以能力培养导向的混合式专业实验教学探索与实践

叶燕 吴茂成 许宜申

摘  要：针对传统专业实验教学模式中存在的理论教学与实验教学无法有效衔接、实验教学内容固定、学生发挥余地很少及实验成效不高等问题，以普通物理中的“分光计”实验为例，探索实践了“理论教学+线上视频与平台仿真+线下实体实验”混合式专业实验教学模式。实践结果表明：该模式可在实现理论教学和实验教学有效和谐共振基础上，减小仪器设备投入，突破实验时空限制，调动学生自主学习积极性，开阔学生思维和视野，切实提高学生实验技能、综合素养和创新意识。

关键词：混合式教学;专业实验;创新能力培养

中图分类号：G642      文献标识码：A       文章编号：2096-000X（2019）24-0092-03

Abstract： In view of the problems that the theoretical teaching and experimental teaching in the traditional professional experimental teaching mode cannot be effectively connected， the experimental teaching content is fixed， the students have little room to play and the experimental results are not high， the "spectroscopic" experiment in ordinary physics is taken as an example to explore practice. The spectroscopic experiment in ordinary physics is taken as an example to explore the hybrid professional experimental teaching mode of professional teaching， online video and platform simulation and offline entity experiment'. The practical results show that this model can reduce the input of instruments and equipment on the basis of the effective harmonious resonance of theoretical teaching and experimental teaching， break through the limitations of experimental time and space， mobilize students' self-learning enthusiasm， broaden students' thinking and vision， and effectively improve students' experimental skills and synthesis literacy and innovation awareness.

Keywords： hybrid teaching mode; professional experiment; innovative talent training

實验是巩固、加深对理论知识认识的有效途径，是培养具有创新意识的高素质人才的重要环节，是理论联系实际、培养学生掌握科学方法和提高动手能力的重要平台[1]。然而，当前传统实验教学模式大多存在理论教学与实践教学分离、实验内容固定（多为验证性实验）以及学生发挥余地几乎为零等问题，不仅无法激发学生学习兴趣、发掘学生潜力，更容易造成学生实践动手能力的缺失。因此，推进实验教学改革是当前教育教学改革的重点问题之一。

本文以普通物理主要实验内容之一“分光计”为例，分析了传统专业实验教学模式中存在的主要问题并分析了相关原因，介绍了“理论教学+线上视频与平台仿真+线下实体实验”这一混合式专业实验教学模式，以调动学生自主学习积极性，发挥实验预习效果，增强学生实践操作技能和解决问题能力，从而切实提高专业能力素养。

一、传统专业实验教学存在的主要问题

在传统专业实验教学模式中，实验内容基本上为巩固和加深理论教学而安排，通常要求学生通过实验加深对理论知识的认识。该实验教学模式存在的主要问题，可以归纳为以下几点[2]。

（一）理论教学与实验教学无法实现和谐共振

目前，专业课程的理论和实验教学方式一般分为两种：一是理论课和实验课分开，各自构建体系;另一种是理论和实验结合在一起，在理论课讲解相应知识点之后开展实验。两种方式各有特点，也各有不足。理论课和实验课分开，从各自课程体系的角度确实有一定的好处，但不可避免地存在着理论和实验的脱节。而理论和实验合在一起的方式，每次知识点讲解过后就开展相应的实验，单从知识点理论和实践之间的衔接可以做得相对较好，但这样做实验内容相对简单，只能以验证性实验为主，很难开展综合性、系统性、设计性实验，理论教学与实验教学无法实现和谐共振，学生综合能力素养难以得到锻炼培养。

另外，通常课程理论讲授和实验指导并非同一个老师，理论课老师负责相关理论知识的讲授，往往并不完全清楚实验室里具体用什么仪器或者设备来验证相应的理论知识点;而实验指导老师往往只负责实验具体操作的讲解，而不太关注学生是否已经掌握了该实验所需的理论基础。

（二）实验教学内容固定

对于普通物理专业实验而言，由于所涉及的理论内容一般比较经典，往往一套实验几年甚至十几年不变，致使实验内容固定单一。通常是首先由教师讲解实验原理、操作流程、数据采集和处理等步骤，接着教师演示一遍给学生们看，然后学生照样子做一遍并提交实验报告即为完成任务。同时，由于对专业实验教学的重要性缺乏足够认识，认为其只是理论教学的辅助和补充手段，造成学生对实验课程的重视不够，时间和精力投入不足，甚至将实验课程看成是一种学习负担。

另外，由于缺乏科学有效的实验教学评价体系，客观上使实验课程沦为二流课程，从而导致实验教学形式化。

（三）学生发挥余地很少、实验成效不高

普通物理专业实验仪器设备通常较为贵重，再加上实验场地限制，实验台套数往往无法满足每人一台的高标准要求。同时，由于其中很多光学类实验整体难度较大，仪器调节需要较为扎实的理论基础和一定的经验技巧，因而很多学生通常无法在规定的课堂时间内完成实验。因此，目前很多实验需要指导教师在实验教学前将实验仪器调节到位，学生在做具体实验时，根据要求的步骤和调节方法，观察实验现象，记录实验数据即可，从而导致学生自我发挥余地较少，实验成效不高。

二、混合式实验教学的优势

教学模式改革是教学改革的基础和关键。以普通物理主要实验内容之一“分光计”为例。分光计是一种精密测量角度的仪器，利用它能精确地测量入射和出射光线角度，通过测量有关角度可确定折射率、色散率、光谱线的波长等其他光学量。但由于分光计的构造精细，调节技术要求较高，使用时必须严格按规则调节，才能得到较高精度的测量结果。该实验要求学生掌握分光计的调节方法和使用分光计测量棱镜顶角及最小偏向角的方法及有关角度数据处理等。

