“互联网+”背景下物理实验信息化教学的探索与实践

王 涛,吴庆州

(南京理工大学 紫金学院，江苏 南京 210023)

大学物理实验作为大学生进校后的第一门科学实验课程，不仅可以培养学生的基本实验技能，认真严谨的科学态度，还可以培养学生的创新精神及创新能力. 然而，当前的实验教学面临着诸多的问题[1-2]，如何改革实验教学，充分发挥物理实验课程在应用技术型人才培养中的积极作用[3]，是从事一线实验教学工作者必须面对的问题. 随着互联网的普及、现代信息技术及智能终端设备的快速发展，互联网与传统教育正进行着深度融合，以中国大学MOOC、爱课程、网易云课堂等为代表的互联网教育平台发展迅猛，任何人简单到只要具有1台能接入互联网的智能手机，便可以享受到大量的优质教学资源. 慕课等互联网云课堂的教育模式[4]，打破了传统课堂单一的教学形式，使得受教育者不受时空的限制，真正做到学习可以随时随地[5]. 互联网信息技术的快速发展，给实验教学改革指明了方向，实验教学要与当前的网络信息技术相融合，才能使课程更有活力、更有竞争力.

1 物理实验传统教学模式存在的问题

大学物理实验课作为一门独立课程，开课时间一般和大学物理课程同步，因而实验所涉及到的相关理论知识学生往往还没学过. 所以，在传统实验课堂上，教师需要先讲解与实验相关的理论知识，并介绍相关实验仪器及操作等内容. 这样的讲解占据了课堂的大量时间，留给学生动手操作的时间相对不足. 而实验课作为一门实践课程，必然重视学生动手能力的培养，实验课堂更应该体现学生的主体性，学生要积极主动地投入到实验中，多动手，多操作，在实验中发现问题，提出问题，积极开扩思维，勇于解决问题. 这样的课堂是我们期待的，这样的课堂才能有益于学生思维能力、动手能力、创新能力的培养，这也正符合大学物理实验的课程目标[6].

笔者所在的高校为一所独立学院，多年来的教学实践发现课堂上愿意多动手、多操作的学生不多，能提出问题、解决问题的学生很少. 另外，很大一部分学生是为了实验而实验，只顾把该测的数据测出来，但是对于实验的目的、原理了解甚少，真正能清楚实验目的，了解实验原理，然后有目的地去完成实验的学生少之又少. 分析原因，大概有以下3个方面：

第一，学生的学习主动性不高. 作为一所普通民办高校，学生普遍自觉性不高，课前的预习往往流于形式，只是将教材中的实验目的、原理等内容直接抄写在实验报告册上，很少有学生能在课前反复仔细地阅读教材，更不必说能主动去查阅相关资料做足课前的预习准备工作了.

第二，传统课堂教学的局限性. 传统实验课堂，在理论讲解上花费大量时间，可供学生操作时间相对不足，课堂上，部分学生接收能力较弱或没能认真听讲，导致所授的理论知识没有被及时消化吸收，学生一旦碰到稍微复杂些的实验，担心时间不足，便会在别人调节好的仪器上直接测量数据，更有学生直接抄袭或编造数据.

第三，教学考核方式单一. 实验成绩的考核主要以学生实验报告为主，教师比较重视实验数据及误差等实验结果，往往忽略实验过程中学生的表现. 这种单一的评价方式，易造成部分学生为迎合教师的评分机制，实验中弄虚作假.

以上种种现象，也是国内同类高校大学物理实验教学中普遍存在的问题，在当前信息化背景下，国内诸多高校近年来也不断尝试将现代信息技术运用于实验教学改革[7-9]，也取得了一定的成绩. 笔者将介绍本实验中心近年来在教学和管理方面所做的信息化建设及成果.

2 建设网络电子教学资源，助推实验课堂的翻转式教学

2.1 建设实验预习平台，引导学生自主学习

学生在做实验前普遍预习不够充分，缺乏学习的热情，对此，实验中心创建了微信平台公众号，建设了多个实验项目的网上教学资源，如图1所示. 资源的建设，充分考虑到如何提高学生的学习激情，学生通过阅读实验项目所包含的背景知识，了解实验的来龙去脉；通过实验室场所、实验仪器图片的展示，在还未进入实验室便可以对将要进行的实验、要操作的仪器有感官的认识，这些都能激发学生兴趣，学生实验前的预习更为主动、积极.

