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高校普通物理实验混合式教学模式实践探索

2024-09-06 45 上传者：管理员

摘要：随着信息技术的不断发展，教学改革探索势在必行，通过积极开发教具，使用多平台线上线下融合，拓展多种评价机制，突出以学生为中心的理念，开展混合式教学模式，经过两年多的探索实践，有效解决了大学生普通物理实验中遇到的困难，提高了实验教学效果.

关键词：
多平台
学生为中心
普通物理实验
混合式教学
综合育人
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普通物理实验要求学生养成实事求是、敢于求真的工作作风，具备良好的学术道德和扎实学识.能运用科学方法观察、研究物理现象与规律，应用所学得的理论知识指导实验，从理论和实验的结合上加深、扩展对物理学基本概念和规律的认识，加强理论联系实际，提高动手能力及创新能力，具有团队合作意识和合作精神.实验课程确立以“学生为中心，综合育人”的总体教育教学思想.

2020年伊始，一场突如其来的疫情，推动了教育教学模式的翻天覆地的大变革，疫情期间有部分学生需要居家学习，部分教师无法亲临讲台，各高校积极响应国家“停课不停学”的号召，积极提倡线上教学，堪称史上最大规模的在线教学，网上多种教学模式纷纷出现[1-3].随着线上教学经验和教学资源的日趋成熟，通过线上线下混合教学提高物理实验课程教学质量、完善课程教学模式、提高教学效果成了研究热点问题[4-5].高校物理实验课程属于理科专业的必修课，教学任务量较大，实验仪器繁杂，受到实验场地等条件限制，大多数学生不能随时随地做实验[6].借鉴往期教学经验，由此，本文积极探讨新形势下的教学模式，基于当前形势和研究热点，探索了普通物理实验课程在多平台下混合教学模式及其应用，以学生为中心，综合育人，提高教学效果.

1、普通物理实验教学现状及存在的问题分析

物理实验作为物理学专业必修的一门基础实验课程，在教学过程中不仅需要学习科学实验的基础知识，还需要培养实际动手能力.传统普通物理实验教学持续了几十年，以“课前预习—课中讲解—课上实训—课后实验报告提交”为主要教学流程.各高校对于实验课大多存在着类似问题，如实验场地固定化、实验设备定势化、教学模式单一化等现象[7].当前，线上教学模式的引入势在必行，和传统物理实验教学模式相比具有以下优势：首先空间不受限制，可以在教室、居家、图书馆等安静场所自由选择；其次时间不受限制，网上课程具有可储存性，模拟实验可以重复操作不受时间制约；第三知识点可以重复学习，具有强化知识点加深记忆的优势.我们对线上实验课优点进行了调查研究，如图1a所示.结果显示更多的学生看重线上的时间自由和空间自由的优势，因此在教学过程中要抓住学生学习特点，优化教学模式，充分发挥线上教学效果.同时通过调研，也了解到线下课程存在的一些优势，如图1b所示.分析可知，传统实验教学有利于师生间互动，可以有效督促学生课堂学习，减少因为自制力和一些不可控因素造成的学生两极分化现象.综上分析，线下教学模式有着线上教学模式无法完全替代的优点，线上教学模式也有着相比线下教学模式突出优势，实践教学中要结合双方特点，有的放矢，以学生为中心，展开混合式教学模式.

图1线上线下实验课程优点分析

2、混合式教学探索研究

2.1 积极开发自制教具开展线下教学

众所周知，普通物理实验是一门以实验为基础的学科，在学校资金匮乏或者其他原因致使实验器材不能按物理教材的要求配置齐全，此时需要因地制宜、多渠道、多层次地充分挖掘和利用现有的条件开发和利用低成本物理实验资源.此时需要充分发挥教师和学生能动性，通过师生自身解决仪器不足的教学情况，促进普通物理实验课程改革实施.一方面利用生活中的廉价、可利用材料开展物理实验教学[8],可以解决无法现场授课的缺陷，也可以缓解个别实验器材短缺的问题；另一方面自主开发实验可以提高学生对物理实验的学习兴趣，培养学生的动手能力和实践能力，充分体现以学生为中心的教学理念.

实际教学案例一分析.在弹簧振子的研究实验中，所用实验仪器有弹簧、秒表、砝码.设弹簧的劲度系数为k,悬挂质量为m的物体，一般可以给出弹簧的振动周期公式

上式表明，T2和m成线性关系，可以通过测量的周期研究弹簧本身质量对振动的影响.针对实验仪器较为普遍，替代性较强，在无法线下教学期间，可以通过手机计时器代替秒表，相同质量的块体代替砝码进行实验，如图2a所示，设计了简易的弹簧振子实验.

实际教学案例二分析.在三线摆实验中，三线摆实验是通过扭转运动测量转动惯量的一种方法，所用实验仪器有三线摆、米尺、秒表、水平仪、待测物等.如图2b所示，我们设计了替代仪器，利用手机中简易水平仪软件作为水平仪，手机秒表作为秒表计时器，家用的铝制品可以作为下圆盘，常用的衣服挂钩可以改造为上圆盘，其余物品可以根据实际情况就地取材，实现三线摆实验测量.实验原理内容清晰、易懂，符合实验要求，贴近学生生活，实验过程中学生能够积极主动参与，培养了学生的动手能力和创新意识.

