甘亮勤，王逸平，穆瑞珍，劉 虹

(廈門理工學(xué)院 光電與通信工程學(xué)院，福建 廈門 361024)

大學(xué)物理實驗是一門獨立的公共基礎(chǔ)必修課程，是理工科學(xué)生進行科學(xué)實驗訓(xùn)練的重要基礎(chǔ)。提高大學(xué)物理實驗教學(xué)效果，培養(yǎng)具有實踐能力和創(chuàng)新能力的應(yīng)用型本科畢業(yè)生至關(guān)重要[1-3]。大學(xué)物理實驗應(yīng)用型教學(xué)模式充分利用信息化技術(shù)，從課程內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)效果等方面著手，針對不同專業(yè)，不同程度的學(xué)生，建立了一個切實可行的教學(xué)模式，旨在培養(yǎng)全方位、應(yīng)用性、創(chuàng)新型的高校學(xué)生。

1 大學(xué)物理實驗應(yīng)用型教學(xué)模式改革的必要性

(1)傳統(tǒng)的教學(xué)模式單一，學(xué)生學(xué)習(xí)被動，教學(xué)效果欠佳[4-6]

①課前學(xué)生針對大量的文字資料進行預(yù)習(xí)，形式較為枯燥，且需要學(xué)生自主學(xué)習(xí)，很多學(xué)生被動的敷衍了事；②因課堂講解占用了較多的時間，學(xué)生實驗操作時間很緊張，遇到問題直接找老師，沒法好好地思考和探討問題； ③課后缺乏一個交流互動、溫故和提高的平臺，無法知道學(xué)生的實驗掌握情況。

(2)環(huán)境、場地、設(shè)備、課時等資源限制了課程的開設(shè)

理工科專業(yè)的學(xué)生一般都需要開設(shè)大學(xué)物理實驗，因此，大學(xué)物理實驗課程面對的的班級數(shù)非常多，而很多高校受場地、設(shè)備，課時等限制，實驗室沒法針對不同的專業(yè)開出與之專業(yè)相側(cè)重的大物實驗項目，甚至有的實驗課程也沒法和大學(xué)物理理論課程步調(diào)一致，導(dǎo)致個別專業(yè)的學(xué)生在上大學(xué)物理實驗課程時，其理論知識可能還沒學(xué)過的脫節(jié)現(xiàn)象，教學(xué)效果欠佳。

(3)虛擬仿真實驗是信息化實踐教學(xué)的重要組成部分[7-9]

實驗課程相對于理論課程來說，它對上課條件的要求較高，由于經(jīng)費、場地、時間等原因，導(dǎo)致一些實驗課程無法現(xiàn)場實踐開展，此時，虛擬仿真實驗?zāi)苡幸嫜a充線下實踐教學(xué)。例如有的設(shè)備很昂貴，無法采購或者無法采購多臺用于教學(xué)；有的實驗需在特殊的環(huán)境操作，現(xiàn)場無法滿足操作環(huán)境；特別是這次疫情，很多學(xué)生無法按時返校，實操課程沒法進行，中心的大學(xué)物理虛擬仿真實驗平臺充分地發(fā)揮了作用，讓學(xué)生隨時隨地可模擬實驗操作。

2 大學(xué)物理實驗應(yīng)用型教學(xué)模式改革目標

通過大學(xué)物理實驗課程建設(shè)，全面推進應(yīng)用型教學(xué)改革進程，將新型教學(xué)模式的優(yōu)點與傳統(tǒng)教學(xué)模式的經(jīng)典結(jié)合起來，提高教師的教學(xué)能力和科研能力，培養(yǎng)實踐能力強、理論基礎(chǔ)扎實、有創(chuàng)新精神的應(yīng)用型人才。大學(xué)物理實驗課程的改革建設(shè)目標主要包括以下幾個方面：

(1)解決大學(xué)物理實驗教學(xué)因資源限制，所有專業(yè)開設(shè)實驗項目一致的問題。使學(xué)生在學(xué)習(xí)好經(jīng)典大學(xué)物理實驗的同時，可以側(cè)重選做與自己專業(yè)相關(guān)的實驗，對自己感興趣的實驗進行創(chuàng)新。

(2)給學(xué)生提供了一個課前預(yù)習(xí)，課后檢測的平臺，學(xué)生能把更多的時間留在課堂的實踐操作，有利于提高教學(xué)效果，促進更深入的理解實驗原理，提高實踐能力。

(3)給學(xué)生一個開拓創(chuàng)新，自主實踐的基地。充分發(fā)揮學(xué)生興趣和特長，可在課后來開放性實驗室創(chuàng)新實踐，自己制作小作品，也可以遠程學(xué)習(xí)自己感興趣的其他實驗，提升自己的知識面，有利于培養(yǎng)高水平的應(yīng)用型創(chuàng)新人才。

(4)輻射周邊。網(wǎng)絡(luò)課程與虛擬仿真實驗系統(tǒng)提供給省內(nèi)高校聯(lián)盟和全國其他高校選課，實現(xiàn)資源共享。

3 實踐教學(xué)模式創(chuàng)新和改革的建設(shè)內(nèi)容與成效

(1) 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與線下教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式[10-13]

