《大学物理实验》混合式教学模式的探索

谢超然 冯志芳

摘  要：通过对混合式教学的研究、学习和应用，发现对大学物理实验进行巧妙的混合式教学的设计，可以激发学生对实验的兴趣，提高学生的动手能力，培养学生的科学思维能力，从而提高实验教学的质量和效果。如学生通过反复观看有关实验原理、实验目的、仪器操作等的微视频，更加充分地掌握了相关知识;通过虚拟仿真平台，学生可以尝试各类实验，了解更多实验过程;通过线上互动，学生可以及时解决实验过程中的问题，为后续实验的顺利完成打下坚实的基础。

关键词：混合式教学  在线教育平台  虚拟仿真  大学物理实验

Abstract： Through researching，studying and application for the hybrid teaching model， we find that the students interest can be stimulated by designing the hybrid teaching model for College Physics Experiment. Their practical ability is also improved. Their scientific thinking ability is improved. At the same time， the quality and effect of experimental teaching is also improved. For example， by watching repeatedly the micro-video of the experimental principle， purpose， instrument operation， students grasp fully the more knowledge. Through the virtual simulation platform， students attempt more experiments and learn more the experimental process. Through online interaction， students can solve timely the problems of the experiment process. They lay a solid foundation for the completion of the follow-up experiments.

Key Words： Hybrid teaching model; Online education platform; Virtual simulation; College physics experiment

大学物理实验课是所有理工科院校本科生的一门基础实验必修课程，是培养学生实验方法、实验技能、科学实验思维能力的一门重要课程，是使学生进行自主学习、培养创新意识、为后续课程及科学研究打好基础的一门课程。如何进行《大学物理实验》课程的组织、实施、教学，会直接影响学生学习的效果和后续的发展，疫情期间，笔者对《大学物理实验》课程的实施和开展作了深入的调研、实践，借助现代互联网+教育的发展[1-3]，发现通过混合式教学设计[4-7]，可以激发学生对实验的兴趣，提高学生的动手能力和课程参与度，培养学生的科学思维能力，激发学生对知识的探求欲，从而提高实验教学的质量和效果.

1  传统大学物理实验教学的思考

1.1 教学模式单一

物理实验的传统教学模式分为五个阶段：课前预习课堂操作、测量课后处理数据撰写实验报告教师批阅实验报告。课前预习阶段，学生仅仅是将教材中的实验目的、实验原理以及实验操作步骤不加思索的抄写在实验报告上，缺乏对实验原理、过程和操作的深入思考、分析和探究;課堂测量时，因为缺乏对原理的深入了解，主要是根据教师的讲解完成实验操作和测量，对测量数据是否正确也缺乏最基本的认知，很少自己去分析问题、解决问题;课后涉及实验数据处理时，也不能根据实际实验测量的特点，分析给出合理的数据处理方法等。综上所述，传统的教学模式不利于激发学生学习的兴趣、培养学生的自主学习和创新能力。

1.2 存在相关知识讲授滞后的问题

由于大学物理实验与大学物理是相互独立的两门课，因此在实际的物理实验教学过程中存在实验所涉及的原理讲授滞后于实验操作时间，导致学生对于所做实验的物理原理认知不到位，不能快速、准确的掌握实验过程，遇到问题也不能很好地分析给出原因。此外，由于部分学生在中学阶段缺少物理实验的训练，甚至有部分学生没有接触过常用的物理实验装置和仪器，实际测试过程中，学生的绝大部分时间都花费在了解实验仪器装置的使用以及完成本次实验任务中，根本无暇顾及实验过程的精确控制、实验现象的精细观测、实验数据的精准读取，也就无从谈及正确判断自己的实验结果是否正确了。这根本无法实现对学生的基本科学实验能力和素质的锻炼和提高，无法实现对学生自主创新能力的培养。

2  大学物理实验混合式教学的实施

近年来，在“互联网+教育”的快速发展下[1-2]，诞生了慕课、微课、翻转课堂等一系列颠覆传统教学模式的新的教育教学模式[3]和非常多的教学资源。新模式改变了传统课堂教学中教师和学生的角色，给学生提供了更加广阔的学习空间和更加富裕的学习时间，满足了学生学习的个性化需求，增强了学生学习的自主性;各种网络资源如科大奥锐虚拟仿真实验教学云平台的出现，使混合式教学的实现成为可能。但在2020年之前，混合式教学更多涉及的是理论课程，相比较，实验课程进行混合式教学的很少。由于新冠疫情的出现，在教育部提出“停课不停教、停课不停学”大方向后，网络教学在全国得到快速的普及和发展，实验课程的混合式教学迎来了新的发展机遇。经过大量的调研、学习、研讨，也尝试对大学物理实验进行了混合式教学的设计、尝试，发现巧妙地进行大学物理实验混合式教学的设计，同样可以提高学生网络学习的课堂参与度，激发学生学习的兴趣，培养学生的科学思维能力，激发学生对未知知识的探求欲。

