曹顯瑩，曲　陽

(哈爾濱石油學院 實驗中心，黑龍江 哈爾濱 150028)

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基于慕課模式的大學物理實驗教學改革與創(chuàng)新

曹顯瑩，曲陽

(哈爾濱石油學院 實驗中心，黑龍江 哈爾濱 150028)

摘要：通過對傳統(tǒng)大學物理實驗教學現(xiàn)狀的分析與討論，指出了目前大學物理實驗課程的教學方法單一、枯燥，針對大學物理實驗課程的教學方法進行研究，把慕課模式引入大學物理實驗課中，將慕課模式的學習與傳統(tǒng)模式的課堂教學相結合，把學習理論知識放在慕課中，實驗操作部分放在傳統(tǒng)的課堂中，此方法可充分調動學生的積極性與主動性，并能培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和創(chuàng)新精神，從而提高大學物理實驗課的教學質量.

關鍵詞：大學物理實驗；慕課；教學方法

在科學技術迅猛發(fā)展的今天，高等理工院校人才培養(yǎng)的要求逐漸提高，大學生必須具備堅實的物理基礎、出色的動手實踐能力和勇于開拓的創(chuàng)新精神. 大學物理實驗是基礎教學的重要組成部分，是系統(tǒng)地訓練學生掌握實驗方法和實驗技能的開端，這門課程內涵豐富，覆蓋面廣，信息量大，對于激發(fā)學生想象力、創(chuàng)造力，培養(yǎng)和提高學生獨立開展科學研究能力具有不可替代的作用，所以學好物理實驗對于廣大理工科學生來說是十分重要的. 目前，對于傳統(tǒng)大學物理實驗教學存在幾點問題[1]：

1)教學模式呆板，教學內容固定、陳舊，以教師為中心，教師指定學生完成相應的實驗內容，學生被動地按照要求和操作步驟進行實驗，使學生對本來有趣的實驗失去興趣，這種教學模式無法培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神.

2)學習時間固定，學生只能在短短的課堂時間內完成教師所要求的實驗內容，這樣就避免不了有些學生為了應付而學習.

3)考核制度不完善，一般成績考核都以教師為中心，很難做到公平、公正.

近幾年，慕課像一場全球性的數(shù)字海嘯，給世界高等教育帶來了巨大的沖擊，引發(fā)了一場教育的風暴.

慕課(MOOCs)是 Massive open online courses[2]的簡稱，其意為：大規(guī)模開放性的在線課程. 慕課不僅是學習內容和學習者的聚集，更是一種通過共同話題或某一領域的討論將教師和學習者連接起來的方式[3]. 隨著信息技術的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普及，慕課受到了IT精英和教育專家們的高度關注[4]. 慕課相對于傳統(tǒng)教學具有如下特點：第一，課程時間較短，這要求課程更突出精華；第二，學生可以隨時隨地去學習，改變了傳統(tǒng)課堂教學模式；第三，將學生從被動學習轉變成主動思考.

本文針對現(xiàn)有的大學物理實驗教學模式展開研究，把慕課模式引入大學物理實驗課中，將慕課模式的學習與傳統(tǒng)模式的課堂教學相結合，把學習理論知識放在慕課中，將實驗操作部分放在傳統(tǒng)的課堂里，這樣學生就可以自行選擇學習時間和學習地點，不受傳統(tǒng)課堂的時間和地點限制，只要有網(wǎng)絡的地方學生均可學習，然后在課堂上進行實驗操作以及數(shù)據(jù)處理等過程，最后進行課堂討論，這樣既節(jié)省了課堂上理論知識的講授時間，又增加了學生的實驗操作時間和討論環(huán)節(jié)，并且學生有充分的時間來自主設計實驗方案，組裝實驗儀器，從而提高了學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新意識.

1傳統(tǒng)大學物理實驗教學模式分析

對石油工程系、機械自動化工程系的大學物理實驗課的預習情況和實驗操作成績進行統(tǒng)計. 表1是石油工程系和機械自動化工程系學生的預習情況，從表中可看出的有5%的學生沒有預習報告，86%的學生的預習報告照抄實驗教材，只有10%的學生能夠真正地查文獻找資料，完成預習過程. 分析原因有以下幾點：1)由于學生是非物理專業(yè)，所以對物理實驗的重視度不夠，學習不積極主動. 2)學生不知道應該怎樣預習物理實驗，從而導致預習報告只能照抄教材. 3)學生接受了以往的灌輸模式學習，不愿意由被動學習變?yōu)橹鲃訉W習，這就造成了學生在課堂上過于依賴教師的講解和演示，而實驗課時不充足，若占用過多時間進行講解和演示，學生動手的時間就會很少，達不到實驗教學的真正目標與效果[4]. 從而導致實驗操作考核成績不及格的人數(shù)較多.

