何 健，張高鋮，呂慶榮，左學(xué)勤，汪 洪，諶正艮，王 棟，張 苗

(安徽大學(xué) 物理與材料科學(xué)學(xué)院，合肥 安徽 230601)

1 建立交互式大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程信息平臺(tái)的必要性和可行性

2018年9月，在上海召開的“雙一流”建設(shè)現(xiàn)場推進(jìn)會(huì)上，教育部黨組書記、部長陳寶生指出：“分析把握人才培養(yǎng)的痛點(diǎn)、明確科學(xué)研究的重點(diǎn)、找到社會(huì)服務(wù)的難點(diǎn)、打造文化傳承創(chuàng)新的支點(diǎn)，提供高水平的人才、高水平的成果、高水平的服務(wù)，在服務(wù)需求中實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展”。高校是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重要基地，實(shí)驗(yàn)室作為高?？蒲小⒔虒W(xué)和創(chuàng)新實(shí)踐的關(guān)鍵場所，其建設(shè)的現(xiàn)代化、智能化程度，對于發(fā)揮高校專業(yè)、科技、人才、文化優(yōu)勢乃至服務(wù)社會(huì)都具有重要作用，加快推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室信息化、智能化教學(xué)已成為必然趨勢[1-3]。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，覆蓋面廣，然而近年來，隨著各高校招生規(guī)模不斷壯大，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不斷豐富、儀器臺(tái)套數(shù)不斷增多，教師在短短兩個(gè)小時(shí)里無法關(guān)注到每位學(xué)生的進(jìn)度和疑問，且很多同學(xué)表示，對于一些復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，自己的感覺就是“擠擠攘攘聽了個(gè)囫圇，匆匆忙忙按幾個(gè)按鈕，糊里糊涂記一堆數(shù)據(jù)，懵懵懂懂湊完實(shí)驗(yàn)報(bào)告”，學(xué)生在面對在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的“異常數(shù)據(jù)”時(shí)更是不知所措，為得到一份“完美的”實(shí)驗(yàn)報(bào)告，悄悄刪除“異常數(shù)據(jù)”也不鮮見。這是因?yàn)椴糠謱?shí)驗(yàn)原理較為抽象，對基礎(chǔ)知識(shí)和動(dòng)手能力要求很高，且實(shí)驗(yàn)課中有些儀器操作相對復(fù)雜，教師不得不占用實(shí)驗(yàn)課堂時(shí)間重新講解原理和步驟，學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作時(shí)間被迫減少，此外，傳統(tǒng)的課堂集中演示效果持續(xù)性不強(qiáng)，學(xué)生課后無法反復(fù)求教，實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量不能充分保證[4,5]。由此看來，僅依靠傳統(tǒng)教學(xué)方法已然不能滿足學(xué)生的全部需求，以大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)為代表的實(shí)驗(yàn)類課程迫切需要進(jìn)行教學(xué)方式和方法的創(chuàng)新，建立師生之間及時(shí)有效的溝通是解決學(xué)生問題、提高教學(xué)質(zhì)量中的關(guān)鍵一環(huán)。

