信息技术环境下构建大学物理实验活力课堂的实践研究

顾媛媛 符跃鸣 陆惠 崔岩 殷美琳

摘  要：本文以大学物理实验“活力课堂”建设为研究对象，依托信息技术环境，建立大學物理实验活力课堂的模型，针对课堂中课前、课中、课后进行教学，旨在改变“满堂灌”的传统物理实验教学方式，利用信息技术提高课堂教学的有效性，激发学生主动学习的热情 ，以适应现代社会知识迅速发展的新要求，以课堂教学为例进行展开，通过课后学生节点考核显示，最终给出活力课堂建设的评价指标，全面地对活力课堂建设提供了评价体系。

关键词：信息技术  大学物理实验  虚拟仿真  活力课堂

中图分类号：G642                              文献标识码：A                  文章编号：1674-098X（2020）09（c）-0197-06

Abstract： This paper takes the construction of college physics experiment "dynamic classroom" as the research object， relies on the information technology environment， establishes the model of college physics experiment dynamic classroom， carries on the teaching before， during and after class. The aim is to change the traditional "cramming education" teaching method of physics experiment， improve the effectiveness of classroom teaching， and stimulate students' enthusiasm for active learning. In order to adapt to the new requirements of the rapid development of knowledge in modern society， this paper takes classroom teaching as an example， and through the examination of the students' nodes after class， finally gives the evaluation indicators of the construction of the dynamic classroom， and comprehensively provides an evaluation system for the construction of the dynamic classroom.

Key Words： Information technology; College physics experiment; Virtual simulation; Dynamic classroom

现代信息技术的快速发展使得多媒体成为了大学物理实验教学中非常重要的辅助性教学手段[1]，信息技术在物理课堂教学中应用率不断提升，实现了物理实验课堂教学资源与多媒体软件的有效整合，为实际教学提供良好的教学环境。通过在线虚拟仿真实验技术的融入，也提升大学物理的内涵建设，提高师资队伍建设，加强课程标准建设，构建适合应用型本科人才培养目标的教学体系与教学内涵。活力课堂不只增长学生的物理知识和技能，还增加学生的课堂体验。随着信息技术的兴起，给大学物理实验课程的教学改革带来了无限的生机[2]，尤其是微课、MOOC、翻转课堂和在线开放课程[3-12]等方面的研究。

1  传统大学物理实验教学模式存在的问题

1.1 实验管理方式受实验室、实验时间的影响，效率较低

由于受到实验教室和实验设备的限制，大多数传统的实验项目都是集中授课，通常是在规定的上课时间和实验教室进行，一组由一人或者两人组成。由于高校学生数量较多，造成最终完成大学物理实验项目所需批次多，教师的排课较为辛苦。正常的实验课中，还往往面临的问题是有学生各种理由造成的缺课现象，教师还需要临时安排学生时间进行补做实验，这样实验的整体效率就会降低，实验管理也增添了一定的难度。

1.2 传统的实验需要手动书写实验报告

传统一个完整的实验包括书写根据实验的原理完成实验预习部分的报告，根据教师演示完成实验操作，实验结束后还要书写最终报告，由于大学物理实验课程是公共基础课，学分相对而言较低，学生重视不够，多数学生只能在实验教师的带领下完成书写实验预习报告的工作，由于课下投入的精力少，达不到完全理解实验的精髓，更不能保证熟练使用实验仪器并掌握其操作方法。

实验后的报告处理的效率低，由于课程学时有限，课堂上关于具体实验项目的数据处理知识只能简单讲解。学生课后自行处理实验报告经常会出现一些问题[11]，甚至不会处理数据，导致最终的实验报告分数较低，不及格现象比较严重。

1.3 物理实验环境单调，不利于个性化教学

物理实验存在误差，实验中，人员、环境、实验方法、实验器材等对实验的测量产生一定的误差，实验室一般放置固定的一种或者两种实验仪器，学生只能根据实验仪器的安排完成实验，实验条件和实验仪器的参数一般是固定的，很难变动，学生希望能够灵活改变实验条件，这就造成了传统的常规实验仪器往往很难满足学生的需求，物理实验环境相对而言比较单调。

