趙國儉 王旗

[摘 要]大學(xué)物理實驗是工科院校最重要的一門基礎(chǔ)課，為提高教學(xué)效能，應(yīng)該采用什么方式主導(dǎo)教學(xué)是每位相關(guān)教師必須考慮研究的一個嚴肅問題?；ヂ?lián)網(wǎng)的普及和計算機技術(shù)應(yīng)用的推廣，使“翻轉(zhuǎn)課堂”結(jié)合PBL教學(xué)模式變得可行和現(xiàn)實。特別是2020年全球疫情防控的特殊時期，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式發(fā)揮著決定性作用，且收到良好教學(xué)效果。文章就東北大學(xué)近年來該課程翻轉(zhuǎn)教學(xué)結(jié)合PBL教學(xué)法情況向同行們介紹，以示借鑒，為高?；A(chǔ)課教學(xué)助力。

[關(guān)鍵詞]大學(xué)物理實驗;翻轉(zhuǎn)課堂;慕課;PBL教學(xué)法

[基金項目]2020年5月東北大學(xué)“東北大學(xué)PBL教學(xué)法研究與應(yīng)用項目”（NEUJX04217）

[作者簡介]趙國儉（1964—），男，吉林長春人，理學(xué)碩士，東北大學(xué)理學(xué)院副教授，主要從事大學(xué)物理及實驗教學(xué)與研究;王 旗（1981—），男，遼寧沈陽人，物理學(xué)博士，東北大學(xué)理學(xué)院副教授，主要從事大學(xué)物理及實驗教學(xué)與研究。

[中圖分類號] G642[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）47-0-03[收稿日期] 2020-09-18

一、引言

大學(xué)物理實驗課是工科院校本科生重要的一門必修基礎(chǔ)課，通過對該課程的學(xué)習(xí)，可以鍛煉學(xué)生從理論知識的掌握到實踐能力的培養(yǎng)起著關(guān)鍵作用，是本科生培養(yǎng)計劃中重要教學(xué)環(huán)節(jié)。教好學(xué)好應(yīng)是每位當事教師或?qū)W生必須思考研究的一件大事，多年來，由于條件所限，一直沿用著傳統(tǒng)的教學(xué)模式來進行教學(xué)，但總不能達到預(yù)期效果。傳統(tǒng)物理實驗教學(xué)分三步走模式，即課前預(yù)習(xí)、課中實驗操作、課后寫實驗報告，但效果差強人意。首先說這三步走沒問題，符合教學(xué)規(guī)律，但學(xué)生若以最終實驗報告成績?yōu)樽非蟮谝荒繕说脑?，三步走的?zhí)行落實就出現(xiàn)了很大漏洞和問題。而翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式可以有效改善這種狀況，會使學(xué)生學(xué)習(xí)變被動為主動，達到教與學(xué)良性循環(huán)[1-5]。

二、小步慢走，循序漸進，效果明顯，穩(wěn)步落實

近年來，物理實驗教學(xué)中心完成了信息化建設(shè)的初步工作，在軟硬件方面均投入建設(shè)，并顯現(xiàn)出實際效益。硬件設(shè)備包含：電子門牌智能鎖、監(jiān)控系統(tǒng)、電源遠程控制系統(tǒng)等。軟件系統(tǒng)方面包含：實驗中心門戶網(wǎng)站、實驗室管理、實驗教學(xué)管理、實驗室開放管理、實驗室儀器設(shè)備管理等。實驗中心門戶網(wǎng)站實現(xiàn)了信息發(fā)布、資源共享、虛擬仿真平臺鏈接等功能。實驗室管理可管理實驗室使用用戶、門禁授權(quán)、實驗室監(jiān)控管理、實驗臺遠程電源控制等。實驗教學(xué)管理實現(xiàn)了選課與排課兩種運行方式的并行。物理實驗教學(xué)中心面向全校工科各專業(yè)開設(shè)“大學(xué)物理實驗”課程采用了學(xué)生選課模式，面向物理類專業(yè)實驗課程采用了排課模式。同時，將學(xué)生的預(yù)習(xí)、操作、實驗報告全部實驗課學(xué)習(xí)流程納入系統(tǒng)管理，提升了實驗室運行效率。實驗室開放管理系統(tǒng)面向?qū)W生課外開放共享實驗室，以競賽、大創(chuàng)為抓手，給予優(yōu)秀學(xué)生以更多的實驗室條件。受益于系統(tǒng)的建設(shè)，實驗室正在由關(guān)門向開門共享轉(zhuǎn)變升級。實驗室儀器設(shè)備管理系統(tǒng)有效地保證了實驗室儀器設(shè)備全生命周期的管理，配合了實驗室的6S標準化建設(shè)。

物理實驗教學(xué)中心在6S標準化、信息化的建設(shè)基礎(chǔ)之上開展了一系列的教學(xué)改革工作，開啟了實驗課教學(xué)的翻轉(zhuǎn)課堂、智慧教學(xué)，學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性被極大地調(diào)動起來。我校就有關(guān)大學(xué)物理實驗教學(xué)方面出現(xiàn)的問題做了深入思考和研討，根據(jù)現(xiàn)有條件以及客觀環(huán)境要求，對于如何改善教與學(xué)的關(guān)系做了多方面的嘗試，現(xiàn)把近年來分步驟改革經(jīng)歷過程做成下表所示。

