高學生綜合實驗能力的目的。

圖1 基于OBE的大學物理實驗課程設

1.1 課前預習環節

每學期開學前，大學物理實驗信息平臺由負責教師及時排好大學物理實驗的學生分組及實驗順序，實驗時間地點，實驗教師通過企業微信提前組成實驗學習群并建立相應的云班課，通過統計來了解各專業學生的情況，如：筆者所帶課程班，接近2/3學生屬于新高考未參加物理考試的同學，通過提前的溝通得知這部分學生的物理基礎非常薄弱，針對這種情況，做好預習環節設計尤其重要。

預習環節的資源由教師在云班課發布，如圖2（P125）所示。結合大學物理實驗信息平臺及剛剛出版的云教材和云班課平臺給學生提前布置預習任務。云教材和云班課資源提供了即將進行的實驗的背景知識實驗原理和相關預習視頻等素材，提升學生學習興趣，增加學生實驗預習的主動性。

圖2 預習環節的設計

1.2 課堂實驗環節

預習環節主要采用了線上的方式，實驗教師通過云班課和預習報告來檢查預習情況，通過后允許學生簽到。其中凡是可以通過學生自學的部分，都不再進行課堂講授方式，記入預習分，學生及時得到反饋，隨時感受學習的成果。

“部分翻轉課堂”讓實驗課能夠讓學生有更多的時間動手動腦進行實驗，強化實驗重點環節適當采用“小組討論”探索式實驗方式。利用反向課程設計法根據學習和實踐預期目標進行針對性的設計。首先教師進行實驗演示時一部分的學生看出清楚操作的畫面，如：示波器面板按鈕及功能繁雜；落球法實驗中下落的小球直徑只有1mm，如圖3所示，稍遠的學生便看不到，自然就更不知道何謂規范操作。在視頻中操作畫面每個同學都可以隨時用手機登錄云班課看到，學生反映在觀看手機時注意力會提高，等同教師1對1的輔導效果，不僅規范操作步驟，還能節約時間提高效率。部分實驗由小組合作進行；對學有余力的學生提高要求，布置更有挑戰性的任務如：邁克爾遜干涉儀實驗中的白光等厚干涉條紋的演示等，完成額外任務可獲得加分獎勵；在實驗中提出問題驅動學生動手動腦，激發學生解決實際問題的興趣，引導他們圍繞解決問題去探索新的知識，加強學生合作動手能力和思維辨析及創新能力。

圖3 落球法測量液體變溫粘滯系數實驗操作視頻截圖

1.3 課后反饋環節

課后實驗報告的完成、成績評定及反饋，課程組教師指導同學們開發了實驗數據處理的excel表格，可以替代部分繁復的實驗數據計算，完成的部分實驗數據輸入相應表格可以及時得到實驗結果的反饋，對不理想的實驗數據及時安排補做和補充；視頻中對數據處理的講解和要求對基礎薄弱、接受知識較慢的學生非常有幫助，也讓實驗課教師更加有余力加強監督和幫助學生，增加了輔導時間，實時解決實驗數據處理中的疑問，實驗操作的評價更加科學和公正。

2 大學物理實驗的信息化教學特色與實踐情況

實驗課教師的授課方式原來主要采取了PPT講授和實驗操作演示相結合，教師的講解和操作演示步驟稍多一些，大部分同學就會出現記不住或聽不懂的情況；分多次講解又會出現學生實驗操作進度不同等情況；課程信息化教學實踐過程中充分利用了手機+云班課實驗資源，學生根據實驗進展情況的需要觀看相應的原理講解、實驗操作或數據處理等視頻資料，注意力會大大提高，不僅可以規范操作步驟，避免誤操作，節約時間提高效率。操作視頻的錄制是由豐富實驗教學經驗的教師精心錄制，特別有針對性，對容易誤操作的地方加以強調，對小的畫面調節放大，后期處理再錄屏之后上傳云班課，與課程組教師共同合作把所有用到的實驗操作都錄制完成，視頻分享給課程組所有實驗課教師共享使用。

如表1（P126）所示，從調查問卷的結果可以看出，使用實驗操作視頻的學生在課程學習中獲得了較大的幫助。課程總體滿意率為96%,通過與對照組課程班（高考選考物理）對比，環201、202課程班（高考約2/3未選考物理）總評平均成績84.6，與對照組平均成績84.6相同，且高于總平均成績。以成果為導向，教學活動的根本目的是為了讓學生“學會和會學”。學生在實驗課的每個環節取得的明顯進步，使學生學習的興趣大大提高，學習的自覺性與主動性明顯加強。

表1

圖4 21春大學物理實驗總評成績對比

3 結論

大學物理實驗課程的信息化教學模式為學生學習提供了豐富的學習資源，加強了對學生課前課中課后學習情況的全程監控，使學生更加注重平時知識的積累，對學生在學習興趣及學習主動性的提高方面很有幫助。對大學物理類課程在新高考模式下的教學改革有促進作用，對學生形成科學的思維方式和科學的學習習慣，全面提升學生科學素養有較大幫助。