王 濤,吳慶州

(南京理工大學(xué) 紫金學(xué)院，江蘇 南京 210023)

大學(xué)物理實驗作為大學(xué)生進(jìn)校后的第一門科學(xué)實驗課程，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的基本實驗技能，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，還可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神及創(chuàng)新能力. 然而，當(dāng)前的實驗教學(xué)面臨著諸多的問題[1-2]，如何改革實驗教學(xué)，充分發(fā)揮物理實驗課程在應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)中的積極作用[3]，是從事一線實驗教學(xué)工作者必須面對的問題. 隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及、現(xiàn)代信息技術(shù)及智能終端設(shè)備的快速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)教育正進(jìn)行著深度融合，以中國大學(xué)MOOC、愛課程、網(wǎng)易云課堂等為代表的互聯(lián)網(wǎng)教育平臺發(fā)展迅猛，任何人簡單到只要具有1臺能接入互聯(lián)網(wǎng)的智能手機(jī)，便可以享受到大量的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源. 慕課等互聯(lián)網(wǎng)云課堂的教育模式[4]，打破了傳統(tǒng)課堂單一的教學(xué)形式，使得受教育者不受時空的限制，真正做到學(xué)習(xí)可以隨時隨地[5]. 互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的快速發(fā)展，給實驗教學(xué)改革指明了方向，實驗教學(xué)要與當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)相融合，才能使課程更有活力、更有競爭力.

1 物理實驗傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問題

大學(xué)物理實驗課作為一門獨立課程，開課時間一般和大學(xué)物理課程同步，因而實驗所涉及到的相關(guān)理論知識學(xué)生往往還沒學(xué)過. 所以，在傳統(tǒng)實驗課堂上，教師需要先講解與實驗相關(guān)的理論知識，并介紹相關(guān)實驗儀器及操作等內(nèi)容. 這樣的講解占據(jù)了課堂的大量時間，留給學(xué)生動手操作的時間相對不足. 而實驗課作為一門實踐課程，必然重視學(xué)生動手能力的培養(yǎng)，實驗課堂更應(yīng)該體現(xiàn)學(xué)生的主體性，學(xué)生要積極主動地投入到實驗中，多動手，多操作，在實驗中發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，積極開擴(kuò)思維，勇于解決問題. 這樣的課堂是我們期待的，這樣的課堂才能有益于學(xué)生思維能力、動手能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，這也正符合大學(xué)物理實驗的課程目標(biāo)[6].

筆者所在的高校為一所獨立學(xué)院，多年來的教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)課堂上愿意多動手、多操作的學(xué)生不多，能提出問題、解決問題的學(xué)生很少. 另外，很大一部分學(xué)生是為了實驗而實驗，只顧把該測的數(shù)據(jù)測出來，但是對于實驗的目的、原理了解甚少，真正能清楚實驗?zāi)康?，了解實驗原理，然后有目的地去完成實驗的學(xué)生少之又少. 分析原因，大概有以下3個方面：

第一，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性不高. 作為一所普通民辦高校，學(xué)生普遍自覺性不高，課前的預(yù)習(xí)往往流于形式，只是將教材中的實驗?zāi)康?、原理等?nèi)容直接抄寫在實驗報告冊上，很少有學(xué)生能在課前反復(fù)仔細(xì)地閱讀教材，更不必說能主動去查閱相關(guān)資料做足課前的預(yù)習(xí)準(zhǔn)備工作了.

第二，傳統(tǒng)課堂教學(xué)的局限性. 傳統(tǒng)實驗課堂，在理論講解上花費大量時間，可供學(xué)生操作時間相對不足，課堂上，部分學(xué)生接收能力較弱或沒能認(rèn)真聽講，導(dǎo)致所授的理論知識沒有被及時消化吸收，學(xué)生一旦碰到稍微復(fù)雜些的實驗，擔(dān)心時間不足，便會在別人調(diào)節(jié)好的儀器上直接測量數(shù)據(jù)，更有學(xué)生直接抄襲或編造數(shù)據(jù).