表1　石油工程系、機械工程系學生的預習情況

表2是石油工程系與機械自動化工程系的實驗操作考核成績，從表2能夠看出僅有18%的學生獲得實驗操作部分的優(yōu)秀成績，而大多數(shù)的學生操作成績達到及格，有23%的學生在操作部分無法拿到及格的分數(shù). 這一結果說明了學生無法獨立地完成整個實驗過程，并且不會進行數(shù)據(jù)處理、誤差分析，在實驗中出現(xiàn)問題不能獨立解決，只能求助于教師.

表2　石油工程系、機械工程系實驗操作成績

為了更好地解決以上問題，將“慕課”的教學形式融入大學物理實驗課程. 通過慕課，學生在實驗前進行個性化地自主學習完整個實驗課程，避免了學生預習不理想的情況，在課堂上進行有序的實驗，在教師帶領下進行設計實驗方案，動手組裝實驗儀器，討論實驗結果，從而使學生真正地理解實驗的真諦，不會出現(xiàn)考試過程中不會操作，對實驗現(xiàn)象不會分析等情況.

2大學物理實驗課程融入“慕課”的教學形式，改革其教學方法

以增強學生科學素質、提高學生科學思維意識為準則，通過改善教學模式，使學生由被動學習轉變成主動學習，鼓勵學生為自己的學習負責，從而提高大學物理實驗教學質量，改革的課堂教學方案如圖1所示.

圖1　大學物理實驗教學改革方案

2.1慕課模式的學習

學生可以通過在線視頻學習實驗課程，包括學習實驗背景、實驗原理、實驗內容、實驗步驟等，與傳統(tǒng)教學模式相比，慕課模式的優(yōu)點是學習者可以自行選擇學習時間及學習地點，同時可以針對不懂的部分有針對性地進行回放學習，直到能夠完全看懂、學會為止. 這樣不僅可以減少教師在課堂的講授時間，而且能夠提升學生在課堂的自信心，提高了學生的學習效果.

視頻可選取國內外著名高校的教學視頻拼接，也可請有經(jīng)驗的一線教師錄制. 學生可以借助在線習題進行自測以鞏固學習效果、加深理解實驗原理. 習題及答案由專家及有經(jīng)驗的一線教師擬定并發(fā)布. 當完成此次課程后可進入在線虛擬課堂與其他在線學習者進行交流互動，在進一步加強對本次課程的理解的同時進行實驗內容以及實驗方案的討論，也可將問題以討論帖的形式掛于虛擬課堂的虛擬“黑板”上，待后來的學習者參與分析與討論，同時教師定期或不定期上線給予疑難問題的解答與指導.

通過這種慕課模式的學習、討論，學生由被動參與者變成了主動學習者，并且只要有網(wǎng)絡的地方，學生可以隨時隨地學習，解決了課堂教學局限性的問題.

2.2課堂教學模式改革

通過在線學習，學生對實驗原理、實驗內容、實驗操作步驟已經(jīng)初步掌握，教師和學生共同走進傳統(tǒng)的課堂進入動手操作環(huán)節(jié).

1)首先要求學生按實驗教材內容順利完成實驗，并對產(chǎn)生的實驗現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù)進行分析，判斷實驗結果是否符合理論預期.

2)學生完成指定的實驗后，教師引導學生對此實驗進行討論，討論的內容由淺入深，一般包括：出現(xiàn)某種實驗現(xiàn)象的原因，數(shù)據(jù)中誤差的來源，如何減小測量過程中出現(xiàn)的誤差，計算誤差的不確定度，制定其他可行的實驗方案，等等.

3)通過由淺入深地學習，學生能夠自己設定實驗方案，教師對學生設定的實驗方案進行修改，幫助學生順利完成實驗. 在設計實驗方案的過程中，學生能夠掌握主動權，有獨立思考的機會，能夠清楚哪些是自己的強項和弱項，從而取長補短，關注如何提高自身學習能力的策略和習慣.

4)學生獨立搭建實驗裝置，完成整個實驗過程. 在教師的指導下，學生自己搭建新的實驗裝置，并完成實驗數(shù)據(jù)的測量和處理過程，并進行誤差分析與計算. 在這個過程中，學生認為在學習中值得冒險嘗試新方法，他們能夠從錯誤中吸取經(jīng)驗，舉一反三，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和對科學的嚴謹態(tài)度. 在這個過程中，學生與教師的共同學習，減少了距離感，有利于教師因材施教.

2.3成績考核制度改革

嚴格的考核制度是保證優(yōu)良教學質量必不可少的前提條件[3]. 目前，大學物理成績考核制度分為實驗操作與筆試成績，比例分配各占50%. 為提高學生對實驗的積極性，改變成績考核制度，將成績考核分為線上自測、實驗操作和筆試成績，比例分別為1∶4∶5，滿分為100分.

