“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下“大學(xué)物理實驗”教學(xué)的探索

鄭東裕

遼寧理工職業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)教研部 遼寧錦州 121000

在現(xiàn)今社會,移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展。“互聯(lián)網(wǎng)+”教育也在各學(xué)科教學(xué)中得到廣泛應(yīng)用,利用互聯(lián)網(wǎng)平臺不僅可以有效創(chuàng)新教學(xué)模式,還可以豐富教師的教學(xué)思路,增強學(xué)生自主創(chuàng)新學(xué)習(xí)能力。物理學(xué)是一門實驗科學(xué),一切物理定律都是以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實驗為基礎(chǔ)而概括總結(jié)出來的。“大學(xué)物理實驗”課程是一門重要的基礎(chǔ)課程,是學(xué)生掌握實驗方法、掌握實驗技巧的開始,對激發(fā)學(xué)生的想象力、創(chuàng)造力,培養(yǎng)和提高科學(xué)素養(yǎng)意義重大。因此,如何抓住“互聯(lián)網(wǎng)+”迅猛發(fā)展的機遇,開拓創(chuàng)新、科學(xué)地設(shè)計“大學(xué)物理實驗”課程,是“大學(xué)物理實驗”教學(xué)必須解決的問題[1-2]。

1 “互聯(lián)網(wǎng)+”背景下“大學(xué)物理實驗”教學(xué)的主要優(yōu)勢

1.1 從被動學(xué)習(xí)到自主實驗,促進學(xué)生學(xué)習(xí)模式的轉(zhuǎn)變

利用“互聯(lián)網(wǎng)+”教學(xué)模式給學(xué)生更廣闊的學(xué)習(xí)空間。學(xué)生可以利用所有的空閑時間學(xué)習(xí),同時,教師可以安排開放的話題,引導(dǎo)學(xué)生突破書本限制,自由搜索學(xué)習(xí)資源,充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和熱情,促進學(xué)生向自主學(xué)習(xí)和探索的轉(zhuǎn)變。在傳統(tǒng)模式中,學(xué)生對于實驗預(yù)習(xí)往往不夠重視,采用“互聯(lián)網(wǎng)+”模式實施預(yù)習(xí),可以設(shè)置闖關(guān)模式,規(guī)定必須完成預(yù)習(xí)任務(wù)才能預(yù)約實驗,在一定程度上強化了學(xué)生預(yù)習(xí)實驗的自覺性,提高預(yù)習(xí)的效果。

1.2 整合各種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源,豐富“大學(xué)物理實驗”教學(xué)情境

“大學(xué)物理實驗”課程特別重視理論與實踐的結(jié)合。在短時間內(nèi),很多同學(xué)認(rèn)為如果只理解實驗原理相對容易一點,但要很好地掌握實驗操作還有一定難度。利用“互聯(lián)網(wǎng)+”模式,可以整合遠程教育、網(wǎng)絡(luò)課堂、慕課、微課等教學(xué)資源,實現(xiàn)圖片、文字、視頻、音頻等相關(guān)教學(xué)資料的開放共享,創(chuàng)設(shè)物理實驗教學(xué)情境。傳統(tǒng)教學(xué)過程中,上課前學(xué)生僅僅對照教材簡單完成實驗?zāi)康摹嶒炘淼某瓕?沒有對實驗原理、實驗操作真正熟悉。采用“互聯(lián)網(wǎng)+”模式可以有效彌補該不足,豐富學(xué)習(xí)資源、先進的學(xué)習(xí)理念和科技前沿知識,讓學(xué)生對所做的實驗有更深層次的理解,滿足不同層次學(xué)生的興趣和需要[7]。

