“互联网+”背景下“大学物理实验”教学的探索

郑东裕

辽宁理工职业大学基础教研部 辽宁锦州 121000

在现今社会,移动互联网技术迅猛发展。“互联网+”教育也在各学科教学中得到广泛应用,利用互联网平台不仅可以有效创新教学模式,还可以丰富教师的教学思路,增强学生自主创新学习能力。物理学是一门实验科学,一切物理定律都是以严谨的科学实验为基础而概括总结出来的。“大学物理实验”课程是一门重要的基础课程,是学生掌握实验方法、掌握实验技巧的开始,对激发学生的想象力、创造力,培养和提高科学素养意义重大。因此,如何抓住“互联网+”迅猛发展的机遇,开拓创新、科学地设计“大学物理实验”课程,是“大学物理实验”教学必须解决的问题[1-2]。

1 “互联网+”背景下“大学物理实验”教学的主要优势

1.1 从被动学习到自主实验,促进学生学习模式的转变

利用“互联网+”教学模式给学生更广阔的学习空间。学生可以利用所有的空闲时间学习,同时,教师可以安排开放的话题,引导学生突破书本限制,自由搜索学习资源,充分发挥学生的学习主动性和热情,促进学生向自主学习和探索的转变。在传统模式中,学生对于实验预习往往不够重视,采用“互联网+”模式实施预习,可以设置闯关模式,规定必须完成预习任务才能预约实验,在一定程度上强化了学生预习实验的自觉性,提高预习的效果。

1.2 整合各种网络教学资源,丰富“大学物理实验”教学情境

“大学物理实验”课程特别重视理论与实践的结合。在短时间内,很多同学认为如果只理解实验原理相对容易一点,但要很好地掌握实验操作还有一定难度。利用“互联网+”模式,可以整合远程教育、网络课堂、慕课、微课等教学资源,实现图片、文字、视频、音频等相关教学资料的开放共享,创设物理实验教学情境。传统教学过程中,上课前学生仅仅对照教材简单完成实验目的、实验原理的抄写,没有对实验原理、实验操作真正熟悉。采用“互联网+”模式可以有效弥补该不足,丰富学习资源、先进的学习理念和科技前沿知识,让学生对所做的实验有更深层次的理解,满足不同层次学生的兴趣和需要[7]。

1.3 师—师之间、师—生之间的交流更为顺畅

利用互联网,即使是不同院校的教师之间也可以很好的交流经验,个人教学研究成果也可以利用网络相互分享,大家共同进步,促进教学水平提高。师生之间以及学生之间也可以利用网络传输和共享各种资源,加强团队合作,提高学习效率;“互联网+”的发展,使师生之间交流突破时空限制,可以通过网上预约、网上问答等互动教学活动,随时随地展开,帮助教学顺利实施。由于学生在课前进行了充分的预习,教师在实验课上的时间得到了“解放”,能更多关注学生整个物理实验过程,在有限的课时内,发现并解决问题,有效地培养学生的学习兴趣和实验能力,开发学生的创新思维[7]。

2 “互联网+”背景下“大学物理实验”教学体系建设

2.1 建设“大学物理实验”网络学习平台

主要依托校园网,按照“实验预习、实验模拟、实验报告”的结构建设“大学物理实验”学习平台,为学生提供了“大学物理实验”一站式学习平台。学习平台建设区分学生端、教师端以及设备中心三部分,整体结构如图1所示。平台基于J2EE的技术,采用B/S三层体系结构,数据库为Oracle 11g,开发环境为Eclipse。

图1 “大学物理实验”教学平台整体结构

学生端基本功能主要包括实验预习、实验模拟、实验报告填报三项主要功能。实验预习模块可以查看实验相关的PPT、视频、网络资源。实验模拟部分根据实验类型利用3D MAX和Unity的Animation动画两种方式进行制作,按照一定比例对实验仪器进行建模、模拟实验操作。教师端主要功能包括实验管理、报告管理、学生管理三部分。通过该网络学习平台,教师可以根据自己的想法,为学生建立课程学习资源,提出预习要求,整合相关资料。学生按照教师的要求完成实验预习,进行实验预约,并利用仿真或动画模拟实验操作。实验结束后可以在平台上传实验报告,教师进行评阅打分。

2.2 建设“大学物理实验”微信学习平台

在网络学习平台的基础上,利用微信公众号,建立校大学物理实验微信学习平台。该平台主要功能包括教师简介、实验室简介、实验学习资源的下载,最主要的功能是可以利用微信公众号的推送功能,及时提醒学生最新的实验任务,及时登录网络学习平台完成实验预习。另外,可以向学生推送实验相关的科技新闻、我国的主要科技成果以及重要的时政新闻,以拓展学生的视野,同时鼓励学生向公众号投稿,给学生提供一个展示自我的空间。

2.3 构建师生交流互动渠道

通过微信公众号留言功能、“大学物理实验”学习平台讨论区建设以及QQ群等方式搭建“互联网+”师生交流互动平台,重点解决学生与教师之间的互动、探讨断层的问题。学生之间可以相互交流学习心得,进行小组合作学习,增强学生对实验学习的认同感、归属感。同时,及时发布相关教学信息,将实验时间表、实验课件及内容、实验项目简介、注意事项等文件上传到QQ群,师生之间可以随时交流讨论,研究问题,有效拉近师生距离。

