基于慕课模式的大学物理实验教学改革与创新

曹显莹，曲　阳

(哈尔滨石油学院 实验中心，黑龙江 哈尔滨 150028)



基于慕课模式的大学物理实验教学改革与创新

曹显莹，曲阳

(哈尔滨石油学院 实验中心，黑龙江 哈尔滨 150028)

摘要：通过对传统大学物理实验教学现状的分析与讨论，指出了目前大学物理实验课程的教学方法单一、枯燥，针对大学物理实验课程的教学方法进行研究，把慕课模式引入大学物理实验课中，将慕课模式的学习与传统模式的课堂教学相结合，把学习理论知识放在慕课中，实验操作部分放在传统的课堂中，此方法可充分调动学生的积极性与主动性，并能培养学生的科学素养和创新精神，从而提高大学物理实验课的教学质量.

关键词：大学物理实验；慕课；教学方法

在科学技术迅猛发展的今天，高等理工院校人才培养的要求逐渐提高，大学生必须具备坚实的物理基础、出色的动手实践能力和勇于开拓的创新精神. 大学物理实验是基础教学的重要组成部分，是系统地训练学生掌握实验方法和实验技能的开端，这门课程内涵丰富，覆盖面广，信息量大，对于激发学生想象力、创造力，培养和提高学生独立开展科学研究能力具有不可替代的作用，所以学好物理实验对于广大理工科学生来说是十分重要的. 目前，对于传统大学物理实验教学存在几点问题[1]：

1)教学模式呆板，教学内容固定、陈旧，以教师为中心，教师指定学生完成相应的实验内容，学生被动地按照要求和操作步骤进行实验，使学生对本来有趣的实验失去兴趣，这种教学模式无法培养学生的创新精神.

2)学习时间固定，学生只能在短短的课堂时间内完成教师所要求的实验内容，这样就避免不了有些学生为了应付而学习.

3)考核制度不完善，一般成绩考核都以教师为中心，很难做到公平、公正.

近几年，慕课像一场全球性的数字海啸，给世界高等教育带来了巨大的冲击，引发了一场教育的风暴.

慕课(MOOCs)是 Massive open online courses[2]的简称，其意为：大规模开放性的在线课程. 慕课不仅是学习内容和学习者的聚集，更是一种通过共同话题或某一领域的讨论将教师和学习者连接起来的方式[3]. 随着信息技术的发展和互联网的普及，慕课受到了IT精英和教育专家们的高度关注[4]. 慕课相对于传统教学具有如下特点：第一，课程时间较短，这要求课程更突出精华；第二，学生可以随时随地去学习，改变了传统课堂教学模式；第三，将学生从被动学习转变成主动思考.

本文针对现有的大学物理实验教学模式展开研究，把慕课模式引入大学物理实验课中，将慕课模式的学习与传统模式的课堂教学相结合，把学习理论知识放在慕课中，将实验操作部分放在传统的课堂里，这样学生就可以自行选择学习时间和学习地点，不受传统课堂的时间和地点限制，只要有网络的地方学生均可学习，然后在课堂上进行实验操作以及数据处理等过程，最后进行课堂讨论，这样既节省了课堂上理论知识的讲授时间，又增加了学生的实验操作时间和讨论环节，并且学生有充分的时间来自主设计实验方案，组装实验仪器，从而提高了学生的学习兴趣，培养学生的动手能力和创新意识.

1传统大学物理实验教学模式分析

对石油工程系、机械自动化工程系的大学物理实验课的预习情况和实验操作成绩进行统计. 表1是石油工程系和机械自动化工程系学生的预习情况，从表中可看出的有5%的学生没有预习报告，86%的学生的预习报告照抄实验教材，只有10%的学生能够真正地查文献找资料，完成预习过程. 分析原因有以下几点：1)由于学生是非物理专业，所以对物理实验的重视度不够，学习不积极主动. 2)学生不知道应该怎样预习物理实验，从而导致预习报告只能照抄教材. 3)学生接受了以往的灌输模式学习，不愿意由被动学习变为主动学习，这就造成了学生在课堂上过于依赖教师的讲解和演示，而实验课时不充足，若占用过多时间进行讲解和演示，学生动手的时间就会很少，达不到实验教学的真正目标与效果[4]. 从而导致实验操作考核成绩不及格的人数较多.