在近几年的本专业实验教学过程中，积极探索实践“理论教学+线上视频与平台仿真+线下实体实验”的混合式专业实验教学模式，已体现出来的主要优势有以下几点。

（一）理论与实验教学互融互通

该混合式专业实验教学模式，力求理论与实践相融合、基础与应用相融合、课内与课外相融合，将原本枯燥、抽象、离散的理论知识与工程实践需求相结合，让学生觉得“学有所用、有成就感”，以加深对理论知识的理解，增强学习效果，进而激发学生学习兴趣，培养学生自主学习习惯和运用学科知识解决工程实际问题的综合能力和创新思维等。在理论教学中，任课教师精炼理论内容，突出重点，强调基本物理概念和分析方法，以实际工程应用为背景，引导设计思路，培养设计、自学和解决工程问题的基本素养。而学生除了正常的课堂理论学习之外，可以根据自己的认知水平、学习环境和学习计划，利用网路平台上的开放课程资料和视频，随时随地反复观看和研读尚未和较难理解的内容，逐步加深理解和消化;并通过开放课程平台中作业和评阅反馈，检验学习效果，及时查漏补缺;通过与同学、助教及老师的在线交流讨论，获得对知识的深入理解，实现理论与实验教学的互融互通。与此同时，教师则由“传道授业”转变为真正“解惑”，由知识传授主导者转变为组织者、管理者及指导学生主体学习参与者，实现“以教为主向以学为主、以课堂为主向课内外相结合、以结果评价为主向结果过程评价相结合”的转变，将很多只会限于重点考试范围的“考生”转变为能够理论联系实践而学以致用的真正“学生”，将部分“观众”转变为“演员”、“编剧”，甚至是“导演”，切实提升学生综合实践能力、提高人才培养质量[3]。

（二）加深理论知识点理解，发挥实验预习效果

学生在进入实验室开展线下实体实验之前，必须通过登录个人账号先完成开放实验平台中的实验讲解视频学习和相关知识点自我测试，以加深对理论知识点理解，明确实验目的和实验要求，掌握实验仪器的使用方法及相关注意事项，切实发挥实验预习效果。

（三）调动学生自主学习积极性，拓展实验内容

与混合式实验教学模式相配套，进行了考核方式改革。在调动学生自主学习积极性方面，给“动力”同时更给“压力”。实验前开放实验平台中的知识点测试成绩占该实验总评成绩的15%，而学生要想在该自我测试中获得较高成绩则通常需要反复研看视频讲解资料，充分做好理论知识点巩固和实验预习;规定时间内的线下实体实验情况占40%，而要在有限的时间内高质量完成实验，要求学生必须熟悉光路设计、实验操作步骤和相关注意事项，并及时准确地做好数据记录;课后实验报告占30%，其中特别要求在所提交的实验报告中必须要有主要理论知识点与实验现象关联阐述以及实验中遇到的问题与解决方式，或自己所总结的实验注意要点;还有15%则根据学生在虚拟仿真平台中所搭建的相关拓展实验内容设计思路和新颖性予以评分。

（四）突破实验时空限制，降低仪器设备投入

借助于开放实验管理系统中的虚拟仿真实验平台，学生能够在接近真实的实验环境中，不受传统实验时空限制，在任何时间、地点进行预定的实验项目或者开放性实验设计验证。同时，在虚拟仿真实验平台中，原本一些复杂精细的实验操作只需要通过鼠标与按键即可实现改变相应实验参数和实验条件，大大节省了实验操作时间，提高了实验效率;而虚拟的仪器设备更是减少了实验建设和维护费用，降低了实验成本;并且，学生可以根据自己的思路，设计各种开放性实验来验证自己的观点和假设，使其能够在实验设计过程中学习和提升，进一步增强其自主学习意识和实践创新能力。

三、结束语

“理论教学+线上视频与平臺仿真+线下实体实验”的混合式专业实验教学模式，在实现理论教学和实验教学有效对接基础上，可以有效地解决传统专业实验模式中普遍存在的实验设备资源有限以及时间和实验空间限制等问题，调动学生自主学习积极性，开阔学生思维和视野，提高学生实验技能和综合素质;同时，在自由构思设计实验方案过程中，学生的自主创新意识和能力也得到了很好的锻炼。

更为重要的是，逐步改变实验教学依附于理论教学的传统观念，并在一定程度上促使教师提升实验教学水平，通过实验教学促进理论课程教学改革，而学生能力提升可激励课堂教学模式和教学方法等方面改革，从而形成实验教学具有相对独立性和理论教学与实验教学应统筹协调互相促进发展的理念，以培养更多高素质专业人才;进而，逐渐形成将实验拓展为：“大实验”或“广义实验”的理念，将科研训练与创新创业计划课题、学科竞赛赛题等都纳入到实验范畴;将实验室从有限室内空间拓展为“广义无限空间”;将实验时间从有限课内学时拓展为相对无限的课内外结合开放学时;将实验对象从自然现象拓展到社会现象，从而将传统的理科、工科、农科、医科强势实验模式拓展到人文、社科、教育、艺术等学科领域。

参考文献：

[1]石培蕾，朱坚民.工程力学实验教学改革初探[J].实验室科学，2015，18（4）：92-95.

[2]Yan Ye， Qingsong Lv， Maocheng Wu， et al. Reform and practice for photoelectric specialty experimental teaching based on virtual simulation experiment platform [C]. 14th International Conference on Education and Training in Optics and Photonics， 2017， vol.10452， 1045245-2.

[3]许宜申，吴迪，陈大庆，等.大学生工程创新能力培养探索与实践——以苏州大学光电测专业为例[J].当代教育理论与实践，

2015，11（7）：44-46.