黃世娟，黃品文，鮑偉成，魏東

一種開放式智能化“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式與初步實(shí)踐——基于工科類“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程現(xiàn)狀調(diào)研＊

黃世娟1，黃品文1，鮑偉成1，魏東2

（1.浙江水利水電學(xué)院，浙江 杭州 310018；2.新華三集團(tuán)，浙江 杭州 310052）

在教育現(xiàn)代化大背景下，調(diào)研了工科類“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程的教學(xué)現(xiàn)狀，提出了一種將互聯(lián)網(wǎng)+智能手機(jī)APP融入課堂“教”“學(xué)”“做”“評(píng)”各個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)模式，建立整合實(shí)驗(yàn)預(yù)約、電子資源、實(shí)驗(yàn)過(guò)程監(jiān)管、實(shí)驗(yàn)報(bào)告自動(dòng)評(píng)閱等多平臺(tái)的系統(tǒng)，構(gòu)建“線上課前預(yù)習(xí)、課中實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋、課后數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)報(bào)告及視頻翻轉(zhuǎn)制作”的綜合量化評(píng)價(jià)體系，積累平臺(tái)數(shù)據(jù)，進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析。該教學(xué)模式初步在該校開展，并取得了較好的教學(xué)效果反饋。

“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”；教學(xué)模式；開放式實(shí)驗(yàn)室；智能化管理

“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”是教育部確立的大學(xué)理工科專業(yè)六門基礎(chǔ)必修課之一，是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)階段后接觸的第一門基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)課程，是后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)，更是對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾h(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、研究能力、創(chuàng)新能力以及解決實(shí)際問(wèn)題的能力等方面有著十分重要的作用[1-2]。

2019-02，中共中央、中國(guó)國(guó)務(wù)院印發(fā)了《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》，堅(jiān)定科教興國(guó)、人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，提出到2035年，總體實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化，邁入教育強(qiáng)國(guó)的行列，建設(shè)智能化校園，統(tǒng)籌建設(shè)一體化智能化教學(xué)、管理與服務(wù)平臺(tái)，加快信息化時(shí)代教育變革。基于此，文獻(xiàn)調(diào)研分析了當(dāng)前部分高校“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程現(xiàn)狀，包括實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀、課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)模式等以及信息技術(shù)滲入“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程現(xiàn)狀，最后，結(jié)合前人的研究實(shí)踐基礎(chǔ)和國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)，提出了一種開放式智能化“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)模式和教學(xué)設(shè)計(jì)體系，并對(duì)其可行性進(jìn)行了分析，旨在為高校理工科尤其是工科“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程的開展提供參考，提高課堂教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)和提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

1 “大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程現(xiàn)狀分析

近幾年來(lái)，“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”教學(xué)正面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。一是不斷擴(kuò)大的高校招生規(guī)模以及新高考制度改革使得生源的物理知識(shí)水平參差不齊。以浙江省為例，2017年新高考制度全面實(shí)施開始，選考物理的學(xué)生數(shù)逐年下降，甚至部分高校的部分理工科專業(yè)有50%以上的學(xué)生未選修物理，導(dǎo)致學(xué)生缺乏基本的物理思想和物理模型鍛練。二是當(dāng)下出于種種原因考慮，部分高校的“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)被不斷壓縮。三是國(guó)家提倡素質(zhì)教育，它對(duì)“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”教學(xué)提出了更新更高的要求，一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不僅要具有豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵，還要對(duì)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)、創(chuàng)新能力起到良好的指導(dǎo)作用。這無(wú)疑使得“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)模式和教學(xué)體系設(shè)計(jì)改革迫在眉睫。

1.1 實(shí)驗(yàn)條件及教學(xué)模式

從王亞偉等人[3]對(duì)華東地區(qū)38家教學(xué)單位2015年的調(diào)研情況來(lái)看，經(jīng)過(guò)幾年的密集建設(shè)，實(shí)驗(yàn)室硬件條件有較大改善，運(yùn)行經(jīng)費(fèi)也有所提升，但仍然有大部分高校的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室的面積集中在1 000～3 800 m2，每年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)運(yùn)行經(jīng)費(fèi)不足8萬(wàn)元的就有17家，而其中實(shí)驗(yàn)室面積比較大且運(yùn)行經(jīng)費(fèi)比較充足的多是985、211高?；虻胤街攸c(diǎn)高校。從專職教師的情況來(lái)看，2008年以來(lái)近7年的時(shí)間內(nèi)有23家單位的教師人數(shù)基本無(wú)變化，而且部分單位的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員在減少，整體隊(duì)伍學(xué)歷偏低，相對(duì)于實(shí)驗(yàn)室硬件條件的改善和面積的增加，這十分有礙于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步。