第三，教學(xué)考核方式單一. 實驗成績的考核主要以學(xué)生實驗報告為主，教師比較重視實驗數(shù)據(jù)及誤差等實驗結(jié)果，往往忽略實驗過程中學(xué)生的表現(xiàn). 這種單一的評價方式，易造成部分學(xué)生為迎合教師的評分機(jī)制，實驗中弄虛作假.

以上種種現(xiàn)象，也是國內(nèi)同類高校大學(xué)物理實驗教學(xué)中普遍存在的問題，在當(dāng)前信息化背景下，國內(nèi)諸多高校近年來也不斷嘗試將現(xiàn)代信息技術(shù)運用于實驗教學(xué)改革[7-9]，也取得了一定的成績. 筆者將介紹本實驗中心近年來在教學(xué)和管理方面所做的信息化建設(shè)及成果.

2 建設(shè)網(wǎng)絡(luò)電子教學(xué)資源，助推實驗課堂的翻轉(zhuǎn)式教學(xué)

2.1 建設(shè)實驗預(yù)習(xí)平臺，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

學(xué)生在做實驗前普遍預(yù)習(xí)不夠充分，缺乏學(xué)習(xí)的熱情，對此，實驗中心創(chuàng)建了微信平臺公眾號，建設(shè)了多個實驗項目的網(wǎng)上教學(xué)資源，如圖1所示. 資源的建設(shè)，充分考慮到如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)激情，學(xué)生通過閱讀實驗項目所包含的背景知識，了解實驗的來龍去脈；通過實驗室場所、實驗儀器圖片的展示，在還未進(jìn)入實驗室便可以對將要進(jìn)行的實驗、要操作的儀器有感官的認(rèn)識，這些都能激發(fā)學(xué)生興趣，學(xué)生實驗前的預(yù)習(xí)更為主動、積極.

圖1 微信平臺實驗預(yù)習(xí)教學(xué)資源

針對每個實驗項目設(shè)計問題集，問題富含邏輯性，比如從實驗標(biāo)題涉及到的物理概念開始提問，然后實驗要做什么，解決什么問題(實驗?zāi)康?，怎么解決，測量哪些物理量(實驗原理)，如何著手解決(實驗儀器、操作步驟、數(shù)據(jù)處理)，學(xué)生通過對一系列問題的思考回答，來掌握實驗的相關(guān)知識. 通過這樣的啟發(fā)式提問，引導(dǎo)學(xué)生多思考，舉一反三，連續(xù)對學(xué)生進(jìn)行多個實驗項目的訓(xùn)練后，讓學(xué)生自己給自己提出問題，然后學(xué)生自己逐一解決，實現(xiàn)學(xué)生由主動學(xué)習(xí)向?qū)W會學(xué)習(xí)過渡，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力. 此外，根據(jù)我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)定位，注重物理實驗教學(xué)和學(xué)生專業(yè)、物理實驗和生活實際的聯(lián)系，拓展實驗內(nèi)容. 針對學(xué)生專業(yè)特點，提出更深層次的問題，讓學(xué)生理解物理實驗的基礎(chǔ)性以及在其專業(yè)學(xué)習(xí)中的重要性；將物理實驗涉及到的知識，用于生活實際，使實驗課教學(xué)變得生動有趣.

2.2 建設(shè)微課等教學(xué)資源，實現(xiàn)課堂翻轉(zhuǎn)式教學(xué)

移動互聯(lián)網(wǎng)時代下，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式成為教學(xué)改革的熱點[10]. 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的特點是將原本在課堂上由教師講授的知識改為學(xué)生課前學(xué)習(xí)，課堂時間用于學(xué)生與學(xué)生、教師與學(xué)生之間的討論，以此進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生對知識的消化吸收[11]. 翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，實現(xiàn)教學(xué)中以“教師為中心”向以“學(xué)生為中心”的轉(zhuǎn)變；促進(jìn)學(xué)生主動性、主體性的發(fā)展，體現(xiàn)人本主義的教學(xué)理念. 得益于慕課、微課等教學(xué)形式的推廣，使得大學(xué)物理實驗翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式可以實現(xiàn)[12].

