大学物理实验课程线上教学的实践与探索①

卓春蕊

（齐齐哈尔工程学院 大学物理教研室，黑龙江 齐齐哈尔 161005）

疫情防控期间，各大高校第一时间按照教育部印发的《关于疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见》，全面实施在线教学，大大改变了传统的教学方式。在这种形势下，按照“停课不停教、停课不停学”的要求，大学物理实验课也亟须改变授课模式，转为全面线上教学。

一、大学物理实验课程线上教学存在的问题

大学物理实验课程是高校理工科学生必修的学科基础课，主要教授学生系统性的实验操作和实验方法，是学习后续专业实践课的基础[1]。大规模的全面线上教学，尤其是实验课，对于很多高校来说还是首次，在过程中也必定会暴露出一系列的问题。

1.软硬件设施与环境等问题

线上教学刻不容缓，师生都在面临巨大的挑战。对于学生来说，设备和网络问题是最基本的问题。很多学生的家乡在偏远的乡村，网络条件不够好，给线上直播授课带来了很大的难度，进行物理实验所需要的电脑和手机等移动设备，在学生家中并不普及。除此之外，学生处于非实验环境之中，实验所需的仪器和测量工具等比较有限，实验的可行性大大减少。而对于高校来说，物理实验课的操作性很强，学生需要将原来线下的动手操作过程转为线上，因此需要高校具备物理实验线上操作系统等平台，而此类平台多是在企业中购买，不具有针对性，不适合各个高校的学情特点[2]。

2.实验内容选择上的问题

大学物理实验课以操作为主，重视学生的动手能力和创新精神，而线上授课往往更适合理论课。因此，实验教师在开展线上教学之前，除了要选择合适的教学平台来保障教学的有效运行，还要充分考虑教学内容的选择问题。传统的大学物理课程内容体系已经完善，在保证知识结构系统性的同时，也满足学生的认知特点，而线上授课如何将教学内容完整地融入，成为教师需重点攻克的难题。此外，由于师生条件有限，很多原本的实验内容并不适合线上授课，如果只是让学生像学习理论课一样被动地接受知识，学生的学习效果则会大打折扣。

3.实验教学方案与流程设置上的问题

传统的大学物理实验的教学模式，各个高校大同小异，大多为教师提前布置预习任务后学生完成预习报告，教师课上讲授实验原理和实验操作，学生分组动手操作和记录数据，最后撰写实验报告。而实验课的线上教学模式则会更加多样化，教师需根据所选择的实验内容来设定教学方案和流程。例如，对于基础性的实验，可以重点关注学生对于实验操作的规范性和数据处理的准确度等问题；对于设计性实验，教师则要培养学生的创新精神，要在课前给学生足够的思考与自学的时间；而对于线上实验中的特色——居家动手实验来说，学生就地取材，对教师与学生的要求也会更加严格。

二、大学物理实验课程线上教学实例：三线摆法测量物体转动惯量教学

此次大规模线上教学是一个机遇，改变了传统的教学模式，也改变了教师的角色，使教师从原来知识的讲授者转变为学生学习的促进者和领导者，现以三线摆法为例，利用手机Phyphox 软件，学生独立寻找实验器材，居家动手进行实验，测量物体转动惯量。

1.实验原理

三线摆悬挂在横梁上，上下圆盘由三根对称分布的等长悬线相连，彼此保持水平。将上盘保持稳定不动，忽略空气阻力等影响因素，下盘的扭摆运动可近似看作简谐运动。将物体放在下盘圆心位置，根据刚体转动定律可得到物体绕中心轴的转动惯量。三线摆法就是通过测定扭转周期来测量已知质量物体的转动惯量。

2.实验器材

两个圆盘（蒸盘等）、粗线、横梁（晾衣架等）、待测物体和手机（已下载Phyphox 软件），用两个圆盘和粗线制作简易三线摆，制作时尽量保证悬线等长且固定在上下圆盘时要对称分布，最后将上圆盘固定在横梁上，制作越精细误差越小。

3.实验步骤

（1）用家中弹簧秤等测量质量的工具测量下圆盘的质量、手机的质量和待测物体的质量，用卷尺或格尺等测量长度的工具测量上、下圆盘的圆心到悬线点的长度，多次测量后取平均值，最后记录悬线的总长度。