從實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容來(lái)看，主要分為驗(yàn)證型基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、研究性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性及創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，但從實(shí)際開展情況來(lái)看，大部分學(xué)校仍以驗(yàn)證型基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)為主；部分學(xué)校有自己的選課系統(tǒng)[4-6]，如福建師范大學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、浙江大學(xué)城市學(xué)院、安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)等，學(xué)生可以自主預(yù)約實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，包括選修和必修項(xiàng)目，也有部分學(xué)校受限于實(shí)驗(yàn)條件，只能按專業(yè)固定所做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。中國(guó)石油大學(xué)（華東）理學(xué)院[7-8]目前正在實(shí)施的是一種定制式教學(xué)，也即分層次教學(xué)，根據(jù)不同的專業(yè)培養(yǎng)要求，比如工科、理科和創(chuàng)新班，內(nèi)容包括必修、選修和探究型。

從實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式來(lái)看，大部分學(xué)校主要還是以教師先講解，學(xué)生再做為主。北京理工大學(xué)物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心[9]調(diào)研了英國(guó)蘭開夏大學(xué)的“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”開放式教學(xué)模式，開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)是指實(shí)驗(yàn)時(shí)間、空間、內(nèi)容、資源及教學(xué)方法、教學(xué)評(píng)價(jià)等是開放的，學(xué)生有自主選擇權(quán)，這能極大地促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造性綜合能力的培養(yǎng)。華中科技大學(xué)物理系[10]從1999年開始實(shí)行開放式的教學(xué)管理模式，但是受限于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)人數(shù)的不斷增多，課程考核面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)，且無(wú)法在其他學(xué)校借鑒展開。其他部分學(xué)校的開放式教學(xué)也多限于學(xué)生的因故補(bǔ)做和課外活動(dòng)等，開放效率比較低。

1.2 實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)模式

目前，各高校普遍采用平時(shí)考勤和預(yù)習(xí)成績(jī)、平時(shí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)、理論考試及隨機(jī)實(shí)驗(yàn)操作考試成績(jī)的評(píng)價(jià)模式，其中實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)的占比相對(duì)較高，實(shí)驗(yàn)操作部分和預(yù)習(xí)部分的情況不能很好體現(xiàn)。針對(duì)這種情況，2004年有研究者提出模糊綜合評(píng)判法[11]評(píng)價(jià)“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”成績(jī)。直到2015年[12]，該方法也未能大面積展開，至今也沒(méi)有繼續(xù)推廣。華南師范大學(xué)物電學(xué)院[13]提出了一種發(fā)展性表現(xiàn)性成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)模式，對(duì)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)制訂一個(gè)詳細(xì)的表現(xiàn)性評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，但是也只是在很小的范圍內(nèi)實(shí)施。這兩種方法雖都能很好地解決傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法存在的問(wèn)題，但是并沒(méi)有實(shí)際展開的主要原因是需要實(shí)時(shí)錄入成績(jī)且環(huán)節(jié)復(fù)雜，如果不能借助計(jì)算機(jī)，則教師的工作量將很大，且課堂效率低下。也有部分研究者提議，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要考察學(xué)生的科學(xué)態(tài)度，對(duì)“錯(cuò)數(shù)據(jù)”不能“一棒子打死”；增加評(píng)價(jià)主體，讓學(xué)生和教師均參與評(píng)價(jià)，自評(píng)和互評(píng)相結(jié)合；期末考試的成績(jī)可以多樣化，比如理論考試、口頭報(bào)告、操演等。

1.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

雖然“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程在理工科院校得到了足夠的重視，但綜合來(lái)看，目前大部分高校的“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”教學(xué)存在以下問(wèn)題：①“填鴨式”教學(xué)，驗(yàn)證理論模式仍然是主導(dǎo)。教師在3 h的實(shí)驗(yàn)課中，往往致力于口頭介紹實(shí)驗(yàn)理論原理、實(shí)驗(yàn)儀器調(diào)節(jié)和使用、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理和諸多實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等。②實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容繁多，而課時(shí)有限，學(xué)生疲于理解掌握，影響了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)思考的積極性，教學(xué)效果不好。學(xué)生在課前往往花很少的時(shí)間或根本沒(méi)有花時(shí)間去認(rèn)真預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的原理和內(nèi)容，所以在課堂上只是一味地遵循教師的講解步驟做實(shí)驗(yàn)，根本不考慮正在做什么或者為什么這么做。③實(shí)驗(yàn)課堂同時(shí)做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生人數(shù)較多，且專業(yè)背景不同，其物理理論基礎(chǔ)及動(dòng)手能力參差不齊，教學(xué)效率低。一位實(shí)驗(yàn)教師要同時(shí)指導(dǎo)幾十個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，分身乏術(shù)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并改正學(xué)生的操作錯(cuò)誤，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)不能及時(shí)有效地檢查實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致部分學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效率低。④課程成績(jī)考核評(píng)價(jià)體系相對(duì)單薄。學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后呈交上來(lái)的只有一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，不能體現(xiàn)課前預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作部分的情況等，導(dǎo)致大部分學(xué)生對(duì)“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程不夠重視。

