基于网络可视化教学平台的普通物理实验教学模式探索

孙玉萍　贾福超　王磊

[摘要]网络可视化教学资源建设已经成为高等学校教学改革的重要组成部分，对物理等实验学科的人才培养起着至关重要的作用。而目前普通高校的实验教学现状不容乐观，在信息化时代发展和创新型人才培养目标的驱动下，高校普通物理实验课程教学改革刻不容缓，对基于网络可视化教学平台的普通物理实验课程的教学模式改革进行探讨。

[关键词] 网络化教学平台;实践创新能力;物理实验教学

[中图分类号]  G642                   [文献标志码]  A                       [文章编号]  2096-0603（2018）34-0094-02

一、引言

随着信息化时代下国家对创新型人才培养的需求，专业实验教学作为学生培养的重要环节引起高校教育工作者的重点关注。在学生培养方案修订的过程中，提高实践教学比例呼声愈来愈烈。普通物理实验是高等学校物理专业学生必修的基础实验课，它与普通物理理论课程既有紧密联系，又相互独立。普通物理实验的开设对正确引导学生独立思考，培养学生的科学素质、创新精神和实践创新能力有着重要意义。然而传统的实验课程实验时间和内容相对固定，学生自由发挥、自主创新空间不够。任课教师对实验课堂满意度偏低，在预习报告、课堂表现等方面很难对学生作出比较客观的学习评价;同时学生的实践能力和知识获得感也远低于他们的预期和课程的培养目标。针对这种现象，结合新时代对创新型人才的培养目标，探讨网络可视化教学平台建设的意义及其在普通物理实验教学过程中的应用。

二、普通物理实验的教学现状

对于物理实验课程，国外部分大学经过几十年的改革和探索，已经形成了各具特色、比较完善和先进的物理实验教学模式，其主要特点包括：（1）注重实用、鼓励创新，突出物理实验“设计性、开放性、探索性”的教育功能，提高探究性创新实验项目的比例，培养学生的科学素养和创新应用能力;（2）教学方法、教学手段多样性，美国、日本、加拿大的一些物理专业实验课程都非常重视讨论互动过程;（3）顺应信息化、数字化时代的要求，引入信息技术等手段，建立物理实验教学网站，进行现代化的管理和教学，使学生可以在实验室之外的任何终端进行交互，使预习、复习、提问、讨论的时空得以延伸;（4）教学内容时代性，随着科技发展的日新月异，实验教学内容不断优化，增强学生的探究兴趣;（5）教学考核的灵活性，根据实验项目的具体特点设置不同的考核标准，灵活调节笔试、口试、操作考核、实验报告在总考核中所占的比重。总的来看，国外的实验教学非常注重学生的参与度，开放和设计性实验占比较大，实验课堂气氛活跃。

与国外高校相比较，现阶段国内大部分高校中的物理实验教学存在着许多不足，对于本科阶段的物理类课程，国内高校仍然是重理论教学轻实验教学。具体现状可总结为以下几点：

（一）学校在物理实验教学中投入的经费有限，仪器陈旧，实验项目无法更新

当代社会对科学技术的依赖导致各个高校对科研工作的高度重视。高校尤其是省属高校都需要依靠重大的、有影响力的标志性科研成果来提高学校的社会地位和声望，这导致各个高校从政策层面上出现“重科研轻教学”的现象。大量政府经费投入科研上，而对教学的关注自然有所不足。通过调研了解到，很多高校的物理实验教学仪器陈旧，导致实验项目无法更新。实验计划项目不再依据人才培养需求制定，而是基于已有的实验设备开设，实验内容和项目的局限性限制了学生的实验活动，不利于专业知识的强化和实践技能的培养。

（二）教学方法过于单一，无法提升学生的创新能力

大多高校一直沿用传统的“教师先讲学生后做”的实验教学模式，学生通过固定的教材进行预习，实验课堂上指导教师先对实验原理、实验仪器、实验步骤及注意事项进行讲解，并进行实验演示，然后学生分组完成实验撰写实验报告。整个过程学生都是被动参与，没有自主发挥的空间;课堂气氛沉闷，教学效果不佳。

（三）预习资源单一，学习效果很不理想

提前预习实验内容是独立完成实验分析实验结果的前提。目前在实验教学过程中发现大部分学生虽然完成了预习报告的撰写，但对实验原理、实验步骤等基本问题并没有掌握，因此很难独立完成实验。其主要原因是学生预习资源单一，预习资源仅仅局限于实验教材，大部分学生都是一字不落地照抄课本。预习内容太过抽象，教材上的可视化内容太少。

（四）現有考核评价机制不利于激发学生学习的积极性

目前的实验课程评价机制不够健全，难以对学生的知识基础和实践能力作出客观评价，出现实验成绩比较集中的现象，导致学生预习动机偏低，在实验课堂上不善思考不愿动手。

三、网络可视化实验教学平台的建设

教育信息化促进教育现代化已成为我国教育改革的重要战略。信息化教学资源因具有资源共享、交流互动、再现场景等其他教学手段无法比拟的优势，在辅助教学方面得到了广泛应用。利用信息化教学资源可打破教与学在时间与空间的限制，增强学生的学习兴趣，改善课程教学效果;课程信息化建设已成为课程改革的迫切需要。普通物理实验网络化教学平台的建设需要从提高实验教学效果的根本目标出发，以教学信息化建设为方向，具体实现以下主要教学功能：