上表中第三階段是很接近翻轉(zhuǎn)課堂模式了，當然，隨著時間的推移及經(jīng)驗積累，還可以做得更好一些。隨著網(wǎng)絡(luò)資源不斷豐富，教學(xué)方式不斷優(yōu)化調(diào)整，會使乏味的學(xué)習(xí)變得生動、有趣。學(xué)生不再單純地依賴課堂學(xué)習(xí)知識，課堂與老師的角色無形中發(fā)生了變化，老師更多的責任是去理解學(xué)生的問題并引導(dǎo)學(xué)生去運用知識解決問題。

三、疫情下大學(xué)物理實驗課高質(zhì)量完成

2020年春新冠肺炎疫情的暴發(fā)，對高校教學(xué)提出了嚴峻挑戰(zhàn)，如何保障高校教學(xué)順利進行，且不打折扣完成教學(xué)計劃是擺在每位教師面前的嚴肅問題。我們物理人審時度勢，認真探索，尋求新路。將困難當機遇，將機遇當動力，尋找出以翻轉(zhuǎn)課堂模式為理念，開辟線上教學(xué)新路徑，設(shè)計出大學(xué)物理實驗網(wǎng)上教學(xué)新模式，即家庭實驗及網(wǎng)上虛擬仿真實驗相結(jié)合模式。在實驗中心領(lǐng)導(dǎo)帶領(lǐng)下，教師們齊心協(xié)力，精心設(shè)計出符合特殊形勢下的實驗教學(xué)方案，引導(dǎo)學(xué)生注意觀察日常生活中的物理問題，了解到生活中普遍存在且很容易被忽略的問題，類似這些都可納入實驗課程計劃中，生活中事情大家很熟悉，把它提煉到物理層面的高度同學(xué)們一定會感興趣，并會投入高度熱情研究并學(xué)習(xí)。

1.觀察身邊生活，捕捉物理信息。比如觀察一盞照明燈（路燈或家庭照明燈），采用不同方式來觀察會看到不同的觀測效果。如直接用眼觀視、透過指縫觀視還是借助照相機直接拍照記錄，會看到意想不到的實驗效果。從拍照結(jié)果來看，會發(fā)現(xiàn)照片中出現(xiàn)了從燈中心發(fā)出的一些光線（星芒）。為什么是這樣，背后隱藏著哪些物理信息;再比如：將點燃的蠟燭放在瓶子后面，如果你從蠟燭的后面吹瓶子，蠟燭同樣可能熄滅。這又為什么會這樣。類似例子還有很多，都會引發(fā)學(xué)生們思考。諸如此類，很有趣，很生活，這就是物理問題。

2.可以利用手機做實驗。手機是當今社會人們手邊必備的通信工具，有誰會想到利用手機還可以做許多物理實驗。事實上手機里嵌著很多可供使用的傳感器，通過下載phyphox軟件可以激活使用。利用它可以做單擺實驗、電梯運行中的加速度測量實驗等等。下面幾幅就是利用手機記錄的時時動畫狀態(tài)。

通過仔細挖掘發(fā)現(xiàn)，手機功能實在是強大了，利用它可以做很多有趣有意義物理實驗，因此有同學(xué)非常感慨說：“通過這次手機實驗，我體會到，實驗不一定要在專業(yè)的實驗室里才能實現(xiàn)，實驗就來源于生活，只要細心觀察，從一件件小事中都能看到物理學(xué)的影子，各種物理定律無時無刻不對我們所在的世界發(fā)揮著作用！沒想到我們每天都在用的手機居然集成了這么多種類的傳感器，可見生活中要善于觀察，更要有探索精神！”

3.利用家里可利用的條件，可做些定性或定量探究性物理實驗。又如在設(shè)計測量重力加速度實驗中，充分發(fā)揮并挖掘家庭中現(xiàn)有的可用資源，如可將毛線當作擺線、小磁鐵塊作為擺球、卷尺可用來測量長度等，再如設(shè)計波動光學(xué)實驗中，像頭發(fā)絲，泡沫盒都有其用武之地，像這些平時常見的物件關(guān)鍵時刻都可派上用場。物理實驗不一定是高大上，也許是小精簡生活化，尋常百姓也可走進科學(xué)認識科學(xué)。家庭也可以是課堂，課堂就在身邊。在家做實驗，難免會缺少精確的設(shè)備，這在給自己帶來困擾的同時，也讓自己感受到了“自己創(chuàng)造條件”的樂趣。有的同學(xué)深有體會：“測重力加速度時，我把表弟的悠悠球給征用了，家里沒磁鐵，只好用光照來測周期，于是我用臺燈、兩個小音箱、一些書做了一個簡易的光電門，雖然測出的結(jié)果不一定像在實驗里那樣準確，但由于實驗從頭至尾都由自己設(shè)計、執(zhí)行，所以就對實驗有了更深刻的理解?！?/p>