2 信息技術(shù)滲入“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程現(xiàn)狀分析

在教育領(lǐng)域，信息技術(shù)的應(yīng)用正逐步地改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，豐富教學(xué)內(nèi)容，使教學(xué)方式多樣化，為高校的課程建設(shè)和教學(xué)改革提供有力的環(huán)境條件和技術(shù)支持。目前，信息技術(shù)已經(jīng)滲入到“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)、課程考核等各個(gè)方面。許多高校都建立了基于互聯(lián)網(wǎng)如微信、Web等的實(shí)驗(yàn)在線教學(xué)管理和資源共享平臺(tái)，制作上傳了大量的視頻、圖文文件等，供學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前后查閱，擴(kuò)展了知識(shí)內(nèi)容和知識(shí)面。清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理教學(xué)中心[14]、同濟(jì)大學(xué)移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)[15]、山東大學(xué)物理學(xué)院[16]、吉林大學(xué)物理學(xué)院[17]、上海理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理與服務(wù)中心[18]、南京理工大學(xué)紫金學(xué) 院[19]等國(guó)內(nèi)一流院校都走在了前列。生生之間、師生之間通過(guò)QQ、微信、藍(lán)墨云等交流工具進(jìn)行線上測(cè)試、線上答疑討論、線上問(wèn)卷調(diào)查分析等，師生交流通道既可以是課上實(shí)時(shí)的，也可以是線下的，互聯(lián)網(wǎng)以定量方式檢測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)情況和教師教學(xué)效果，并積累建立學(xué)習(xí)過(guò)程性資料。部分高校的部分實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制操作和采集數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備智能管理，為遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)診斷和維護(hù)實(shí)驗(yàn)儀器提供了技術(shù)支撐。福建師范大學(xué)物理國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心[4]和中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）實(shí)驗(yàn)物理中心[20]在近幾年引入了智能化的預(yù)習(xí)題庫(kù)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告自動(dòng)評(píng)閱系統(tǒng)，解決了大面積考核問(wèn)題，加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核環(huán)節(jié)，大大地縮短了實(shí)驗(yàn)教師的課程評(píng)價(jià)時(shí)間，但是缺點(diǎn)是仍然不能避免“高分低能、數(shù)據(jù)抄襲”等問(wèn)題，也就是缺少過(guò)程監(jiān)管。太原工業(yè)學(xué)院理學(xué)系[21]提出了基于移動(dòng)平臺(tái)的“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”教學(xué)考核方式，但是，最終的評(píng)定成績(jī)值區(qū)分度不大，學(xué)習(xí)效果有待進(jìn)一步驗(yàn)證?；诨ヂ?lián)網(wǎng)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)[22-23]也被越來(lái)越多地應(yīng)用在“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)環(huán)節(jié)中，但其更多地被用作實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的補(bǔ)充和一些因場(chǎng)地和資金受限的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的原理演示，部分高校重視性不足?？偟膩?lái)說(shuō)，信息技術(shù)與“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程的融合已經(jīng)有了非常多的嘗試，也取得了很多成效，但不可否認(rèn)的是，高校、教師和第三方運(yùn)營(yíng)商等技術(shù)開發(fā)主體之間各自為戰(zhàn)，溝通不暢，系統(tǒng)和平臺(tái)的實(shí)用性、擴(kuò)展性都不夠，網(wǎng)絡(luò)資源的質(zhì)量不過(guò)關(guān)或流于形式，教師的信息技術(shù)水平和能力有所欠缺[24]。另外，現(xiàn)在的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)亟需建立一套基于云計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析的教學(xué)分析平臺(tái)，包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告查重與評(píng)閱、學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能分析與評(píng)價(jià)、教師教學(xué)水平綜合分析與評(píng)價(jià)、課堂教學(xué)效果分析、實(shí)驗(yàn)設(shè)備智能化管理 等多種功能，從而切實(shí)提高“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)效率和質(zhì)量。

當(dāng)下，國(guó)家正在貫徹落實(shí)黨的十九大作出的戰(zhàn)略部署安排，系統(tǒng)謀劃2035年的教育改革發(fā)展?？萍嫉倪M(jìn)步，尤其是智能化對(duì)教育改革的影響越來(lái)越不容忽視，將“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程信息化、現(xiàn)代化是大勢(shì)所趨，勢(shì)在必行。