（2）打开手机Phyphox 软件，选择“陀螺仪（转动速率）”，按下启动键。把手机水平放在下圆盘的中央，放的过程中保持原盘不动，使下盘转动一个小于5°的角度后放手，让手机中的软件记录圆盘转动20 个周期的数据。

（3）将待测物体放在手机上，待测物体的中心与圆盘的圆心重合，在此过程中手机位置保持不动，让手机继续记录转动20 个周期的数据。

（4）导出手机数据并记录，根据测量的数据，计算出待测物体的转动惯量。

三、大学物理实验课程线上线下混合式教学的建议

通过对大学物理实验课程教学模式的改革与探索，教学中在线下教学的同时结合线上教学，采用线上线下混合的模式，可以收到很好的教学效果。采用混合式教学模式的具体建议如下。

1.改变预习方式，提高课堂效果

原本学生预习实验的方式一般是在阅读实验指导书和教材后撰写预习报告，而混合式教学将学生的预习过程转变为线上预习。教师通过提前布置预习任务，针对各实验项目录制视频，主要讲解实验原理、操作步骤、数据处理方法和注意事项等。视频的时长尽量缩短，建议一部分一个小视频，方便学生回顾和反复观看[3]。此外，对于需要加深理解和掌握的内容，教师可以上传电子版资料供学生阅读参考，将各部分内容设置成闯关模式，学生只有完成相应任务节点才可以进入下一部分的学习。在每一个实验的最后部分，教师可以布置练习题考查学生的预习效果，并将此部分的分数作为平时成绩的一部分[4]。通过这种线上的预习方式，学生可以更有效率、更有方法地获取知识，培养自主学习能力，同时也帮助教师后期线下授课的有序进行。

2.关注实验操作，培养创新精神

在线下上课的过程中，由于学生们已经进行了线上预习，教师只需强调一些重难点内容，对于一些常识性内容和预习过程中涉及的内容，教师可以简要说明。因此，学生可以在课上有更多的时间来动手操作实验，教师也可以更细致地指导学生。混合式教学的优越性在于当学生在学习过程中遇到问题，可以通过线上学习平台进行反馈，教师及时答疑解惑，寻找共性问题后可发布任务，检测学生掌握情况。大学物理实验课的一个最重要的教学目标就是要培养学生的动手操作能力，教师需利用好学生课余时间，设计开放性实验项目，让有需要的学生们在课下进入实验室进行练习和操作。开放性实验可以是上课讲过的实验项目，学生在课下复习巩固，重复操作，也可以是进阶类实验项目，是课上实验的延伸，帮助学生提高发展，还可以是创新类实验项目，学生可以自拟实验题目，选择自己感兴趣的方向进入实验室进行操作，培养学生的创新精神和独立设计能力。

3.创新考核评价，实现素质发展

大学物理实验成绩由期末成绩和平时成绩两部分构成，其中期末成绩占60%，平时成绩占40%。平时成绩包括出勤5 分，实验报告由预习报告、课上实验操作和课后实验报告三个部分构成，共70 分，参加创新实验论文活动、开放实验自学、竞赛类等实践活动10 分，观看章节视频5 分，完成预习测验5 分，参与课堂互动5 分，最终总值为100 分。

混合式教学的考核评价方式需更多元化，采用线上线下共同评价，不要忽略学生线上学习的努力。教师通过开展实践活动和布置线上学习内容等，多维度、多方面地了解学生平时的学习情况，对学生进行监督和管理，使学生的评价结果更科学、更客观，不但能够督促学生平时能够有效学习，不再期末突击复习，也会使学生对大学实验课程更加重视，学习更有动力，从而实现学生素质的全面发展[5]。

线上教学为课程改革积累了经验，通过对在线教学的分析与研究，其优势显而易见，而今后线上线下混合式教学也将成为必然的趋势。在大学物理实验课程教学中应用混合式教学模式，实现课堂的翻转，可以提高课堂效果，增强学生的学习兴趣，培养学生的创新精神，是提高学生实验操作能力和科学素质的重要基础。教师要在课前、课中和课后三个阶段改变教学模式，创新教学方法，关注学生学习，从而实现教学和育人的目标。