2.1 录制微视频，提升教学效果

将实验数据处理方法、实验误差分析、每个实验的实验原理、实验目的、实验仪器和装置的操作使用录制成一系列的微视频，学生正式上课之前，可以通过在线教育平台下载相关实验的视频，并完成课前预习，图1为塞曼效应的微视频截图。微视频的优势是可以反复播放，通过微视频的学习，学生在课前能够更加清晰和全面的了解到本次实验的基本原理、实验仪器的详细操作流程，这为课堂上实验的顺利完成打下了坚实的基础。

以“塞曼效应”为例，学生在《大学物理》学习时对于该实验所涉及的原子自旋、光的偏振等实验原理一般都缺乏感性认识，同时，该实验的实验操作及实验现象还涉及到F-P标准具、偏振片、1/4波片、特斯拉计等的调节与使用。对于该实验的讲解不仅将占用大量的时间，而且由于涉及的内容较多，学生们常常出现丢三落四的现象。因此，采用“视频教学”则可以让学生对于实验的预习工作更有针对性、目的性;教师在课上也可以有充足时间来指导学生。

2.2 引入虚拟仿真实验，丰富实验内容

虚拟仿真实验就是通过仿真实验教学云平台，在计算机上模拟线下实验的过程。在虚拟仿真实验中，实验者可以像在真实环境的条件下，完成实验的操作流程，并且实验者的操作时间、操作次数都可以不受限制。因此，学生通过课前虚拟仿真实验的训练可以有效地提高其对于实验仪器、装置使用的熟练度，掌握实验步骤，了解实验现象。

以“迈克尔逊干涉仪的调节与使用”为例，大部分学校的实验内容均为测量He-Ne激光器红光或者钠黄光的波长，鲜有测量透明薄膜的折射率或厚度的。究其根本原因，白光干涉的实验现象仅在“仪器达到两臂等光程”时才能出现，并且只有当两平面镜的夹角合适的情况下，才能出现条纹形状及颜色分布理想的现象。即该部分的操作比较繁琐，实验现象不易观察。利用“虚拟仿真实验”可以很好地解决真实实验的不足之处，同时学生还可以重复地开展相应的实验操作，从而加强仪器调节与使用的熟练性，图2为迈克尔逊干涉仪的调节与使用的虚拟仿真实验。

2.3 增加线上互动和过程化管理，提升学生学习效果

依托学校的在线教育平台，将微视频、虚拟仿真实验过程操作等作为学生实验预习的基本环节，纳入学生的实验成绩考核体系;同时，为了达到更有效的实验预习效果，在平台上建立一个实验思考题的题库（如图3所示），让学生能够提前了解到本次实验的重点和难点;此外，教师及时介入学生们在平台上的问题讨论，引导学生形成正确的认知。通过与学生开展讨论以及答疑的互动，可以更好地引导学生去发现问题、提出问题、分析问题、解决问题，进而拓展思维。

3  混合式教学实施的成果

由于受疫情的影响，2020学年春季学期对2019级开展《大学物理实验Ⅰ》学习的全体学生进行了混合式教学，发现学生的成绩较以往传统模式教学的学生有显著的提高。我们将在两种模式下的所有学生的实验理论成绩分为<60、60～69、…、90～100等5个分数段，发现传统模式下学生的成绩主要集中在60～90分，不及格的人数也较多;而混合模式下学生的成绩则集中在80～100分，不及格的人数也明显减少了（如图4所示）。因此，从学生的成绩来看，混合式教学对于学生成绩提高效果是显而易见的。这种教学模式给学生提供了更加广阔的学习空间和更加富裕的學习时间，满足了学生的个性化需求，增强了学生学习的自主性，提升了学生的学习兴趣，如A同学反馈说：“实验成绩不算特别好，但是也是自己努力做出来的，辛苦了一下但有很多收获...”;B同学说“似乎对这门课有兴趣了”。同时，也减轻了教师的劳动强度，使之能够有更多的时间与精力去指导学生和开展创新性教学研究。

4  结语

总之，通过混合式教学设计，不仅改变了灌输式、模仿式的传统教学方式，而且进一步优化了实验课程的设置，提升了学生的学习兴趣和学习的主动性、自觉性，提高实验课程的教学质量和教学效果，更有助于培养学生的创新意识和创新能力。

参考文献

[1] 常琳林.“互联网+”混合式教学模式的研究—以计算机基础课程为例[J]. 教育现代化，2019（98）：141-142.

[2] 吉李满.“互联网+教育”背景下《通信原理》课程教学改革的研究与探索[J].吉林工程技术学院学报，2019，35（12）：53-55.

[3] 陈英，杨彩虹，师婷，等.基于网络课程的有效教学实践探索—以高职院校模具专业《数控编程》教学设计为例[J].电脑知识与技术，2020，16（3）：183-184.

[4] 张晓芳，杨立云，孙志平，等.基于线上线下混合式教学的课程改革与实践[J].科技创新导报，2020（12）：191-192.

[5] 闫晶晶，王燕平，王艳芳.线上线下混合教学模式在《自动控制理论》的试验改革[J].科技创新导报，2020（17）：226-227.

[6] 邹燕，冯婷莉，赵一凡.混合教学模式的设计与实践研究[J].中国高等教育，2020（1）：58-60.

[7] 卞志勇.基于云平台的线上线下混合式教学模式探究[J]. 科技资讯，2020，18（8）：170-171.