3 互聯(lián)網(wǎng)+智能手機(jī)APP環(huán)境及可行性分析

第一，各高?；ヂ?lián)網(wǎng)已經(jīng)全面覆蓋，具備信息化、智能化的條件，為教學(xué)和科研提供了很大的便利。各高校校園網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)云盤、服務(wù)器等基礎(chǔ)軟硬件設(shè)備已經(jīng)建立并普及，為學(xué)生的學(xué)習(xí)和教師的教學(xué)研究提供了信息化的環(huán)境，也正在逐漸影響和改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式。

第二，搭載Android操作系統(tǒng)和IOS操作系統(tǒng)的智能手機(jī)、平板電腦等智能移動(dòng)設(shè)備在高等院校學(xué)生中已有很高普及率，并且學(xué)生的日常學(xué)習(xí)生活已經(jīng)變得和這些智能移動(dòng)設(shè)備密不可分。近年來(lái)，大學(xué)生在課堂上使用智能手機(jī)上網(wǎng)或娛樂(lè)的現(xiàn)象越來(lái)越多，為應(yīng)對(duì)這種情況，部分高校教師提出“無(wú)手機(jī)課堂”，在上課時(shí)教師和學(xué)生均不使用手機(jī)，以期提高課堂教學(xué)效果。然而，學(xué)生隨身攜帶使用智能手機(jī)已經(jīng)成為一種習(xí)慣，在課堂上強(qiáng)制禁止使用智能手機(jī)，會(huì)使他們產(chǎn)生抵觸心理，很可能產(chǎn)生與預(yù)期相反的結(jié)果?！岸虏蝗缡琛?，在大學(xué)生越來(lái)越習(xí)慣于利用智能手機(jī)從網(wǎng)絡(luò)獲取信息的情況下，大學(xué)課堂也應(yīng)隨之做出改變，正確引導(dǎo)大學(xué)生使用智能手機(jī)輔助學(xué)習(xí)。

第三，智能手機(jī)的逐步普及和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，為手機(jī)APP應(yīng)用于高校教學(xué)的信息化建設(shè)提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ)，手機(jī)APP在教學(xué)應(yīng)用中的地位日漸凸顯?；谝苿?dòng)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用程序（Web APP）、手機(jī)APP等的教學(xué)實(shí)踐有了較多的開展，相關(guān)的在線教育網(wǎng)站如中國(guó)大學(xué)MOOC、MOOC學(xué)院等都開發(fā)有相應(yīng)的移動(dòng)客戶端應(yīng)用軟件供用戶使用。手機(jī)二維碼技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得信息資源的傳遞更加方便快捷，一個(gè)二維碼就可以包含網(wǎng)址、圖文資料、視頻等信息。因此，如何充分利用智能移動(dòng)設(shè)備并且實(shí)現(xiàn)與教學(xué)活動(dòng)之間的資源整合，將學(xué)習(xí)資源更方便快捷地傳遞給學(xué)生已然成為當(dāng)前教學(xué)工作者研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

第四，利用智能手機(jī)內(nèi)置的各種精巧傳感器進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)，與傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)方式進(jìn)行對(duì)比分析的實(shí)證研究在國(guó)內(nèi)的關(guān)注度相對(duì)較低[25]。從2012年起，在國(guó)外部分學(xué)者的推動(dòng)下，尤其是Physicstoolbox、SensorKinetics、Sense-it等手機(jī)APP的相繼研發(fā)之后，利用智能手機(jī)自帶的各種傳感器（如加速度傳感器、陀螺儀、聲傳感器、光傳感器、霍爾傳感器、氣壓傳感器等）進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)的演示、操作和數(shù)據(jù)的獲取記錄得到了越來(lái)越多的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教育者的關(guān)注，由于其測(cè)量方便快捷、精確度高等優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容已經(jīng)涵蓋了力、熱、光、電、聲等多個(gè)領(lǐng)域，應(yīng)用的方式主要有直接測(cè)量物理量的數(shù)值、測(cè)量極值間的時(shí)間間隔、測(cè)量物理量的空間分布等等，例如，牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)中將手機(jī)攝像頭對(duì)準(zhǔn)目鏡，通過(guò)手機(jī)觀察分析條紋移動(dòng)，操作簡(jiǎn)單輕松，因此，鼓勵(lì)學(xué)生利用智能手機(jī)進(jìn)行大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)相關(guān)操作，也能引起學(xué)生較大的興趣，但是，相對(duì)來(lái)說(shuō)，利用智能手機(jī)傳感器進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)還是一個(gè)比較新的領(lǐng)域，在國(guó)內(nèi)開展這方面工作的學(xué)者少之又少，大家只是更多地注重實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的研究。