1.3 師—師之間、師—生之間的交流更為順暢

利用互聯(lián)網(wǎng),即使是不同院校的教師之間也可以很好的交流經(jīng)驗,個人教學(xué)研究成果也可以利用網(wǎng)絡(luò)相互分享,大家共同進步,促進教學(xué)水平提高。師生之間以及學(xué)生之間也可以利用網(wǎng)絡(luò)傳輸和共享各種資源,加強團隊合作,提高學(xué)習(xí)效率;“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展,使師生之間交流突破時空限制,可以通過網(wǎng)上預(yù)約、網(wǎng)上問答等互動教學(xué)活動,隨時隨地展開,幫助教學(xué)順利實施。由于學(xué)生在課前進行了充分的預(yù)習(xí),教師在實驗課上的時間得到了“解放”,能更多關(guān)注學(xué)生整個物理實驗過程,在有限的課時內(nèi),發(fā)現(xiàn)并解決問題,有效地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實驗?zāi)芰?開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維[7]。

2 “互聯(lián)網(wǎng)+”背景下“大學(xué)物理實驗”教學(xué)體系建設(shè)

2.1 建設(shè)“大學(xué)物理實驗”網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺

主要依托校園網(wǎng),按照“實驗預(yù)習(xí)、實驗?zāi)M、實驗報告”的結(jié)構(gòu)建設(shè)“大學(xué)物理實驗”學(xué)習(xí)平臺,為學(xué)生提供了“大學(xué)物理實驗”一站式學(xué)習(xí)平臺。學(xué)習(xí)平臺建設(shè)區(qū)分學(xué)生端、教師端以及設(shè)備中心三部分,整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。平臺基于J2EE的技術(shù),采用B/S三層體系結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)庫為Oracle 11g,開發(fā)環(huán)境為Eclipse。

圖1 “大學(xué)物理實驗”教學(xué)平臺整體結(jié)構(gòu)

學(xué)生端基本功能主要包括實驗預(yù)習(xí)、實驗?zāi)M、實驗報告填報三項主要功能。實驗預(yù)習(xí)模塊可以查看實驗相關(guān)的PPT、視頻、網(wǎng)絡(luò)資源。實驗?zāi)M部分根據(jù)實驗類型利用3D MAX和Unity的Animation動畫兩種方式進行制作,按照一定比例對實驗儀器進行建模、模擬實驗操作。教師端主要功能包括實驗管理、報告管理、學(xué)生管理三部分。通過該網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺,教師可以根據(jù)自己的想法,為學(xué)生建立課程學(xué)習(xí)資源,提出預(yù)習(xí)要求,整合相關(guān)資料。學(xué)生按照教師的要求完成實驗預(yù)習(xí),進行實驗預(yù)約,并利用仿真或動畫模擬實驗操作。實驗結(jié)束后可以在平臺上傳實驗報告,教師進行評閱打分。

2.2 建設(shè)“大學(xué)物理實驗”微信學(xué)習(xí)平臺

在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺的基礎(chǔ)上,利用微信公眾號,建立校大學(xué)物理實驗微信學(xué)習(xí)平臺。該平臺主要功能包括教師簡介、實驗室簡介、實驗學(xué)習(xí)資源的下載,最主要的功能是可以利用微信公眾號的推送功能,及時提醒學(xué)生最新的實驗任務(wù),及時登錄網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺完成實驗預(yù)習(xí)。另外,可以向?qū)W生推送實驗相關(guān)的科技新聞、我國的主要科技成果以及重要的時政新聞,以拓展學(xué)生的視野,同時鼓勵學(xué)生向公眾號投稿,給學(xué)生提供一個展示自我的空間。

2.3 構(gòu)建師生交流互動渠道

通過微信公眾號留言功能、“大學(xué)物理實驗”學(xué)習(xí)平臺討論區(qū)建設(shè)以及QQ群等方式搭建“互聯(lián)網(wǎng)+”師生交流互動平臺,重點解決學(xué)生與教師之間的互動、探討斷層的問題。學(xué)生之間可以相互交流學(xué)習(xí)心得,進行小組合作學(xué)習(xí),增強學(xué)生對實驗學(xué)習(xí)的認(rèn)同感、歸屬感。同時,及時發(fā)布相關(guān)教學(xué)信息,將實驗時間表、實驗課件及內(nèi)容、實驗項目簡介、注意事項等文件上傳到QQ群,師生之間可以隨時交流討論,研究問題,有效拉近師生距離。