對于能力較強的學生可以申請期末考試免試，申請免試的學生除要取得平時的基本實驗、綜合訓練、考題討論課等教學環(huán)節(jié)的優(yōu)異成績外，學生還要選擇教師設置的一些創(chuàng)新型實驗，要求學生自己查閱資料、分析理解、制定實驗方案，學生可以在開放的實驗室里改進或重新制作實驗裝置，設計新的實驗內容，并完成實驗研究論文[4].

3融入慕課思想的教學實踐

作者于2015年3月針對邁克耳孫干涉實驗課對本校2014級140306班采取了試點教學. 首先準備預習環(huán)節(jié)的視頻，視頻內容主要為邁克耳孫干涉實驗的背景、實驗原理以及實驗內容. 學生在課下預習視頻，了解邁克耳孫干涉實驗的精髓及實驗內容. 課堂上教師運用10 min講解操作實驗儀器的注意事項，留給學生45 min進行基于邁克耳孫干涉儀的光波長測量實驗，并利用剩余的35 min由教師引導學生進行討論. 討論題目根據(jù)實驗內容預先設計好，例如：最初設計邁克耳孫干涉儀的目的是什么？現(xiàn)今邁克耳孫干涉儀的應用領域有哪些問題？等等，以此提高學生對邁克耳孫干涉實驗內涵的理解.

通過上述教學環(huán)節(jié)2014級140306班所得成績列于表3，同時將2013級130305班的邁克耳孫干涉實驗課成績作為對比也列于表3. 2013級130305班人數(shù)為35人，采用的是傳統(tǒng)的教學模式，2014級140306班的人數(shù)是33人，采用的是本文所述的教學模式. 通過表3的數(shù)據(jù)可以看出：1)預習環(huán)節(jié)優(yōu)秀和良好的比例明顯增大，成績提高顯著；2)實驗操作環(huán)節(jié)的成績提高并不明顯；3)實驗報告成績有所提高. 通過課堂狀態(tài)分析，實驗操作環(huán)節(jié)的成績提高不明顯的原因是課堂操作時間短，在增加課堂操作時間的同時需要有針對性地增加學生動手能力的訓練.

表3　近2年的邁克耳孫干涉實驗課成績統(tǒng)計表

4結束語

本文將慕課模式引入大學物理實驗課中，將慕課模式的學習與傳統(tǒng)模式的課堂教學結合，在大學物理實驗課堂充分利用慕課的優(yōu)勢，縮短了教師講解環(huán)節(jié)和機械式的重復過程，留出大部分時間用于學生實驗操作時間和討論，有利于激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的主動性，培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新意識，從而提高了物理實驗教學質量.

參考文獻：

[1]賈賢安,劉一華,詹春曉,等. 力學實驗教學改革的探索與實踐[J]. 合肥工業(yè)大學學報(社會科學版),2003,17(5):88-90.

[2]Mackness J, Mak S, Williams R. The ideals and reality of participating in a MOOC [C]//Networked Learning Conference, 2010:266-274.

[3]王庭槐. MOOC:席卷全球教育的大規(guī)模開放在線課程[M]. 北京:人民衛(wèi)生出版社,2014.

[4]吳宗漢,錢峰,周雨青. 改革大學物理實驗教學創(chuàng)建大學物理課程新體系[J]. 物理通報,2006(8):10-13.

[5]羅青. 大學物理考核方式探討與研究[C]. Proceedings of 2010 Third International Conference on Education Technology and Training(Volume 4).武漢：湖北省高教學會高校計算機教育委員會，2010.

[6]趙婷婷.大學物理實驗教學與創(chuàng)新[J].大學物理實驗，2014，27(5)：110-112.

[責任編輯：郭偉]

Reform and innovation of college physics experiment teaching method based on MOOCs mode

CAO Xian-ying, QU Yang

(Experiment Center, Harbin Institute of Petroleum, Harbin 150028， China)

Abstract:Through the analysis and discussion of the status of traditional university physics experiment teaching, the teaching method of experiment of college physics were monotonous and boring. To solve these problems, the reform of teaching methods to enhance the teaching quality of experiment of college physics was discussed. MOOCs mode and traditional classroom instruction mode were combined, theory was learned in MOOCs and operation was carried out in traditional classroom. The enthusiasm and initiative of students were aroused by this teaching methods, their scientific literacy and innovative spirit were also developed, thus the teaching quality was improved.

Key words:college physics experiment; MOOCs; teaching method

中圖分類號：G642.423

文獻標識碼：A

文章編號：1005-4642(2016)05-0025-04

作者簡介：曹顯瑩(1984-)，女，山東邳墨人，哈爾濱石油學院實驗中心講師，碩士，從事物理實驗教學研究工作.

收稿日期：2015-12-24；修改日期：2016-03-03