图1 微信平台实验预习教学资源

针对每个实验项目设计问题集，问题富含逻辑性，比如从实验标题涉及到的物理概念开始提问，然后实验要做什么，解决什么问题(实验目的)，怎么解决，测量哪些物理量(实验原理)，如何着手解决(实验仪器、操作步骤、数据处理)，学生通过对一系列问题的思考回答，来掌握实验的相关知识. 通过这样的启发式提问，引导学生多思考，举一反三，连续对学生进行多个实验项目的训练后，让学生自己给自己提出问题，然后学生自己逐一解决，实现学生由主动学习向学会学习过渡，培养学生的学习能力. 此外，根据我校应用型人才培养定位，注重物理实验教学和学生专业、物理实验和生活实际的联系，拓展实验内容. 针对学生专业特点，提出更深层次的问题，让学生理解物理实验的基础性以及在其专业学习中的重要性；将物理实验涉及到的知识，用于生活实际，使实验课教学变得生动有趣.

2.2 建设微课等教学资源，实现课堂翻转式教学

移动互联网时代下，翻转课堂教学模式成为教学改革的热点[10]. 翻转课堂教学模式的特点是将原本在课堂上由教师讲授的知识改为学生课前学习，课堂时间用于学生与学生、教师与学生之间的讨论，以此进一步促进学生对知识的消化吸收[11]. 翻转课堂的教学模式，实现教学中以“教师为中心”向以“学生为中心”的转变；促进学生主动性、主体性的发展，体现人本主义的教学理念. 得益于慕课、微课等教学形式的推广，使得大学物理实验翻转课堂教学模式可以实现[12].

如图2所示，在建设课前预习问题集的基础上，进一步对实验所涉及到的相关理论知识点、或者部分操作环节进行精心设计，拍摄微视频，供学生自主学习. 课堂上教师只需要花较少的时间讲解实验，学生有了更多的时间来操作实验，教师针对实验中出现的问题，和学生一起探讨交流，引导学生思考，扩展学生思维，提升学生能力. 这种翻转式的实验课堂，学生积极性高、参与度高、课堂讨论热烈，学术氛围浓，实验教学效果显著提高.

图2 实验课翻转教学模式

3 运用信息化手段，实现实验室开放及便捷管理

3.1 建立实验预约系统

实验室开放，可以提高实验室、实验仪器的利用率，是高等教育培养创新人才、实现素质教育目标的客观要求. 我们鼓励学生预习时，若有需要，可以到实验室观看实验仪器；需要重做实验的学生在规定时间内可以到实验室重测实验数据；因为请假等原因未能如期做实验的学生可以申请补做. 然而实验室因其特殊性，在开放的同时必须做好实验室管理. 因此非正常上课时间来实验室的学生都需要预约登记，由此将带来巨大的管理工作量，为此，开发了实验预约系统并将其集成在微信公众平台，如图3所示. 学生直接在手机端进行预约登记，登记结果可以及时反馈给相关教师，以便及时做出安排.

图3 微信平台实验预约系统界面

3.2 建立实验仪器故障报修系统

实验课堂上，仪器出现故障是不可避免的，学生在发现仪器问题时，教师并不一定在现场，学生无处反馈问题时，如果有其他仪器可以使用，可能不再向教师反映问题仪器，导致有问题的仪器不能及时得到修理，影响后续教学. 为此，搭建了实验故障报修系统，如图4所示. 学生填报问题仪器后，相关维修人员会及时得到消息，以便及时解决问题. 该平台不仅可以使有问题的仪器得到及时维修，便于教学的正常开展，同时，平台还记录了仪器故障信息、维修记录，对于实验仪器维护有着重要意义.

图4 微信平台仪器故障报修系统界面

4 结束语

通过建设网络电子教学资源，翻转实验课堂教学. 一方面，促进学生主动学习，主动建构实验理论知识；另一方面，课堂上留有足够的时间供学生进行实验操作，切实提高学生的动手能力、分析解决问题的能力. 翻转式实验课堂，使教师有更多的时间关注学生、关注学生在实验中的表现，改善评价体系. 此外，信息技术与实验管理的融合，实现了实验室的开放及便捷管理，降低了教学管理的繁杂度，使实验管理更好地服务于实验教学.