因此，在实际教学中根据教学实验安排，对于设备替代性强、内容容易理解、操作可行性高的实验可以尝试开发自制教具.

图2实验仪器替代装置图

2.2 积极开展线上融合

线下课程拉近了教师和学生的距离，提高了学生参与实验的热情.一方面学生在实际操作中鉴于实验仪器受限、空间受限、时间受限等因素，迫使实验中需要融合多种教学模式；另一方面现今互联网技术发展迅速，网络的普及程度极大的方便了学习者，给未来教育不仅提供了机遇也带来了挑战.越来越多的线上教育模式呈现，如建立微信公众号及视频平台二维码[9],把学习理论知识放在慕课中[10],线上开展虚拟仿真实验等[11].例如在案例一中，文中充分利用家中简易装置，组装了测量弹簧质量的实验装置；在案例二中，利用细线、直尺、圆盘、手机等简易器材组装了三线摆实验.这些实验简便易行，缺点是在阐述实验原理过程中理论展示部分需要线上配合，由此教学中我们兼容并进，充分利用学校资源，找到行之有效的线上融合模式.

首先，利用微信群、QQ群、钉钉群这些最普及的交流模式建立师生间的沟通渠道，用于日常信息通知、知识点讨论、课后答疑.

其次，利用学习通建立学习班级，主要用于上传学习资源，作业发布，课程在线考核.如图3a所示，学习通资源丰富，在尔雅通识课和课程中心界面学生可以搜索到相关精品课程，在本校资源库可以找到本校建立的网上精品课程.实验课程主要以课前预习和课程实践为主，如图3b所示，将课前预习作业布置到线上，能够通过预习作业了解学生预习情况.如图3c所示，期末借助双机位实行线上监考，模拟真实考试环境.

第三，采用腾讯会议、钉钉会议方式进行线上授课，为了提高直播教学效果，教师可以在直播中按照学号顺序，随机指定学生协助教师完成课堂任务，并在讲课过程中根据聊天栏的学生提问，随时调整教学内容，与学生完成教学互动，避免学生上课注意力不集中以及教师讲解过程中出现疏漏.同时将讲课录屏上传至学习通资源库，供学生复习实验理论课程.

最后，实验阶段，在自制实验难以完成，学生无法进入实验室的情况下，作为线下授课的必要补充，采用科大奥锐虚拟仿真实验教学平台进行网上学习.虚拟仿真云平台是通过设计虚拟仪器，建立虚拟实验环境.学生可以在模拟中自行设计实验方案、操作仪器、设定实验参数，模拟真实的实验过程，营造真实的实验环境.学生可对提供的仪器进行选择和组合，培养学生的设计思考能力.模拟平台有实验原理、实验内容、实验演示、实验操作和实验评价等，如图4所示，并且可以通过对所选实验方法的优劣和误差大小的比较，提高学生的判断能力和实验技术水平.分数可以实时呈现，克服了实际实验中走过场现象.

图3 学习通界面

图4 虚拟仿真实验教学平台

2.3 积极拓展多种评价机制及教学效果分析

教学的最终目标是确保学生牢固掌握知识内容，因此，无论线上教学还是线下教学，都应达到二者教学质量实质等效[12].促进教学效果的体现方式最重要的是建立合理的评价机制，单一的期末考试难以激励学生学习兴趣.本课程采用了直接评价和间接评价相结合的方式.直接评价中分别从实验态度、实验知识掌握、实验步骤、实验协作等考查点综合分为4个课程目标.取本课程所有学生各考核环节考核成绩，若学生总数为N,课程目标i总成绩包含J个部分，则第i个课程目标的直接评价的计算公式为：

间接评价法是向学生发放课程目标达成评价调查问卷，收集本课程目的间接达成情况评价数据.课程目标间接评价的计算公式为：

普通物理实验课程教学对21级物理学专业学生进行了教学评价，评价结果如图5所示.评价结果显示，通过有效的线上线下混合模式教学，直接评价达成度均值为0.851,间接评价达成度均值为0.941,课程目标达成评价期望值为0.65.物理实验课程很好的满足了课程评价体系，实现了从多维度全方位的科学育人目标.

3、总结

本文探索了普通物理实验课程的线上线下混合式教学模式.在信息技术不断发展，课程教学改革时代背景下，以传统教学模式为基础，适应新时期教学要求，线下积极开发自制教具，线上实现多平台融合，拓展了课程评价机制，取得了良好的教学效果.

图5课程目标达成度

参考文献:

[1]王怀民,王涛,毛新军.升级大学软件教育[J].中国大学教学,2022(09):4-8.

[2]其木格.大学物理线上线下混合式教学探索与实践[J].大学物理,2022,41(10):51-54.

[3]王飞.多维互动交叉融合:谈线上线下混合式教学[J].高教学刊,2021(04):101-104.

[4]杨鹤,刘晓军,庄文漪,等.大学物理实验混合式教学模式研究[J].高师理科学刊,2021,41(06):94-97+101.

[5]费贤翔,赖学辉,王文华,等.大学物理实验线上多平台教学设计与研究[J].中国现代教育装备,2022(01):60-62.

[6]崔连敏,周群,贾宁,等.虚拟仿真的大学物理实验线上线下教学模式探讨[J].实验室科学,2022,25(01):155-158.