互聯網背景下大學物理實驗線上線下混合式教學改革與創新

馬亞斌 李萍 楊亞宏 楊菲宇

摘?要：大學物理實驗作為普通高等學校理工科學生的公共基礎課，要緊跟高校教育不斷信息化的步伐。本文針對大學物理實驗課程中授課資源短缺、學生無法自主學習、缺少學習動力和興趣等問題，建立線上虛擬實驗平臺、自助學習資源庫和開放性實驗室。通過線上線下資源整合，實現虛實結合的線上線下混合式教學，在教學模式、教學內容、教學資源和課程評價體系等方面進行了初步的改革和創新，有效促進學生的自主學習，達到課程教學目標。

關鍵詞：大學物理實驗；教學改革；線上線下；虛實結合

隨著高校教育的發展，各個學科的教育模式都在不斷改進和創新。特別是互聯網的高速發展對傳統的教育教學方式產生了嚴重影響，多校開始采取線上線下相結合的授課方式。在這個過程中，線上線下混合式教學與信息化時代的碰撞產生了巨大的價值，混合式教學的優勢慢慢被發掘，各項研究發現，相對于傳統線下教學，高校學生更適合混合式的教學方法［1］。若將混合式教學作為高校教育的長遠之計，就必須實現線上教學與傳統教學的有機融合，這是當下高校教育急需突破的現實問題。

大學物理實驗課程作為理工科大一、大二學生的基礎必修課，是大多數本科學生第一次系統接觸實驗課程［2］，上好這門課程對學生后期的專業課學習至關重要。隨著智能科技的發展，計算機的應用已經普及到各個行業，信息化教學也慢慢滲透到各個學科，各高校教師也在計算機的基礎上一直探索大學物理實驗課程的線上線下混合式教學，并取得了很好的效果［3］。根據理工科學校的專業特點，我們優化了大學物理實驗課程的內容，建立了虛擬實驗平臺、自助學習資源庫和開放性實驗室等資源，為學生提供了個性化學習環境，采用線上線下結合的教學過程，建立科學的多維評價體系，推動學生自主學習。

1?大學物理實驗教學現狀分析

隨著教育改革和思政教育的不斷深入實施，各個高校的教學模式在持續更新和進步。但對于大學物理實驗課程來說，仍然有所不足，學生自主學習能力和物理思維的培養有待進一步提高。

1.1?教學模式單一，學生無法實現自主學習

當下，互聯網高速發展，大學物理實驗課程應當與時俱進，不斷優化當前的教學模式。多數高校的物理實驗教學還是離不開傳統的教學方式和過程，導致學生在課堂中總是處于被動實驗的狀態下，缺少基本的耐心和信心，無法實現自主學習［4］。在這樣的教學模式下，教師在一對多地講完理論原理之后，還需要花時間去給學生做演示。課堂中大部分時間學生都是陪同性學習，大大降低了學生的課堂參與度。學生在后續操作過程中同樣存在非常多的問題，導致實驗課效果很差，甚至有學生在一堂課中未能完成整個實驗過程，無法得到完整的實驗數據。

1.2?教學內容落后，學生缺乏學習動力

對于大部分第一次接觸實驗課程的學生來說，大學物理實驗涉及很多方面，難度相對比較大。很多院校的大學物理實驗課時相對較少，甚至有的學校將實驗課程附屬在理論課中，沒有單獨設立實驗課程，導致教學過程中只能開設少數實驗。教師在選擇實驗項目時也很難做到面面俱到，無法涉及各種類型的實驗，導致實驗教學內容殘缺，學生對實驗課程的基本要求和目的沒有充分的認識。另一方面，很多高校大學物理實驗課程的教學內容、時間空間以及實驗儀器都比較固定；實驗項目多年不變［5］，多數為基礎驗證性和綜合性實驗，創新設計性實驗較少；學生缺少創新空間和機會，只是按部就班地完成實驗，加上部分學生實驗基礎比較薄弱，導致實驗課程枯燥乏味。而課堂主要由理論講解和實踐操作組成，缺少與實驗相結合的配套資源以及與實驗有關的拓展應用。這些教學內容的陳舊固化會使學生嚴重缺乏學習動力和興趣，也會限制師生之間的互動交流和講解答疑。

1.3?實驗室資源不足，無法滿足授課需求

大學物理實驗課程應與理論課程相互銜接，讓學生通過實驗課程的學習能夠很好地掌握和鞏固理論知識，同時實驗課程教學大綱中應均勻包含各種類型的實驗，幫助學生全面發展。但是部分高校由于實驗室資源的缺乏，無法滿足以上兩點［6］。多數高校的實驗儀器數量較少，而且在長期的實驗過程中，很多儀器已經非常陳舊，部分損壞的儀器由于損壞程度以及維修成本高等原因，沒有得到及時的修復，無法正常運轉。實驗儀器數目的不斷減少，導致學生在進行分組實驗時組員過多，學生無法全部參與到實驗的整個過程中，無法發揮每個人的主觀能動性，課堂收獲太少。