在教育部發(fā)布的137所“雙一流”建設(shè)高校中，只40%左右的高校開通了與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的安全教育、設(shè)備管理微信公眾號(hào)平臺(tái)，大部分高校尚未將新媒體及時(shí)融入管理、教學(xué)和服務(wù)中。但這其中也不乏運(yùn)營十分成功的校園實(shí)驗(yàn)室公眾號(hào)平臺(tái)，如南京理工大學(xué)的“南理工國有資產(chǎn)與實(shí)驗(yàn)室管理處”公眾號(hào)(圖1(a))，該號(hào)發(fā)推數(shù)和閱讀量都十分飽滿，梳理其公眾號(hào)推文，發(fā)現(xiàn)內(nèi)容不僅限于實(shí)驗(yàn)室安全教育和政策通知，還會(huì)發(fā)布一些有關(guān)物理化學(xué)的相關(guān)新聞，配上優(yōu)秀的點(diǎn)評和科普，大大提高了學(xué)生們的點(diǎn)擊率，讓公眾號(hào)活躍有人氣，此外，該公眾號(hào)的在線安全知識(shí)學(xué)習(xí)和考核也值得推廣。然而，在137所雙一流建設(shè)高校中，只有不到9%的高校開通了針對大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)管理平臺(tái)，在這些平臺(tái)中，也發(fā)現(xiàn)了一些很人性化的舉措：如北京理工大學(xué)的“北理工物理實(shí)驗(yàn)中心”以及華北電力學(xué)大學(xué)“華電物理實(shí)驗(yàn)室”等公眾號(hào)除了發(fā)布實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和課程通知，還會(huì)在公眾號(hào)中發(fā)布學(xué)生們未領(lǐng)取的實(shí)驗(yàn)報(bào)告(圖1(b)和(c))，但是，通過考察這些學(xué)校開放的公眾號(hào)，發(fā)現(xiàn)，師生交流板塊的開辟嚴(yán)重缺失。因此，大力推行大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)、管理相關(guān)的公眾號(hào)建設(shè)和探索，是目前推進(jìn)信息化教學(xué)的有力舉措，不僅僅可以豐富大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的手段和途徑、建立師生之間的有效連接，還可以為其他實(shí)驗(yàn)類課程提供先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和有效措施。

圖1 三所高校的微信公眾號(hào)平臺(tái)內(nèi)容截圖

在這樣的情勢下，構(gòu)思并實(shí)踐了如下平臺(tái)(圖2)。

圖2 交互式平臺(tái)里師生之間的交流模式和過程

由微信公眾號(hào)[6,7]和二維碼系統(tǒng)[8]共同構(gòu)筑的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)信息平臺(tái)，該平臺(tái)由相關(guān)負(fù)責(zé)教師實(shí)時(shí)編纂微信公眾號(hào)和二維碼系統(tǒng)所關(guān)聯(lián)的內(nèi)容，學(xué)生只需掃描相關(guān)二維碼，即在平臺(tái)里即時(shí)獲得相關(guān)信息或和教師互動(dòng)，系統(tǒng)均為模塊化結(jié)構(gòu)，可隨時(shí)擴(kuò)展功能。教師可以根據(jù)教學(xué)大綱和教學(xué)進(jìn)度在后臺(tái)自由調(diào)整、增減板塊內(nèi)容，如目前的“AHU大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”微信公眾號(hào)平臺(tái)設(shè)置了信息查詢、預(yù)習(xí)復(fù)習(xí)和原創(chuàng)活動(dòng)三大板塊；而二維碼目前開通了簽到、隨身講解和監(jiān)督功能，能幫助教師實(shí)現(xiàn)推送相關(guān)文章、掌控教學(xué)過程、集中回復(fù)問題等功能。學(xué)生不但能隨時(shí)查詢常用信息、在平臺(tái)內(nèi)留言、提問，和教師互動(dòng)，而且可以參加平臺(tái)內(nèi)定期舉辦的原創(chuàng)活動(dòng)等板塊。此類平臺(tái)不受時(shí)空限制，為師生的交互式教學(xué)活動(dòng)提供了極大便利，是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不可或缺的技術(shù)支持。

2 利用微信公眾號(hào)平臺(tái)，助力大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

于2019年申請了“AHU基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”微信公眾號(hào)平臺(tái)，平臺(tái)內(nèi)可以設(shè)置數(shù)位管理員，分別負(fù)責(zé)光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)和近代物理等板塊的維護(hù)，定期更新授課實(shí)驗(yàn)所涉及的物理前沿和相關(guān)理論知識(shí)以及課件的制作和展演(圖3(a))。學(xué)生關(guān)注平臺(tái)后，可以使用查詢服務(wù)，預(yù)習(xí)復(fù)習(xí)，原創(chuàng)活動(dòng)三個(gè)板塊，每個(gè)板塊下還有子菜單，此平臺(tái)在教學(xué)實(shí)踐中，目前可以覆蓋以下幾個(gè)功能：