4 開放式智能化“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)可行性模式

“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”按大學(xué)科分類，分為三個(gè)層次教學(xué)。第一層次，在低年級(jí)階段，以驗(yàn)證性、模擬性實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主，第二、三層次，在高年級(jí)階段，以設(shè)計(jì)性和研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主。其中第一層次的教學(xué)是設(shè)計(jì)型研究型教學(xué)的載體，包含兩個(gè)層次的基本任務(wù)：使學(xué)生掌握基本的科學(xué)實(shí)驗(yàn)技能（包括思想、方法及規(guī)范）及常規(guī)儀器的使用；通過(guò)多次獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的鍛煉，逐步提高學(xué)生分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力，進(jìn)而提高其創(chuàng)新能力[26]。對(duì)于工科專業(yè)，其重點(diǎn)在基礎(chǔ)知識(shí)的掌握和基本技能的培養(yǎng)，而基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)相對(duì)而言更具程序規(guī)范性，其開放式智能化的教學(xué)模式具有可行性。本文提出的教學(xué)及評(píng)價(jià)模式，具體包括以下幾個(gè)方面。

第一，建立基于互聯(lián)網(wǎng)并可通過(guò)智能手機(jī)APP便捷訪問(wèn)的資源庫(kù)及電子教材，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立整合實(shí)驗(yàn)預(yù)約、電子資源、實(shí)驗(yàn)過(guò)程監(jiān)管、實(shí)驗(yàn)報(bào)告自動(dòng)評(píng)閱等多平臺(tái)的系統(tǒng)，解放實(shí)驗(yàn)教師，提高效率。

首先，結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的特點(diǎn)，通過(guò)歸納總結(jié)，將整個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容細(xì)分為很多個(gè)小知識(shí)點(diǎn)，然后圍繞每個(gè)小知識(shí)點(diǎn)，分別制作2～5 min的簡(jiǎn)短小視頻，視頻內(nèi)容可以是純理論的圖文動(dòng)態(tài)講解，也可以是實(shí)驗(yàn)操作的演示示范，然后將這些電子資源按實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目整理分類，存儲(chǔ)在自建服務(wù)器上或上傳到網(wǎng)絡(luò)云盤。簡(jiǎn)短視頻可以由教師提前完成制作，然后每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，自愿組隊(duì)，每組隨機(jī)分配任務(wù)，2周內(nèi)各組學(xué)生自行拍攝各自任務(wù)的視頻或PPT匯報(bào)視頻，修改剪輯后上傳，學(xué)期末由學(xué)生和教師投票綜合評(píng)選出各部分最優(yōu)視頻資源并預(yù)留至下一屆學(xué)生使用，從學(xué)生視角，實(shí)現(xiàn)資源的更新，如圖1所示。

圖1 電子資源庫(kù)的建立與更新圖示

其次，將傳統(tǒng)教學(xué)方式的課堂上教師花大量時(shí)間講解的內(nèi)容，比如實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)部分，放在課下由學(xué)生在線上完成預(yù)習(xí)，為督促學(xué)生有效學(xué)習(xí)，在正式實(shí)驗(yàn)前教師分級(jí)別設(shè)置并限定時(shí)間進(jìn)行習(xí)題測(cè)試，考察每位學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，達(dá)到要求才能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)內(nèi)容操作部分。如果不合格，間隔5 min左右時(shí)間觀看電子資源后再次測(cè)試。如果3次均不合格，則取消此次實(shí)驗(yàn)預(yù)約。這里測(cè)試的習(xí)題庫(kù)包含三個(gè)層次的題目：第一層次是本次實(shí)驗(yàn)涉及到的物理概念和所使用的實(shí)驗(yàn)器材；第二層次是本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟，即要做什么，解決什么、怎么解決；第三層次是對(duì)本次實(shí)驗(yàn)中的結(jié)論舉一反三，拓展到更深層次應(yīng)用。

最后，尋求第三方互聯(lián)網(wǎng)公司的合作，共同開發(fā)整合實(shí)驗(yàn)預(yù)約、電子資源、實(shí)驗(yàn)過(guò)程監(jiān)管、實(shí)驗(yàn)報(bào)告自動(dòng)評(píng)閱等多平臺(tái)的系統(tǒng)，解放教師，減少重復(fù)無(wú)效工作時(shí)間，從而將更多的時(shí)間和精力投入到教學(xué)改革和信息技術(shù)更新上，提高教學(xué)效果。

第二，基于學(xué)校局域網(wǎng)，利用二維碼技術(shù)，結(jié)合智能手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)課堂管理方式的開放化和智能化，學(xué)生學(xué)習(xí)的自主化。