1.4 传统的实验受社会大环境影响

传统实验教学需要实验环境、实验教室，若社会形勢发生变化，无法适应。2019年12月爆发新冠肺炎以来，对于2020年上学期的教学影响较大，传统的实验教学已不适用，学生无法聚集一起实现实验操作及学习。

2  信息技术与大学物理实验整合的优势

将现代信息技术与大学物理实验课程相互融合，可以通过信息技术使得大学物理实验课程教学得到更好的教学效果，从而可以充分使学生主动思考问题，进而提高大学物理实验的学习效率。

2.1 实现开放学习与资源共享

网络资源共享是现代信息技术带来的巨大便利之一，可以很好地应用于大学物理实验课程。学生可以参考网上其他教师的课程进行补充。实验课程可以建立网站，网站上可以上传资料，例如大纲、进度表、课程安排、录播视频、下发作业、在线考试等，网站可设置专门的管理人员，负责与学生建立互动并发放资源，不仅可以提高学生的学习效率，而且可以丰富物理实验的课程资源。教师可直接选择录制实验重点、难点的教学视频，上传至公共学习平台，方便学生在正式上课前进行实验知识的梳理，使学生抓住实验的重点，轻松掌握实验原理，课后可借助平台进行物理实验知识的复习。

2.2 利用信息技术反馈信息，及时调整实验教学

随着互联网+、物联网、人工智能技术的广泛应用，实验教师可以利用网络平台获取学生对该实验课程的学习信息。通过对后台收据的读取分析，我们可以及时、准确地了解学生是否在预习、是否完成了作业、答案的准确性、上课人数、知识的掌握情况等，尤其是认真学习的学生名单以及需要进行预警的学生，使教师能做到及时调整教学进度及内容安排，最终提高学生整体学习的效率。

2.3 融入仿真实验与时俱进，善于应用新技术

通过在线的虚拟仿真实验，结合视觉和听觉的效果，人们可以以最高的效率接收信息。运用flash动画以及视频仿真技术，可以使抽象、深奥的知识更加地直观和具体。在大学物理实验教学中正确应用在线的虚拟仿真技术，可适当提高学生的逻辑思维，加深对物理理论知识的理解，调动学生学习的积极性和主动性。

因此，要改革大学物理实验课的教学模式，除了采用线上与线下的混合教学模式外，还应加强信息技术的应用，加入在线虚拟仿真实验技术，使学生深入理解实验原理，并通过计算机辅助教学，使学生在学习过程中充分了解实验原理实施线上线下混合教学模式，一方面学生通过线上教学环节做好课前预习，另一方面为线下课堂操作做准备，教师可以有充足的时间安排学生进行课堂实验，提高实验课的教学效果。此外，学生可以在课后复习网上教学内容，提高课程的学习成绩。同时，通过在线教学内容的学习，教师可以提高课程的学习效果，培养学生在迁移过程中自主学习的主动性。

3  信息化技术环境下大学物理实验活力课堂混合教学模式的构建

实验是检验一切真理的标准。大学物理实验课程旨在培养学生严谨的科学思维和创新能力，提高学生的动手能力，培养学生理论联系实际的综合能力，尤其是适应科技发展和整个社会进步总体能力的方面，起着重要的作用。

3.1 依据课程特点构建活力课堂模型

为了提高学生的创新思维能力，全面深入地进行教学内容、教学体系和教学方法的现代化改革，注重培养学生扎实的理论基础和思维能力，建立以下以任务式的活力课堂模型，如图1所示，大学物理实验活力课堂模型分为3个阶段：课前原理的预习、课中实验操作的学习、课后实验总结及复习，围绕任务目标，采用适当比例的信息技术进行整合。通过任务式的教学过程，学生不再是在老师安排下被动地学习，而是在任务的指导下主动、积极地去思考，激发了学生自我学习的兴趣，培养其学习的主动性，及时做出决策信息的反馈，从而提高了课堂学习的效率。