1.4?課程考核方式不健全，學生缺少學習興趣

對于大學物理實驗這樣的實踐性課程，學習中的每一步對于學生來說都是至關重要的。傳統教學模式和內容的落后導致了學生成績考核的單一性，考核結果全部來源于平時考勤與實驗報告，教師不注重學生的具體實驗過程，只在乎實驗結果。考核過程中缺少實驗前預習、課堂操作、師生互動、小組協作和課后拓展等關鍵性環節的評價。考核形式的不合理會影響學生對實驗課程的態度，使學生只在意實驗報告的質量，甚至部分學生會選擇去復制實驗數據，忽略了整體的學習過程，嚴重阻礙了學生創新思維和動手能力的發展。

2?線上線下課程資源建設舉措

2.1?對大學物理實驗內容進行優化組合

隨著社會各方面的發展，以往固化的實驗教學內容已無法適應當下大學生的培養，必須要進一步優化實驗內容［7］。一方面，針對不同專業特點，將實驗項目劃分為必做和選做兩部分。不同專業學生可以通過必做實驗學習基本的物理實驗知識、實驗方法和技能，也可根據專業需要和個人愛好選做部分實驗，調動學生對實驗課程的興趣，使學生通過實驗課程獲得不同方向的發展。另一方面，針對學生實驗能力的不同，將一些基礎性實驗通過內容進行拓展，增加一些創新設計實驗和線上虛擬仿真實驗，這樣可以很好地滿足部分對物理實驗非常感興趣的學生。

2.2?搭建線上虛擬實驗平臺

高校教育的快速發展使得實驗課程對線上實驗平臺的依賴和需求日益增長，這對線上實驗平臺的搭建和完善提出了更高的要求。當代大學生生長在互聯網環境下，更習慣于從網上獲取所需的知識。當下，隨著計算機的發展，很多虛擬仿真技術和軟件日益成熟，如果可以在大學物理實驗課程中將虛擬仿真技術充分利用起來，就能夠很好地解決很多高校實驗室資源缺乏的問題。平臺的搭建需要涉及各個方面，首先要包含所有的實驗項目，包括必做、選做和創新設計實驗，也要包含每一個實驗的相關配套資源，比如預習內容和測試題、實驗操作視頻、講義、實驗報告模板、思考題等。學校在購買完某些線上資源之后，要根據學校專業的特點以及教學的需求對這些資源進行進一步的分類和完善，以達到線上資源的使用效果。建立完善的線上虛擬實驗平臺，學生不僅可以隨時隨地在線上進行實驗學習，還可以利用平臺設計出許多綜合研究性實驗和創新設計性實驗，幫助學生提高實驗學習的主動性和積極性，培養學生的創新性思維。

2.3?建立自助學習資源庫

相對理論課來說，大學物理實驗課程的課時量較少，學生往往需要在兩個小時的時間內完成一個實驗，學生在課堂上的收獲很小，這就需要建立課前課后自助學習資源庫，幫助學生更好地完成實驗。自助學習資源庫可以將理論課和實驗課的資源整合在一起，內容除了要涵蓋力學、熱學、光學、電磁學以及各個實驗的基礎知識點以外，還需包含相關拓展內容，比如與知識點相關的物理學發展歷史、前沿知識、科普資源、思政專題等。授課教師可根據專業特點將這些資源進行分類并推送給學生，讓學生有針對性地去自主選擇和學習。學習資源庫必須及時更新，緊跟物理發展前沿，不斷豐富教學資源。建立完善的自助學習資源庫可以幫助學生完成課前預習和課后拓展等學習環節，幫助基礎稍差的學生補習基礎知識，也可以滿足部分學生探索較深物理知識的需求。

2.4?建立開放性實驗室

為克服大學物理實驗課時少、儀器設備不足等問題，可以建立線下開放性實驗室，學生在課堂中做不了或者沒做完的實驗都可以通過開放實驗室完成，給學生個性化發展提供空間。開放性實驗室可由兩部分組成，一方面開放一部分線下實驗室供學生選擇，另一方面開放計算機實驗室，教師提前將虛擬仿真實驗平臺安裝到計算機上，讓學生無時無刻都能夠進行實驗操作。開放實驗室旨在培養學生對大學物理實驗的興趣，鞏固物理知識的同時做一定的知識拓展。因此，實驗項目的選擇必須考慮到各個層次的學生，經過探索，發現開放的實驗項目可分為三類，分別為基礎性實驗、創新性實驗和興趣性實驗。確定各個實驗室的開放時間，教師提前做好實驗儀器準備和安全防范工作，學生進入實驗室必須按規定進行登記，開放時間內安排實驗教師或實驗員值班，對學生進行指導和監督。開放實驗室可以與課堂教學互補，有效幫助學生提高創新能力。

3?合理組織線上線下混合式教學

線上虛擬實驗平臺和自助學習資源庫的建立為混合式教學奠定了基礎。線下教學在實驗室進行，以學生實際操作為主，線上教學通過虛擬實驗平臺完成。整個教學過程可分為課前線上預習、線下課堂教學、課后線上討論、完成實驗報告、課后知識拓展五個部分。