如圖2所示，學(xué)生登錄系統(tǒng)平臺(tái)預(yù)約實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，保證一人一套實(shí)驗(yàn)儀器，正式上課前，學(xué)生將預(yù)習(xí)報(bào)告上傳然后到實(shí)驗(yàn)室簽到，繼而進(jìn)行在線限時(shí)測(cè)試，預(yù)習(xí)測(cè)試合格后，選擇實(shí)驗(yàn)儀器，利用二維碼解鎖技術(shù)智能開啟實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，然后組裝檢查實(shí)驗(yàn)儀器，如果儀器正常則正式進(jìn)入實(shí)驗(yàn)，如果儀器不正常，通過(guò)故障報(bào)修系統(tǒng)及時(shí)反饋給實(shí)驗(yàn)管理員進(jìn)行維修。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)后，按要求內(nèi)容操作，每完成一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容就將該部分的數(shù)據(jù)或拍攝的現(xiàn)象照片上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)云服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)反饋，如果反饋數(shù)據(jù)合理則繼續(xù)下一項(xiàng)，如果若數(shù)據(jù)不合理，則間隔3 min左右時(shí)間再次觀看資源庫(kù)視頻獨(dú)立解決或與其他學(xué)生討論分析或詢問(wèn)實(shí)驗(yàn)巡查員，進(jìn)而再次進(jìn)行該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并上傳新數(shù)據(jù)或新圖片，直至所有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容全部完成。最后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)儀器規(guī)整，記錄實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)并結(jié)束實(shí)驗(yàn)，如果總實(shí)驗(yàn)時(shí)常超過(guò)規(guī)定時(shí)長(zhǎng)，則本次實(shí)驗(yàn)最高評(píng)分不得超過(guò)及格分。后續(xù)的數(shù)據(jù)處理及思考題回答也要在兩周內(nèi)完成并上傳。

另外，在實(shí)驗(yàn)儀器或?qū)嶒?yàn)桌指定位置粘貼相應(yīng)的二維碼，學(xué)生也可以使用自己的智能手機(jī)掃描二維碼，快捷訪問(wèn)儲(chǔ)存在本地服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)云盤上的該實(shí)驗(yàn)電子資源，根據(jù)自己的需要選取特定的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，通過(guò)觀看該知識(shí)點(diǎn)的視頻及圖文講解，針對(duì)該特定問(wèn)題迅速找到解決方法。如某位學(xué)生不知道如何讀數(shù)，可以直接點(diǎn)擊“讀數(shù)方法”的視頻，通過(guò)幾分鐘的學(xué)習(xí)，就可以獨(dú)立解決這個(gè)問(wèn)題。通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，對(duì)于實(shí)驗(yàn)中較多學(xué)生出現(xiàn)的相同問(wèn)題，教師要及時(shí)通過(guò)到場(chǎng)投屏演示或錄小視頻講解，提高實(shí)驗(yàn)效率。

圖2 實(shí)驗(yàn)室智能管理及實(shí)驗(yàn)全過(guò)程評(píng)價(jià)系統(tǒng)構(gòu)想圖示

第三，構(gòu)建“線上課前預(yù)習(xí)、課中實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋、課后數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)報(bào)告及視頻翻轉(zhuǎn)制作”的綜合量化課程評(píng)價(jià)體系。

在該教學(xué)模式下，平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績(jī)有4個(gè)考核點(diǎn)，分別是電子資源是否點(diǎn)擊預(yù)習(xí)、預(yù)習(xí)報(bào)告情況、是否準(zhǔn)時(shí)簽到和視頻翻轉(zhuǎn)制作情況；課中實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程成績(jī)有5個(gè)考核點(diǎn)，分別是預(yù)習(xí)測(cè)試情況、實(shí)驗(yàn)儀器選擇及組裝情況、實(shí)驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)反饋情況、結(jié)束時(shí)儀器規(guī)整情況和實(shí)驗(yàn)總時(shí)長(zhǎng)情況。課后數(shù)據(jù)處理部分考核，系統(tǒng)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)部分、課后的數(shù)據(jù)處理部分及思考題回答和誤差分析部分所構(gòu)成的完整實(shí)驗(yàn)報(bào)告考核。各高校可根據(jù)本專業(yè)的人才培養(yǎng)方案設(shè)置相應(yīng)的占比或增加考核點(diǎn)并根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目制定詳細(xì)的評(píng)分量化表。整個(gè)過(guò)程中的評(píng)分由系統(tǒng)自動(dòng)打分，課堂的實(shí)驗(yàn)助教和巡查員也可以根據(jù)課堂實(shí)際情況通過(guò)系統(tǒng)實(shí)時(shí)錄入評(píng)價(jià)等級(jí)或分?jǐn)?shù)，管理員和教師有權(quán)限進(jìn)行部分修正，并在下一次實(shí)驗(yàn)之前，將本次實(shí)驗(yàn)的綜合成績(jī)及評(píng)價(jià)通過(guò)系統(tǒng)反饋給學(xué)生。

第四，積累平臺(tái)數(shù)據(jù)，進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，不斷改進(jìn)和更新教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式等，反哺教師和學(xué)生。