3 “互聯(lián)網(wǎng)+”背景下“大學(xué)物理實驗”教學(xué)探索實踐

教學(xué)過程主要分三個階段進行,即課前預(yù)習(xí)、課中教學(xué)、課后評價。整個教學(xué)過程如圖2所示。現(xiàn)以利用“霍爾效應(yīng)測磁場”這一經(jīng)典“大學(xué)物理實驗”項目為例進行說明。

圖2 “互聯(lián)網(wǎng)+”“大學(xué)物理實驗”教學(xué)模式

3.1 優(yōu)化課程體系,抓好課前預(yù)習(xí)資源建設(shè)

霍爾效應(yīng)測磁場是一個基本實驗,其原理在“大學(xué)物理”課程中同學(xué)們有了基本了解,但仍然不是很清楚。因此,在預(yù)習(xí)資源建設(shè)上主要包括以下幾個方面內(nèi)容。一是霍爾效應(yīng)原理復(fù)習(xí),通過將中國大學(xué)MOOC里大學(xué)物理里面關(guān)于霍爾的相關(guān)微課引入學(xué)習(xí)平臺,讓學(xué)生對霍爾效應(yīng)有個詳細(xì)了解;二是霍爾效應(yīng)測磁場實驗原理、實驗操作預(yù)習(xí),將自制的課件和自制的教學(xué)微課視頻放在學(xué)習(xí)平臺,課前學(xué)生通過學(xué)習(xí)平臺觀看自制視頻、實驗說明進行預(yù)習(xí),并完成自測題目和預(yù)習(xí)報告;三是實驗?zāi)M練習(xí),利用仿真實驗和平臺模擬實驗操作,熟悉實驗過程;四是數(shù)據(jù)處理內(nèi)容學(xué)習(xí),通過自制微課視頻,講解數(shù)據(jù)處理的方法和要求,讓學(xué)生模擬進行數(shù)據(jù)處理和誤差分析;五是介紹實驗中相關(guān)的副效應(yīng),包括里吉—勒杜克效應(yīng)、埃廷斯豪森效應(yīng)、能斯特效應(yīng)等內(nèi)容,引發(fā)學(xué)生思考;六是拓展學(xué)習(xí)內(nèi)容,將霍爾效應(yīng)實驗與最新技術(shù)和工程應(yīng)用相結(jié)合,如介紹霍爾傳感器的應(yīng)用,可以利用霍爾傳感器測量位置、制作成鍵盤開關(guān)、油箱的油位指示器、電動跑步機等,并布置開放題目,讓學(xué)生自行搜索霍爾效應(yīng)的應(yīng)用實例,培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識。另外,利用微信公眾號,推送霍爾的故事,介紹該現(xiàn)象是其在讀研究生期間發(fā)現(xiàn)的,和同學(xué)們現(xiàn)在的年齡差不多,鼓勵學(xué)生要努力學(xué)習(xí),同時要善于觀察和思考,實施課程思政教育。還可以分享霍爾效應(yīng)應(yīng)用的相關(guān)科研文章如電子輻射儀的原理和應(yīng)用等相關(guān)文章,豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)資源。通過設(shè)計具有工程應(yīng)用背景的教學(xué)案例和思考問題,讓學(xué)生在課堂上了解實驗項目的實際應(yīng)用價值。在預(yù)習(xí)的同時,讓學(xué)生及時反饋理解上的問題、主要困難所在,帶著問題走進實驗室,也方便教師及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。

3.2 師生深度互動,提高課堂教學(xué)質(zhì)量

在實驗課上,教師根據(jù)提前準(zhǔn)備的課件內(nèi)容,可以簡化解釋性的內(nèi)容,重點放在解決學(xué)生問題上。例如該實驗課上,學(xué)生普遍對實驗中副效應(yīng)的消除存在疑問,教師可以在詳細(xì)講解副效應(yīng)消除辦法的同時,組織學(xué)生小組討論,并進行實驗驗證,用實驗檢驗副效應(yīng)是否存在,將學(xué)生對實驗的興趣調(diào)動起來。由于學(xué)生對實驗操作基本熟悉,這樣就節(jié)省課堂講解時間,學(xué)生有更多的時間進行動手操作,教師和學(xué)生也有更多的時間在課堂上交流和互動[4-6]。教師可以對學(xué)生實驗過程進行監(jiān)控,解決學(xué)生面臨的實驗問題。學(xué)生完成一項實驗任務(wù)后,需要及時拍照,并在課后上傳至學(xué)習(xí)平臺上,方便教師評定實驗成績。