3 “互联网+”背景下“大学物理实验”教学探索实践

教学过程主要分三个阶段进行,即课前预习、课中教学、课后评价。整个教学过程如图2所示。现以利用“霍尔效应测磁场”这一经典“大学物理实验”项目为例进行说明。

图2 “互联网+”“大学物理实验”教学模式

3.1 优化课程体系,抓好课前预习资源建设

霍尔效应测磁场是一个基本实验,其原理在“大学物理”课程中同学们有了基本了解,但仍然不是很清楚。因此,在预习资源建设上主要包括以下几个方面内容。一是霍尔效应原理复习,通过将中国大学MOOC里大学物理里面关于霍尔的相关微课引入学习平台,让学生对霍尔效应有个详细了解;二是霍尔效应测磁场实验原理、实验操作预习,将自制的课件和自制的教学微课视频放在学习平台,课前学生通过学习平台观看自制视频、实验说明进行预习,并完成自测题目和预习报告;三是实验模拟练习,利用仿真实验和平台模拟实验操作,熟悉实验过程;四是数据处理内容学习,通过自制微课视频,讲解数据处理的方法和要求,让学生模拟进行数据处理和误差分析;五是介绍实验中相关的副效应,包括里吉—勒杜克效应、埃廷斯豪森效应、能斯特效应等内容,引发学生思考;六是拓展学习内容,将霍尔效应实验与最新技术和工程应用相结合,如介绍霍尔传感器的应用,可以利用霍尔传感器测量位置、制作成键盘开关、油箱的油位指示器、电动跑步机等,并布置开放题目,让学生自行搜索霍尔效应的应用实例,培养学生工程应用能力和创新意识。另外,利用微信公众号,推送霍尔的故事,介绍该现象是其在读研究生期间发现的,和同学们现在的年龄差不多,鼓励学生要努力学习,同时要善于观察和思考,实施课程思政教育。还可以分享霍尔效应应用的相关科研文章如电子辐射仪的原理和应用等相关文章,丰富学生的学习资源。通过设计具有工程应用背景的教学案例和思考问题,让学生在课堂上了解实验项目的实际应用价值。在预习的同时,让学生及时反馈理解上的问题、主要困难所在,带着问题走进实验室,也方便教师及时调整教学内容。

3.2 师生深度互动,提高课堂教学质量

在实验课上,教师根据提前准备的课件内容,可以简化解释性的内容,重点放在解决学生问题上。例如该实验课上,学生普遍对实验中副效应的消除存在疑问,教师可以在详细讲解副效应消除办法的同时,组织学生小组讨论,并进行实验验证,用实验检验副效应是否存在,将学生对实验的兴趣调动起来。由于学生对实验操作基本熟悉,这样就节省课堂讲解时间,学生有更多的时间进行动手操作,教师和学生也有更多的时间在课堂上交流和互动[4-6]。教师可以对学生实验过程进行监控,解决学生面临的实验问题。学生完成一项实验任务后,需要及时拍照,并在课后上传至学习平台上,方便教师评定实验成绩。

3.3 多方位考量,改革学生成绩评价体系

传统的评定方式由于实验人数众多,多以实验报告的完成质量进行评定,就出现部分同学参与度不高,课后不能独立完成实验报告,没有真正对学生的学习效果进行评价。在“互联网+”授课模式下,学生综合成绩可分为实验预习、实验操作、数据处理、拓展加分几部分组成。其中,实验预习占20%,由系统自动生成,学生按照规定任务,完成预习要求并通过在线测试,根据完成的时长和测试结果由平台自动评分。实验操作部分成绩占30%,由教师根据学生现场的实验照片记录和现场的表现由教师综合给出。数据处理部分成绩占40%,课后学生完成实验数据处理,撰写实验报告上传到学习平台,教师在平台上对学生实验报告进行批阅打分。另外教师利用课上和微信公众号等渠道布置开放性问题,引导学生自行钻研探索完成,该项成绩记为拓展加分占总成绩的10%,该项也可用来奖励学生积极参与课堂改革、互动、进行实验创新等方面加分[8]。

4 “互联网+”背景下“大学物理实验”教学成效

通过教学实践发现,利用“互联网+”模式授课后,学生参与学习的主动性和积极性明显得到增强。课前,学生对基本实验知识掌握得更加充分,实验中更容易提出有效的、高质量的问题。学习过程中,师生的交流也更加频繁。学生自主学习,探究和批评的意识更强,数据处理质量更高。对科学研究的过程有了更加深刻了解。实践表明,在实验反思环节,学生思考更加深入。实验结束后,个人的心得更加充实,实验报告完成质量有明显提高。为检验改革效果,依托本校2020级2个教学班,教学分别采用传统的授课方式和“互联网+”的授课方式,对比表明运用“互联网+”教学模式,学生普遍学习热情较高,实验操作上手快,思路更为开阔,相对于传统模式,成绩也有很大提高。

总之,“互联网+”背景下的“大学物理实验”课程教学模式具有教学方法灵活多样、师生交流实时方便、实验资源利用率高、探索空间广阔等优点。通过“大学物理实验”学习平台的建设,使学生课前较好地完成实验原理、实验操作和数据处理基本要求。在课堂上,通过有效的师生互动,提高课堂效果。课后,通过扩展实验内容和综合评价成绩,对学生进行科学评价。当然,随着移动互联网技术的不断发展,需要不断创新,更新教学模式和内容,培养合格的创新人才。