表1　石油工程系、机械工程系学生的预习情况

表2是石油工程系与机械自动化工程系的实验操作考核成绩，从表2能够看出仅有18%的学生获得实验操作部分的优秀成绩，而大多数的学生操作成绩达到及格，有23%的学生在操作部分无法拿到及格的分数. 这一结果说明了学生无法独立地完成整个实验过程，并且不会进行数据处理、误差分析，在实验中出现问题不能独立解决，只能求助于教师.

表2　石油工程系、机械工程系实验操作成绩

为了更好地解决以上问题，将“慕课”的教学形式融入大学物理实验课程. 通过慕课，学生在实验前进行个性化地自主学习完整个实验课程，避免了学生预习不理想的情况，在课堂上进行有序的实验，在教师带领下进行设计实验方案，动手组装实验仪器，讨论实验结果，从而使学生真正地理解实验的真谛，不会出现考试过程中不会操作，对实验现象不会分析等情况.

2大学物理实验课程融入“慕课”的教学形式，改革其教学方法

以增强学生科学素质、提高学生科学思维意识为准则，通过改善教学模式，使学生由被动学习转变成主动学习，鼓励学生为自己的学习负责，从而提高大学物理实验教学质量，改革的课堂教学方案如图1所示.

图1　大学物理实验教学改革方案

2.1慕课模式的学习

学生可以通过在线视频学习实验课程，包括学习实验背景、实验原理、实验内容、实验步骤等，与传统教学模式相比，慕课模式的优点是学习者可以自行选择学习时间及学习地点，同时可以针对不懂的部分有针对性地进行回放学习，直到能够完全看懂、学会为止. 这样不仅可以减少教师在课堂的讲授时间，而且能够提升学生在课堂的自信心，提高了学生的学习效果.

视频可选取国内外著名高校的教学视频拼接，也可请有经验的一线教师录制. 学生可以借助在线习题进行自测以巩固学习效果、加深理解实验原理. 习题及答案由专家及有经验的一线教师拟定并发布. 当完成此次课程后可进入在线虚拟课堂与其他在线学习者进行交流互动，在进一步加强对本次课程的理解的同时进行实验内容以及实验方案的讨论，也可将问题以讨论帖的形式挂于虚拟课堂的虚拟“黑板”上，待后来的学习者参与分析与讨论，同时教师定期或不定期上线给予疑难问题的解答与指导.

通过这种慕课模式的学习、讨论，学生由被动参与者变成了主动学习者，并且只要有网络的地方，学生可以随时随地学习，解决了课堂教学局限性的问题.

2.2课堂教学模式改革

通过在线学习，学生对实验原理、实验内容、实验操作步骤已经初步掌握，教师和学生共同走进传统的课堂进入动手操作环节.

1)首先要求学生按实验教材内容顺利完成实验，并对产生的实验现象和实验数据进行分析，判断实验结果是否符合理论预期.

2)学生完成指定的实验后，教师引导学生对此实验进行讨论，讨论的内容由浅入深，一般包括：出现某种实验现象的原因，数据中误差的来源，如何减小测量过程中出现的误差，计算误差的不确定度，制定其他可行的实验方案，等等.

3)通过由浅入深地学习，学生能够自己设定实验方案，教师对学生设定的实验方案进行修改，帮助学生顺利完成实验. 在设计实验方案的过程中，学生能够掌握主动权，有独立思考的机会，能够清楚哪些是自己的强项和弱项，从而取长补短，关注如何提高自身学习能力的策略和习惯.

4)学生独立搭建实验装置，完成整个实验过程. 在教师的指导下，学生自己搭建新的实验装置，并完成实验数据的测量和处理过程，并进行误差分析与计算. 在这个过程中，学生认为在学习中值得冒险尝试新方法，他们能够从错误中吸取经验，举一反三，从而培养学生的创新精神和对科学的严谨态度. 在这个过程中，学生与教师的共同学习，减少了距离感，有利于教师因材施教.

2.3成绩考核制度改革

严格的考核制度是保证优良教学质量必不可少的前提条件[3]. 目前，大学物理成绩考核制度分为实验操作与笔试成绩，比例分配各占50%. 为提高学生对实验的积极性，改变成绩考核制度，将成绩考核分为线上自测、实验操作和笔试成绩，比例分别为1∶4∶5，满分为100分.