3.2 依据学校平台，建设大学物理实验在线学习中心

在学校的支持下，大学物理实验的在线开放课程已在超星平台上线，资料已全部投放在网站，建立了系统化的大学物理实验的课程体系，具备了线上线下混合教学模式的软硬件条件，为线上线下混合教学模式的实施提供了保障，在线课程建设如图2所示。

3.3 线上辅助预习教学

实验教师通过网络提前向学生发放课堂预习资料，设置课程重点，引导学生上课前完成实验预习，完成预习任务并获得相应的预习分值，预习内容可通过观看录播的视频，发放任务点，完成相关实验项目内容的学习任务，才能进入实验室进行课堂操作，教师在学生正式进入实验室前返回在线课程后台查看数据分析，获取学生后台学习的数据，保证实验项目的预习效果。在大学物理实验绪论的学习中，图3给出学习安排，包括课件、预习视频，章节测验等，每一章节设定任务点，学生需认真完成预习工作，才能进入到下一步的学习中，预习中插入录播视频帮助学生理解数据处理的重点以及难点，通过观看这些教学录播的视频，学生可以实现课前预习时就能轻松地理解实验原理，熟悉实验室做实验的方法以及步骤、注意事项等，为线下课堂亲自安装调试仪器做好充分的准备，不仅达到了学生在上课课前预习实验原理的目的，还可以培养学生的自主学习的积极性，如图4所示为预习视频。

3.4 选定平台，采用线上直播教学

受新冠肺炎疫情的影响，学生无法进入学校和老师进行面对面的沟通学习，为了达到教学要求，采用钉钉直播教学的方式，进行线上教学，建立班级直播群，提前发放上课通知，设定时间开展群直播，学生和教师可实现课堂互动，下课后通过后台数据监督学生学习情况，包括学生参与时间长短，与教师的互动情况，图5为钉钉在线上课视频。

3.5 采用大学物理仿真实验进行教学

虚拟仿真教学系统可以将实验教学环境进行重现，该系统不受实验的时间和实验地点的限制，学生可以在家多次进行重复操作仿真实验，这对学生提前预习、课后巩固物理实验知识提供了良好的条件[13]。虚实结合的实验教学不但使学生了解了一些学科前沿的知识，还可以达到理论与实践相结合的目的。在线虚拟仿真实验室通过虚、实结合，人机交互的实验教学模式，全面提高了学生的综合应用能力。实验教师可以做到发放学生账号，让学生自行登录，了解实验，并进行仿真实验，登录界面如图6所示，图7为拉伸法测金属丝杨氏模量仿真实验。

学生可在线完成实验数据的测量，并根据实验报告模板导入数据，实验模板还具有在线数据处理功能，节省书写实验报告的效率。课后书写实验报告是对实验内容的科学总结，而实验数据处理是实验报告的重要组成部分。由于线上教学内容包括了实验数据处理方法的教学视频，为学生顺利完成实验项目的数据处理提供了良好的指导作用，实验报告的分数普遍提高了。

3.6 课后线下复习及效果评价

由于课程内容可以通过超星学习通随时随地观看学习，也可以课后再进行钉钉视频直播回放观看视频，还可以通过做测验题检验自己的实验学习效果等，以期达到熟练掌握操作技能方法的目的，为期末考试做好准备，本课程具体考核评价方式见表1。

4  结语

新疫情形势下，通过对传统教学模式和线上线下混合教学模式的分析与比较，认识到对传统教学模式进行改革是一种必然趋势，采用信息技术融入到大学物理实验活力课堂教学中，提高学生的实验学习的主动性，培养学生的创新思维，提高大学物理实验课程的教学质量都是大有益处的。在互联网飞速发展的今天，采用信息技术融合仿真实验线上线下混合教学模式具有广泛的应用价值。

参考文献

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