4.虛擬仿真實驗是家庭實驗的有利補充。手機也不是萬能的，若不能進入實驗室做實驗，那么虛擬仿真就是最好的選擇。網(wǎng)絡(luò)上有很多各高?；蚩蒲袡C構(gòu)研發(fā)出來的物理虛擬仿真實驗，學(xué)生們可以選作一些自己感興趣的物理實驗，每個專題實驗項目提供的資料非常全面，有項目介紹、實驗演示等，學(xué)生們可以通過自主觀摩學(xué)習(xí)可以達到與線下相同的學(xué)習(xí)效果，像一些高大上實驗家里做不了，又不能進實驗室，那么做虛擬仿真實驗是最好的選擇，這是課堂翻轉(zhuǎn)的又一種方式。

5.“戰(zhàn)役版”大學(xué)物理實驗教材橫空出世。在2020年春季這一特殊時期，在師生共同努力下，制定并出版了符合當下需求且符合培養(yǎng)計劃的新型實驗教材—“戰(zhàn)役版”大學(xué)物理實驗。該教材涵蓋了力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等內(nèi)容，配套有實驗原理講解、實驗操作視頻、參考數(shù)據(jù)、自測題等資源，還增加了拓展學(xué)習(xí)部分，讓學(xué)生更好地了解物理學(xué)家在發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律過程中的故事，在大學(xué)物理實驗教學(xué)中完成立德樹人的根本任務(wù)。

經(jīng)過一段時間網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，得到了學(xué)生的廣泛認同。課堂翻轉(zhuǎn)方式有多種多樣，要因勢利導(dǎo)，尊重規(guī)律，注重效果。總而言之，同學(xué)們不管是在家做實驗還是進行虛擬仿真實驗，都能達到發(fā)現(xiàn)問題、認識問題、解決問題的目的，只要有探索精神，嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，那么課堂翻轉(zhuǎn)無處不在，生活處處是課堂。

四、翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)合PBL模式教學(xué)方式展望

1.加強慕課建設(shè)，完善慕課內(nèi)容及知識體系，為翻轉(zhuǎn)課堂提供豐富學(xué)習(xí)資源。

2.實驗課程核心內(nèi)容在于實驗操作，在這方面要積極運作、探索，要多做一些實驗操作視頻，每個視頻都要短小精悍，突出主題，內(nèi)容集中。能有效抓住學(xué)生渴望得到知識愿望及需求的心理，視頻的長度控制在學(xué)生注意力能比較集中的時間范圍內(nèi)。利用視頻具有暫停、回放等多種功能，可以自我調(diào)節(jié)、自我控制，這樣有利于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。

3.建立廣泛的暢通的交流平臺，架通信息共享通道橋梁。除了網(wǎng)絡(luò)上廣泛使用的微信、QQ等之外，還要利用好學(xué)校資源平臺。總之，利用一切可以利用的環(huán)境條件便于溝通信息、答疑解惑，為課堂翻轉(zhuǎn)助力，提高學(xué)習(xí)效率。

翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)合PBL教學(xué)法從根本上改變了教學(xué)實踐，優(yōu)化了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，提高了學(xué)習(xí)效率。物理實驗再也不是老師做一步、學(xué)生跟一步的“廣播體操”，而更像是老師制定規(guī)則、學(xué)生合作探究的“自由體操”，逐漸成為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、獲取物理知識、培養(yǎng)科學(xué)思維的重要途徑。

參考文獻

[1]蘇恒宇.基于PBL理念的翻轉(zhuǎn)課堂在建筑力學(xué)課程中的建設(shè)應(yīng)用[J].當代教育實踐與教學(xué)研究，2020（13）：19-20.

[2]張鑫.基于PBL的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式探索[J].知識經(jīng)濟，2020（19）：137+177.

[3]吳明彩，呂俊，徐蕾，陳祥攀.基于雨課堂的PBL翻轉(zhuǎn)課堂模式在生物化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].教育教學(xué)論壇，2020（21）： 378-379.

[4]王蕊麗，孔祥洪，郭陽雪.翻轉(zhuǎn)課堂中的大學(xué)物理實驗教學(xué)[J].教育教學(xué)論壇，2016（40）：279-280.

[5]趙秋瑭，陳小鳳，代錦輝，田榮剛.構(gòu)建基于“卓越計劃”的物理實驗教學(xué)體系[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2015，13（05）：105-107.

Abstract： College Physics Experiment is one of the most important basic courses in engineering colleges. In order to improve teaching quality， what teaching method should be adopted is a serious question that every relevant teacher must consider. With the popularization of the Internet and the application of computer technology， the combination of flipped classroom and PBL teaching model has become feasible and realistic. This paper introduces the flipped teaching combined with PBL teaching in Northeastern University in recent years， so as to provide references and help the teaching of basic courses in colleges and universities.

Key words： College Physics Experiment; flipped classroom; MOOC; PBL teaching method