5 初步實(shí)踐成效

目前，本?！按髮W(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程面向全校所有工科專業(yè)開設(shè)，每學(xué)年有將近1 200名的學(xué)生修讀，并且人數(shù)逐年增加，課程總學(xué)時(shí)數(shù)為42，可開設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目20余項(xiàng)，從實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式來(lái)看，2018年下半年之前全部采用線下模式，以教師先講解演示，學(xué)生再做為主，2018—2019第2學(xué)期開始，逐漸融入部分線上模式，針對(duì)少數(shù)的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如太陽(yáng)能電池基本特性的測(cè)定等，部分錄制操作演示視頻，作課堂實(shí)操輔助使用。學(xué)生普遍反映此方式比傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)演示方式更便捷有效，到2019—2020第1學(xué)期，進(jìn)一步展開線上視頻的錄制，并借助云班課APP共享給學(xué)生，比如分光計(jì)的調(diào)節(jié)與使用實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，共設(shè)置了16個(gè)不超過(guò)5 min的短視頻，通過(guò)這些短視頻的線上線下學(xué)習(xí)，學(xué)生全部能獨(dú)立地在規(guī)定時(shí)間內(nèi)做完實(shí)驗(yàn)；從課程的評(píng)價(jià)體系來(lái)看，傳統(tǒng)地主要采用平時(shí)考勤成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)和理論考試成績(jī)的考核方式，其中實(shí)驗(yàn)成績(jī)?nèi)Q于一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，且占比相對(duì)較高，而實(shí)驗(yàn)操作部分和預(yù)習(xí)部分的情況不能很好體現(xiàn)，且從2019—2020第1學(xué)期開始，進(jìn)一步地規(guī)范化和格式化實(shí)驗(yàn)報(bào)告，且細(xì)分為預(yù)習(xí)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，其中實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)分中還涉及到學(xué)生的操作情況、態(tài)度等。

對(duì)2個(gè)學(xué)期所帶4個(gè)班級(jí)學(xué)生分別進(jìn)行了調(diào)查問(wèn)卷，將2018—2019第2學(xué)期2個(gè)班級(jí)設(shè)為對(duì)照班，2019—2020第1學(xué)期2個(gè)班級(jí)設(shè)為實(shí)驗(yàn)班，其中，“對(duì)物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)在的教學(xué)方式的滿意度”選項(xiàng)的統(tǒng)計(jì)如圖3（a）所示，相比于對(duì)照班，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生對(duì)改進(jìn)后的教學(xué)模式認(rèn)可度相對(duì)更高。對(duì)“你認(rèn)為老師應(yīng)該怎么上課？”選項(xiàng)的統(tǒng)計(jì)如圖3（b）所示，從中可以看到，舊的教學(xué)模式下，學(xué)生更依賴?yán)蠋?，而新模式下，學(xué)生有了更高層次的追求：自由和創(chuàng)新。

圖3 新舊教學(xué)模式下調(diào)查問(wèn)卷統(tǒng)計(jì)圖

6 總結(jié)

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展、無(wú)線通信技術(shù)和移動(dòng)新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，智能手機(jī)的普及以及應(yīng)用軟件的迅速發(fā)展，使得將互聯(lián)網(wǎng)+智能手機(jī)APP滲透進(jìn)“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)中的“教”“學(xué)”“做”和“評(píng)”各個(gè)環(huán)節(jié)變得切實(shí)可行。與傳統(tǒng)的教學(xué)模式對(duì)比，教師的角色就由知識(shí)提供者轉(zhuǎn)換成學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者、啟發(fā)者和組織者，知識(shí)由“智能助手”提供，而學(xué)生的角色由知識(shí)被動(dòng)接收者轉(zhuǎn)變成知識(shí)的主動(dòng)搜集者、問(wèn)題的提出者，學(xué)生主動(dòng)式學(xué)習(xí)，有效提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率和教學(xué)的質(zhì)量。借助計(jì)算機(jī)智能化技術(shù)和實(shí)驗(yàn)助教的輔助，教學(xué)過(guò)程中教師和學(xué)生實(shí)時(shí)互動(dòng)與反饋，并根據(jù)評(píng)價(jià)表實(shí)現(xiàn)成績(jī)量化，考量整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，使得實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)估更加合理。該教學(xué)新模式使得實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)真正意義上的全開放，實(shí)驗(yàn)儀器資源可以得到最大化利用，解放實(shí)驗(yàn)教師，大量減少重復(fù)工作時(shí)間，倒逼學(xué)生自主式學(xué)習(xí)，鍛煉多向思維能力，提升獨(dú)立解決問(wèn)題能力和創(chuàng)新能力，但該模式離正式實(shí)施還需要較長(zhǎng)一段時(shí)間的準(zhǔn)備，它需要各高校以及第三方互聯(lián)網(wǎng)科技公司之間的交流合作，前期投入大，花費(fèi)精力多，但后續(xù)效果可期，且推廣性很強(qiáng)，具有較大參考價(jià)值。

［1］彭柯銘，陳健，尹志新，等.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)動(dòng)手能力的探討［J］.教育教學(xué)論壇，2018（1）：277-278.