3.3 多方位考量,改革學(xué)生成績評價體系

傳統(tǒng)的評定方式由于實驗人數(shù)眾多,多以實驗報告的完成質(zhì)量進行評定,就出現(xiàn)部分同學(xué)參與度不高,課后不能獨立完成實驗報告,沒有真正對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進行評價。在“互聯(lián)網(wǎng)+”授課模式下,學(xué)生綜合成績可分為實驗預(yù)習(xí)、實驗操作、數(shù)據(jù)處理、拓展加分幾部分組成。其中,實驗預(yù)習(xí)占20%,由系統(tǒng)自動生成,學(xué)生按照規(guī)定任務(wù),完成預(yù)習(xí)要求并通過在線測試,根據(jù)完成的時長和測試結(jié)果由平臺自動評分。實驗操作部分成績占30%,由教師根據(jù)學(xué)生現(xiàn)場的實驗照片記錄和現(xiàn)場的表現(xiàn)由教師綜合給出。數(shù)據(jù)處理部分成績占40%,課后學(xué)生完成實驗數(shù)據(jù)處理,撰寫實驗報告上傳到學(xué)習(xí)平臺,教師在平臺上對學(xué)生實驗報告進行批閱打分。另外教師利用課上和微信公眾號等渠道布置開放性問題,引導(dǎo)學(xué)生自行鉆研探索完成,該項成績記為拓展加分占總成績的10%,該項也可用來獎勵學(xué)生積極參與課堂改革、互動、進行實驗創(chuàng)新等方面加分[8]。

4 “互聯(lián)網(wǎng)+”背景下“大學(xué)物理實驗”教學(xué)成效

通過教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn),利用“互聯(lián)網(wǎng)+”模式授課后,學(xué)生參與學(xué)習(xí)的主動性和積極性明顯得到增強。課前,學(xué)生對基本實驗知識掌握得更加充分,實驗中更容易提出有效的、高質(zhì)量的問題。學(xué)習(xí)過程中,師生的交流也更加頻繁。學(xué)生自主學(xué)習(xí),探究和批評的意識更強,數(shù)據(jù)處理質(zhì)量更高。對科學(xué)研究的過程有了更加深刻了解。實踐表明,在實驗反思環(huán)節(jié),學(xué)生思考更加深入。實驗結(jié)束后,個人的心得更加充實,實驗報告完成質(zhì)量有明顯提高。為檢驗改革效果,依托本校2020級2個教學(xué)班,教學(xué)分別采用傳統(tǒng)的授課方式和“互聯(lián)網(wǎng)+”的授課方式,對比表明運用“互聯(lián)網(wǎng)+”教學(xué)模式,學(xué)生普遍學(xué)習(xí)熱情較高,實驗操作上手快,思路更為開闊,相對于傳統(tǒng)模式,成績也有很大提高。

總之,“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的“大學(xué)物理實驗”課程教學(xué)模式具有教學(xué)方法靈活多樣、師生交流實時方便、實驗資源利用率高、探索空間廣闊等優(yōu)點。通過“大學(xué)物理實驗”學(xué)習(xí)平臺的建設(shè),使學(xué)生課前較好地完成實驗原理、實驗操作和數(shù)據(jù)處理基本要求。在課堂上,通過有效的師生互動,提高課堂效果。課后,通過擴展實驗內(nèi)容和綜合評價成績,對學(xué)生進行科學(xué)評價。當(dāng)然,隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展,需要不斷創(chuàng)新,更新教學(xué)模式和內(nèi)容,培養(yǎng)合格的創(chuàng)新人才。