建設(shè)了高質(zhì)量的大學(xué)物理實驗網(wǎng)絡(luò)課程。網(wǎng)絡(luò)課程與線下教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式分為三部分來完成：實驗開課前，通過網(wǎng)絡(luò)課程視頻進行預(yù)習(xí)，并完成相關(guān)難度較小的測試題，測試成績合格后，方能進入課堂進行實踐操作。此方法能提高學(xué)生的預(yù)習(xí)質(zhì)量，縮短上課時教師的講解時間，給學(xué)生一個充足的實踐操作時間，有利于提高學(xué)生實踐能力和自主思考的能力。課堂上，教師進行簡單的講解，學(xué)生操作為主，通過自主操作，培養(yǎng)實踐操作能力，分析解決問題的能力，觀察實驗現(xiàn)象，測量實驗數(shù)據(jù)，應(yīng)通過計算驗證進一步深入理解實驗原理。下課后，學(xué)生完成相關(guān)實驗報告及網(wǎng)絡(luò)上的測驗題，對測驗不過關(guān)的，要求重新學(xué)習(xí)。有利于了解學(xué)習(xí)情況，提高教學(xué)效果。

(2)網(wǎng)絡(luò)課程的設(shè)置

網(wǎng)絡(luò)課程的重點是教學(xué)視頻，教學(xué)視頻的制作除了在知識結(jié)構(gòu)上合理設(shè)置外，在錄制視頻時，會添加動畫、實驗效果圖、原理圖等來提高視頻效果。比如圖1，在錄制牛頓環(huán)的實驗時，用小窗口顯示原理結(jié)構(gòu)圖，配有相應(yīng)的動畫，同時，用大窗口顯示實驗效果圖，這樣學(xué)生一目了然。此外還添加了一些實驗所涉及到地比較難的知識點所對應(yīng)的模擬視頻，如駐波、光的干涉、多普勒效應(yīng)等，供學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

教學(xué)視頻錄制后上傳到學(xué)習(xí)網(wǎng)站上，學(xué)生可隨時觀看教學(xué)視頻，教學(xué)視頻學(xué)習(xí)之后，有設(shè)置一些簡單的測驗題，(如圖1所示)學(xué)生需參與答題，并且正確率達到合格要求，方可進入課堂進行實驗操作，這樣能保證一個良好的預(yù)習(xí)效果。

圖1 《密立根油滴實驗》的部分測驗題和教學(xué)視頻截圖

為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理實驗的興趣，拓寬學(xué)生的知識面，在網(wǎng)絡(luò)課程里還開設(shè)了物理百科欄目，介紹一些經(jīng)典的物理實驗、物理學(xué)家、生活中的物理小知識等等。

針對不同專業(yè)對物理實驗理論知識的理解深度不一致，還增加了一些實驗所涉及到地比較難的知識點所對應(yīng)的演示視頻，如駐波、光的干涉、多普勒效應(yīng)等。比如聲速測量實驗有用到駐波理論，很多同學(xué)對駐波原理不是很理解，可自主觀看駐波的視頻，很形象的動畫，幫助學(xué)生理解。

(3)虛擬仿真實驗中心的建設(shè)

建設(shè)了大學(xué)物理實驗虛擬仿真中心，可供開設(shè)的實驗個數(shù)四十多個，如圖2。對于實驗室不能提供的實驗，學(xué)生可在虛擬仿真系統(tǒng)里來完成，如圖3。不同專業(yè)的學(xué)生，對實驗要求不一樣，比如光信息專業(yè)的，希望多開設(shè)光學(xué)方面的實驗，電子專業(yè)的希望多開設(shè)電磁學(xué)類的實驗， 土木專業(yè)的學(xué)生希望多開設(shè)力學(xué)類實驗，學(xué)生都可在仿真實驗系統(tǒng)選做自己需要或感興趣的實驗[14-15]。

圖2 虛擬仿真實驗平臺網(wǎng)站

圖3 疫情期間學(xué)生操作仿真實驗的界面和實驗結(jié)果截圖

(4)開放性實驗與創(chuàng)新實驗開設(shè)

大學(xué)物理實驗一般開設(shè)的都是經(jīng)典性和基礎(chǔ)性的實驗，對于有興趣和能力較強的學(xué)生，會有“吃不飽”的現(xiàn)象，有的學(xué)生還喜歡自己設(shè)計實驗，為此，還增加了開放性實驗室和創(chuàng)新實驗室，供他們拓展實驗和設(shè)計實驗。開放性實驗室和創(chuàng)新實驗室實行門禁刷卡自由進出，有專門的實驗員提供一些常用的實驗儀器和配件，結(jié)合雨課堂智慧教學(xué)，可隨時遠程指導(dǎo)。為成績好、動手能力強、感興趣又學(xué)有余力的學(xué)生提供了一個創(chuàng)新平臺。重在訓(xùn)練和培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生的創(chuàng)業(yè)精神和創(chuàng)新能力，發(fā)展學(xué)生的個性特長。

(5)教學(xué)成效

大學(xué)物理實驗應(yīng)用型教學(xué)模式改革后，獲得了福建省教學(xué)成果特等獎1項、福建省教學(xué)成果二等獎1項、省級在線精品課程1項、省級教改項目1項、大學(xué)物理實驗省級虛擬仿真實驗教學(xué)中心等一系列的成果。大學(xué)物理實驗省級在線精品課程自立項以來，在多個教學(xué)平臺開設(shè)課程十余次，如圖4。有除本校在外的20多所高校，2 000多人次選修此課程，實現(xiàn)了資源共享。

圖4 大學(xué)物理實驗在線課程在高校邦和優(yōu)課聯(lián)盟兩個平臺的部分選修情況

4 結(jié) 語

本中心經(jīng)過近幾年的教學(xué)實踐和完善，提出的“虛實結(jié)合、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與線下實踐相融的大學(xué)物理實驗教學(xué)模式”是傳統(tǒng)教學(xué)模式和現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)融合與優(yōu)化的產(chǎn)物，將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與虛擬仿真融入實際教學(xué)過程中，既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與效率，也為虛擬仿真設(shè)備進一步開發(fā)提供了新的思路，同時可實現(xiàn)資源共享。