［2］孟昭霞.實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的作用［J］.現(xiàn)代大學(xué)教育，2018（5）：92-97.

［3］王亞偉，樂(lè)永康，錢颯颯，等.大學(xué)物理、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)兩課課程現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)告及總結(jié)［J］.物理與工程，2016（4）：45-54，57.

［4］鄭衛(wèi)峰，馮卓宏，陳悅?cè)A.在線課程多元、動(dòng)態(tài)的綜合評(píng)價(jià)模式的實(shí)踐與思考［J］.教育教學(xué)論壇，2018（13）：195-196.

［5］洪煒寧，錢良存，劉家菊，等.基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的物理實(shí)驗(yàn)多維教學(xué)模式研究與實(shí)踐［J］.赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015（15）：219-221.

［6］張銳波.培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的物理實(shí)驗(yàn)考試模式［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012，31（2）：88-90.

［7］王世燕，袁順東，張亞萍.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)分層次教學(xué)模式的探索與實(shí)踐［J］.物理與工程，2017，27（2）：47-50，55.

［8］楊新建，黃柳賓，王殿生.物理實(shí)驗(yàn)大平臺(tái)建設(shè)實(shí)踐與思考［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2013（2）：110-112.

［9］陳新，徐國(guó)棟，董建平，等.中英大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的比較與分析［J］.北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2007，9（4）：91-93.

［10］范淑媛，張洪，熊永紅.開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)方法的研究［J］.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2008（Suppl 1）：283-284，339.

［11］陳海燕.模糊綜合評(píng)價(jià)在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用［J］.信陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，17（1）：86-87，114.

［12］程鯤.模糊綜合評(píng)判在物理實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定中的應(yīng)用研究［J］.鹽城工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，24（1）：20-24.

［13］李加定，肖化.基于發(fā)展性和表現(xiàn)性評(píng)價(jià)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)考核方式［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2009，26（11）：140-143.

［14］王合英，陳宜保，孫文博，等.信息技術(shù)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2016，33（8）：141-144.

［15］馬寧生，呂璐璐.基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的研究［J］.物理與工程，2018（Suppl 1）：157-161.

［16］劉建強(qiáng)，宋洪曉，徐建強(qiáng).開放型大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)研究［C］//2012年全國(guó)高等學(xué)校（物理）基礎(chǔ)課程教育學(xué)術(shù)研討會(huì)，2012：75-77.

［17］張鳳琴，劉強(qiáng)，林曉瓏.信息技術(shù)與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)深度融合的教學(xué)模式研究與探索［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2019，36（6）：204-207.

［18］崔連敏.微信支持的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計(jì)與實(shí)踐［J］.軟件導(dǎo)刊，2015，14（12）：199-201.

［19］王濤，吳慶州.“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下物理實(shí)驗(yàn)信息化教學(xué)的探索與實(shí)踐［J］.物理實(shí)驗(yàn)，2018，38（9）：48-50，54.

［20］蔣蕓，周惟公，王亞芳.信息技術(shù)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程考核中的實(shí)踐與研究［J］.物理與工程，2012，22（3）：16-18，22.

［21］楊文錦，李淑青，馮中營(yíng).基于移動(dòng)平臺(tái)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核方式探索［J］.西部素質(zhì)教育，2019，5（4）：143-145.

［22］張林.虛擬仿真技術(shù)對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)影響的探究［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2015（1）：116-118.

［23］陳曉旭.大學(xué)物理虛擬實(shí)驗(yàn)微課程的開發(fā)與應(yīng)用研究［D］.長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2016.

［24］趙俊芳，崔瑩，鄭鑫瑤.我國(guó)高校翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)踐問(wèn)題及對(duì)策研究［J］.現(xiàn)代大學(xué)教育，2018，174（6）：89-93.

［25］李錫均，程敏熙，江敏麗.數(shù)字傳感器新載體——智能手機(jī)在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用綜述［J］.大學(xué)物理，2018，37（2）：53-69，63.

［26］王云才.對(duì)非物理類專業(yè)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革的思考［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007，26（7）：117-118.

2095－6835（2020）24－0036－06

G642

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.24.012

黃世娟（1988—），女，河南信陽(yáng)人，博士，講師，主要從事大學(xué)物理及大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與研究。

省級(jí)一流本科課程《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》、浙江省教育科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目（編號(hào)：2019SCG329）和浙江水利水電學(xué)院高教研究課題（編號(hào)：XGJ-201905）等項(xiàng)目資助

〔編輯：王霞〕