（一）资源共享功能

借助于微课的特点和优势，将实验讲授分为实验目的、实验原理、实验仪器、实验步骤、数据处理、实验注意事项和思考题等片段，分别将其制作成时间较短的微课，实验演示播客视频以指导教师在实验室中现场讲解演示形式进行视频录制，借助学校网络教学平台上传，供学生线上浏览、学习，真正实现课程资源共享。

（二）实验预习功能

通过网络可视化平台的课程教学资源，实现实验讲义、实验仪器、实验原理讲授、实验演示的可视化。使学生进入实验室之前可以自己构建实验室“有什么、做什么、怎么做”的实验思路，从而为提高学生独立思考、独立实验操作以及实验课堂的效率提供保障。

（三）预习测试功能

传统的实验课堂中指导教师对学生预习效果的评价依据往往是纸质版的预习报告，而学生预习资源仅仅是实验教材，导致预习报告千篇一律。网络教学平台可为学生提供信息丰富的课程资源，课程资源的呈现需要指导教师根据教学大纲要求和项目特点精心设计。学生预习效果可以通过平台的预习测试完成，预习测试是进入实验室进行操作完成实验的前提。

（四）师生交互功能

在播课单元打开的每一个视频都可以在底部进行发表话题、跟帖回复，这一功能不仅可以检测学生是否真的观看微课视频，也为教师和学生之间的沟通提供了一个有效的平台，使学生的问题得到及时解答，同时也为课堂上教师有针对性地解决学生的疑惑提供了可靠素材，保证了学生的学习效果。

（五）基于可视化重现复习功能完善考核环节

“严把考核关”对学生整个实验课程的过程行为及学习效果至关重要。如果不严格考核，再好的网络教学平台也很难激发学生学习动机。而课程网络教学资源的建设，使学生在离开实验室之后同样可以对实验操作进行可视化复习。因此，基于网络教育平台的建设可以进行后期的课程考核改革，增加实验操作考核内容。

四、科创竞赛与实验课程相结合的特色板块建设

科创竞赛可以帮助大学生培养创新思维和实践动手能力，激发大学生利用相关专业知识分析问题、解决问题的热情，同时注重创新创优意识和团队协作精神的培养，因而受到高校及大学生越来越多的关注。而普通物理实验课程为科创竞赛提供了很好的培育环境，激发学生的创新潜质。科创竞赛的项目方案多为学生根据已有实验仪器，查阅资料后自主进行改进设计。在项目执行过程中，学生会不断遇到问题，解决问题，逐步完善项目方案，改进项目作品。针对实验仪器陈旧的教学现状，在网络教学平台可以建设科创竞赛特色板块。特色板块的讨论能够做到集思广益，重点用于实验课程结束后讨论实验仪器误差的分析，并结合往年科创竞赛项目案例，从提高实验精度、简化实验操作角度分析现有仪器改进的可行性，培养学生主动思考、善于创新的能力，建立科创竞赛的培育项目，并不断把成功案例上传至网络教学平台，激发学生学习欲望。比如在科创特色板块的讨论区可以设置一些主题让学生展开讨论，如，“在用硅压阻式力敏传感器测量液体表面张力系数的实验中升降台下降时会引起液面的晃动，由于圆形吊环容易形变，对实验精度产生影响，如何改进实验装置能有效减小实验误差呢？”“在梁弯曲法测量杨氏模量的实验中观察视野较暗，影响读数精度，有没有办法让视野亮度得到提高呢？”特色板块在实现竞赛培育的同时，能真正调动学生的积极性，让学生在实验课中表现出不同于平常课堂的热情。

五、结语

结合新时代对创新型人才的培养目标，从提高实验教学效果的根本目标出发，以普通物理实验课程的可视化网络教学平台建设为载体，对物理实验课程的教学改革进行全面探究。可视化网络平台的建设对实验教学内容的优化、教学模式的更新、学习质量的保障、学生实践能力的培养起到至关重要的作用。利用网络教学平台设立科创特色模块，将科创竞赛与实验教学有机结合，可有效提升学生的学习热情，增强学生的创新探究能力，为创新科研型拔尖人才的培养提供培育窗口。

参考文献：

[1]周群.大学物理实验预习系统的构建与使用[J].大学物理实验，2017（1）：1-2.

[2]祝巍.美国斯坦福大学和加州大学伯克利分校物理实验教学介绍[J].物理实验，2017（37）：38-41.

[3]Rebecca M Slayton，Keith A Nelson. Opening lab doors to high school students： key to a successful engagement [J]. PHYSICS EDUCATION，2005（40）：347-353.

[4]李天发.促进学生自主学习的普通物理实验问题开发研究[D].上海师范大学，2017.

[5]余庚华，杨维，朱晓玲，等.基于MOOC平台的大学物理网络课程设计与开发[J].广西师范学院学报，2017（34）：50-52.

[6]庄鑫财.科创竞赛与实验课程相结合的实践教学培养模式探索[J].现代职业教育，2018（16）：86-87.

[7]陽俊.创新理念在大学物理实验教学改进中的运用[J].现代职业教育，2018（2）：189.

◎编辑 张 慧