对于能力较强的学生可以申请期末考试免试，申请免试的学生除要取得平时的基本实验、综合训练、考题讨论课等教学环节的优异成绩外，学生还要选择教师设置的一些创新型实验，要求学生自己查阅资料、分析理解、制定实验方案，学生可以在开放的实验室里改进或重新制作实验装置，设计新的实验内容，并完成实验研究论文[4].

3融入慕课思想的教学实践

作者于2015年3月针对迈克耳孙干涉实验课对本校2014级140306班采取了试点教学. 首先准备预习环节的视频，视频内容主要为迈克耳孙干涉实验的背景、实验原理以及实验内容. 学生在课下预习视频，了解迈克耳孙干涉实验的精髓及实验内容. 课堂上教师运用10 min讲解操作实验仪器的注意事项，留给学生45 min进行基于迈克耳孙干涉仪的光波长测量实验，并利用剩余的35 min由教师引导学生进行讨论. 讨论题目根据实验内容预先设计好，例如：最初设计迈克耳孙干涉仪的目的是什么？现今迈克耳孙干涉仪的应用领域有哪些问题？等等，以此提高学生对迈克耳孙干涉实验内涵的理解.

通过上述教学环节2014级140306班所得成绩列于表3，同时将2013级130305班的迈克耳孙干涉实验课成绩作为对比也列于表3. 2013级130305班人数为35人，采用的是传统的教学模式，2014级140306班的人数是33人，采用的是本文所述的教学模式. 通过表3的数据可以看出：1)预习环节优秀和良好的比例明显增大，成绩提高显著；2)实验操作环节的成绩提高并不明显；3)实验报告成绩有所提高. 通过课堂状态分析，实验操作环节的成绩提高不明显的原因是课堂操作时间短，在增加课堂操作时间的同时需要有针对性地增加学生动手能力的训练.

表3　近2年的迈克耳孙干涉实验课成绩统计表

4结束语

本文将慕课模式引入大学物理实验课中，将慕课模式的学习与传统模式的课堂教学结合，在大学物理实验课堂充分利用慕课的优势，缩短了教师讲解环节和机械式的重复过程，留出大部分时间用于学生实验操作时间和讨论，有利于激发学生的学习兴趣，提高学生的主动性，培养学生的动手能力和创新意识，从而提高了物理实验教学质量.

参考文献：

[1]贾贤安,刘一华,詹春晓,等. 力学实验教学改革的探索与实践[J]. 合肥工业大学学报(社会科学版),2003,17(5):88-90.

[2]Mackness J, Mak S, Williams R. The ideals and reality of participating in a MOOC [C]//Networked Learning Conference, 2010:266-274.

[3]王庭槐. MOOC:席卷全球教育的大规模开放在线课程[M]. 北京:人民卫生出版社,2014.

[4]吴宗汉,钱峰,周雨青. 改革大学物理实验教学创建大学物理课程新体系[J]. 物理通报,2006(8):10-13.

[5]罗青. 大学物理考核方式探讨与研究[C]. Proceedings of 2010 Third International Conference on Education Technology and Training(Volume 4).武汉：湖北省高教学会高校计算机教育委员会，2010.

[6]赵婷婷.大学物理实验教学与创新[J].大学物理实验，2014，27(5)：110-112.

[责任编辑：郭伟]

Reform and innovation of college physics experiment teaching method based on MOOCs mode

CAO Xian-ying, QU Yang

(Experiment Center, Harbin Institute of Petroleum, Harbin 150028， China)

Abstract:Through the analysis and discussion of the status of traditional university physics experiment teaching, the teaching method of experiment of college physics were monotonous and boring. To solve these problems, the reform of teaching methods to enhance the teaching quality of experiment of college physics was discussed. MOOCs mode and traditional classroom instruction mode were combined, theory was learned in MOOCs and operation was carried out in traditional classroom. The enthusiasm and initiative of students were aroused by this teaching methods, their scientific literacy and innovative spirit were also developed, thus the teaching quality was improved.

Key words:college physics experiment; MOOCs; teaching method

中图分类号：G642.423

文献标识码：A

文章编号：1005-4642(2016)05-0025-04

作者简介：曹显莹(1984-)，女，山东邳墨人，哈尔滨石油学院实验中心讲师，硕士，从事物理实验教学研究工作.

收稿日期：2015-12-24；修改日期：2016-03-03