如圖2所示，在建設(shè)課前預(yù)習(xí)問題集的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對實驗所涉及到的相關(guān)理論知識點、或者部分操作環(huán)節(jié)進(jìn)行精心設(shè)計，拍攝微視頻，供學(xué)生自主學(xué)習(xí). 課堂上教師只需要花較少的時間講解實驗，學(xué)生有了更多的時間來操作實驗，教師針對實驗中出現(xiàn)的問題，和學(xué)生一起探討交流，引導(dǎo)學(xué)生思考，擴(kuò)展學(xué)生思維，提升學(xué)生能力. 這種翻轉(zhuǎn)式的實驗課堂，學(xué)生積極性高、參與度高、課堂討論熱烈，學(xué)術(shù)氛圍濃，實驗教學(xué)效果顯著提高.

圖2 實驗課翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式

3 運用信息化手段，實現(xiàn)實驗室開放及便捷管理

3.1 建立實驗預(yù)約系統(tǒng)

實驗室開放，可以提高實驗室、實驗儀器的利用率，是高等教育培養(yǎng)創(chuàng)新人才、實現(xiàn)素質(zhì)教育目標(biāo)的客觀要求. 我們鼓勵學(xué)生預(yù)習(xí)時，若有需要，可以到實驗室觀看實驗儀器；需要重做實驗的學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)可以到實驗室重測實驗數(shù)據(jù)；因為請假等原因未能如期做實驗的學(xué)生可以申請補(bǔ)做. 然而實驗室因其特殊性，在開放的同時必須做好實驗室管理. 因此非正常上課時間來實驗室的學(xué)生都需要預(yù)約登記，由此將帶來巨大的管理工作量，為此，開發(fā)了實驗預(yù)約系統(tǒng)并將其集成在微信公眾平臺，如圖3所示. 學(xué)生直接在手機(jī)端進(jìn)行預(yù)約登記，登記結(jié)果可以及時反饋給相關(guān)教師，以便及時做出安排.

圖3 微信平臺實驗預(yù)約系統(tǒng)界面

3.2 建立實驗儀器故障報修系統(tǒng)

實驗課堂上，儀器出現(xiàn)故障是不可避免的，學(xué)生在發(fā)現(xiàn)儀器問題時，教師并不一定在現(xiàn)場，學(xué)生無處反饋問題時，如果有其他儀器可以使用，可能不再向教師反映問題儀器，導(dǎo)致有問題的儀器不能及時得到修理，影響后續(xù)教學(xué). 為此，搭建了實驗故障報修系統(tǒng)，如圖4所示. 學(xué)生填報問題儀器后，相關(guān)維修人員會及時得到消息，以便及時解決問題. 該平臺不僅可以使有問題的儀器得到及時維修，便于教學(xué)的正常開展，同時，平臺還記錄了儀器故障信息、維修記錄，對于實驗儀器維護(hù)有著重要意義.

圖4 微信平臺儀器故障報修系統(tǒng)界面

4 結(jié)束語

通過建設(shè)網(wǎng)絡(luò)電子教學(xué)資源，翻轉(zhuǎn)實驗課堂教學(xué). 一方面，促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，主動建構(gòu)實驗理論知識；另一方面，課堂上留有足夠的時間供學(xué)生進(jìn)行實驗操作，切實提高學(xué)生的動手能力、分析解決問題的能力. 翻轉(zhuǎn)式實驗課堂，使教師有更多的時間關(guān)注學(xué)生、關(guān)注學(xué)生在實驗中的表現(xiàn)，改善評價體系. 此外，信息技術(shù)與實驗管理的融合，實現(xiàn)了實驗室的開放及便捷管理，降低了教學(xué)管理的繁雜度，使實驗管理更好地服務(wù)于實驗教學(xué).