3.1?課前線上預習

課前學生在線上完成預習，通過線上虛擬平臺查閱相關資料，了解實驗原理和過程，觀看實驗視頻，也可嘗試進行線上實驗操作并完成預習測試題。學生預習過程中遇到的問題可通過自助學習資源庫查找資料解決，也可通過平臺進行相互討論，為課堂實驗操作做好準備。教師通過平臺記錄查看學生預習情況，在線為學生答疑解惑，對學生在預習過程中遇到的集中問題進行記錄，在課堂教學中重點講解。

3.2?線下課堂教學

線下課堂進行分組實驗，培養學生動手能力的同時，加強學生的合作意識。課堂教學中，不再采用傳統的教學模式，引導和啟發學生去討論探究。首先簡單介紹理論知識，與學生交流討論，講解學生預習中存在的問題。然后讓學生自主熟悉實驗儀器，進行實驗操作，過程中學生自主發現問題，并通過線上資源和各組相互討論解決問題。教師不再“手把手”“一對一”地參與到實驗課堂中，學生做起實驗也更加得心應手。實驗操作完成后，教師與學生進行進一步的討論，加深對理論知識和實驗內容的理解。整個過程中學生為主，教師為輔，實現雙贏，在提高課堂效率的同時也鍛煉了學生的物理實驗思維。

3.3?課后線上討論

課堂時間太過有限，課下學生可以在線上平臺展開進一步討論，教師需建立線上思考題庫，為學生討論交流提供資源。教師鼓勵學生積極參與討論，將這一環節納入平時成績的考核中，對于積極發言討論的學生給予適當的加分。

3.4?完成實驗報告

教師將實驗報告模板上傳到線上虛擬實驗平臺，學生根據實驗報告模板撰寫實驗報告，對實驗測量得到的數據進行分析和總結。實驗報告增加原始數據記錄和實驗心得，分享實驗成功的經驗以及過程中遇到的問題、解決的過程等，能有效監督學生認真完成每一個實驗，鍛煉學生科學分析數據的能力，讓學生有進一步的成長。

3.5?課后知識拓展

課后教師為學生提供幾個與實驗相關的拓展方向，讓學生自行選擇，并進行分組探討，最后形成研究報告并上傳到線上平臺，分享給所有學生。學生也可以自己確定拓展方向，包括對實驗理論知識的進一步研討、對實驗方法的探索、對實驗過程的改進等。除了這些，還可以鼓勵學生在實驗的基礎上，結合專業特點通過開放性實驗室和虛擬實驗平臺去設計創新性實驗。在這個過程中，學生可以查閱自助學習資源庫，尋找自己需要的資料。教師要及時查看學生的報告是否提交，及時了解學生學習情況。通過課后拓展，讓學生把實驗與生活和科技發展聯系起來，感受物理實驗課程的樂趣。

4?改革教學評價

實驗課程考核實行多維評價體系，包含線上線下教學的每一個環節，貫穿整個教學過程，這樣才能有效地提高教學效果，更真實地反映每個學生的能力水平。將成績評定標準進行細化，其中線上預習和討論占25%，線下課堂考勤和實驗操作占45%，實驗報告占25%，課后拓展占5%，新的考核體系可以綜合評價學生的物理實驗能力，提高學生的學習動力。

結語

物理實驗教學的改革與創新是高校教師需要長期探索的一項工作，本文闡述了大學物理實驗課程線上線下混合式教學模式的創新與教學過程，為開展實踐性教學提供了思路。混合式教學要求學生做實驗時，能夠完成自主預習，自主進行實驗操作過程，自主分析實驗結果，教師只起到輔助作用，適當答疑解惑，對學生最后的結果和分析給出指導，實現自主性開放式教學過程，極大地促進學生獨立思考和創新思維的培養。

參考文獻：

［1］王睿垠，馮放，金長江.基于CTCL的大學物理實驗教學模式與實踐［J］.高師理科學刊，2022，42（12）：98101+110.

［2］努爾艾力·阿卜杜外力，阿布都加怕爾·如蘇力，郭亮.非物理專業大學物理教學中學科融合的幾點思考［J］.高等工程教育研究，2022，197（06）：126132.

［3］趙榮霞，劉慧，賈天俊，等.新高考背景下大學物理實驗課探索［J］.物理通報，2023（01）：9396.

［4］白士剛，張宇亮，馮放.基于信息化技術的大學物理實驗BOPPPS教學模式［J］.大學教育，2020，120（06）：8890.

［5］張建祥，王倩，羅積軍，等.“新工科”和“工程教育認證”雙重背景下大學物理實驗教學改革與探索［J］.科技風，2022，505（29）：7476.

［6］周政，彭立新，郭剛，等.地方應用型高校大學物理實驗教學改革初探［J］.安順學院學報，2022，24（05）：124128.

［7］歐陽建明，彭剛，羅劍，等.面向新使命的軍隊院校“大學物理實驗”分類教學改革——以國防科技大學為例［J］.物理通報，2022（11）：120123.

*通訊作者：馬亞斌（1995—?），女，漢族，甘肅定西人，碩士研究生，助教，在浙江師范大學做訪問學者，研究方向：計算物理。