2.1 及時(shí)發(fā)布信息，保障教學(xué)秩序

在查詢板塊可以隨時(shí)查詢課程表、教學(xué)大綱、考試安排、實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間、儀器設(shè)備操作和安全注意事項(xiàng)等信息。將關(guān)鍵操作步驟和安全守則制作成短小精煉的微視頻，定期推送，供學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)，避免在實(shí)驗(yàn)課上浪費(fèi)過多的時(shí)間熟悉儀器，確保教學(xué)活動(dòng)安全有序地開展。

2.2 設(shè)置自動(dòng)回復(fù)，省時(shí)省力省心

利用關(guān)鍵字匹配答案，即時(shí)自動(dòng)回復(fù)學(xué)生常見問題，如實(shí)驗(yàn)房號(hào)、輪次組別等(圖3(a))，學(xué)生也可以在這里對上課未能吃透之處進(jìn)行提問和留言，這樣一來避免學(xué)生忘記時(shí)間、組別、地點(diǎn)等信息，二來教師可以在后臺(tái)利用程序抓取和整理共性、個(gè)性問題，并分配給各領(lǐng)域負(fù)責(zé)的教師，通過線上、線下和同學(xué)們及時(shí)交流，彌補(bǔ)課堂上答疑時(shí)間的不充足，讓教師擺脫大量的重復(fù)勞動(dòng)，將更多的時(shí)間和精力投入到打磨實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容和方法中去，確保教學(xué)活動(dòng)平穩(wěn)高效地開展。

2.3 定期推送知識(shí)，擴(kuò)大學(xué)生視野

在預(yù)習(xí)復(fù)習(xí)板塊定期推送物理實(shí)驗(yàn)前沿，包括且不限于經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的實(shí)際應(yīng)用、物理前沿實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展，甚至是與物理實(shí)驗(yàn)有關(guān)的知名企業(yè)的發(fā)展史，使學(xué)生能利用類似于“睡覺前”、“等車時(shí)”之類的碎片化時(shí)間學(xué)習(xí)，形成動(dòng)態(tài)在線學(xué)習(xí)資源庫，學(xué)生可以在留言區(qū)與教師和同學(xué)增強(qiáng)交流，產(chǎn)生智慧碰撞的火花。希望通過精選的知識(shí)板塊，打造能夠理論聯(lián)系實(shí)際、學(xué)以致用、視野寬廣、科研嗅覺敏銳的復(fù)合型人才，不再做“死讀書、讀死書”的理工科學(xué)生。

2.4 盤活教育方法，打造個(gè)性板塊

激勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)、拍攝、剪輯教學(xué)類、科普類短視頻。如下圖所示的“液晶電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)意大賞”、“為什么要站在安全黃線外”，都是本校學(xué)生利用大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室器材創(chuàng)作的實(shí)驗(yàn)精彩瞬間和科普短視頻(圖3(b)和(c))。通過此類活動(dòng)，顛覆學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課程的刻板印象，切實(shí)感受到儀器和設(shè)備并不是冷冰冰的，在自己的創(chuàng)意下能“表演”、會(huì)“說話”，激發(fā)學(xué)生利用專業(yè)知識(shí)“輸出”成果，有助于他們利用學(xué)院現(xiàn)有資源開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，提高創(chuàng)新實(shí)踐能力，服務(wù)社會(huì)科普。

圖3 (a)微信公眾平臺(tái)的自動(dòng)回復(fù)，(b)和(c)學(xué)生利用微信公眾平臺(tái)發(fā)布的原創(chuàng)短視頻——“液晶電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)意大賞”和“為什么要站在安全黃線外”

2.5 評論留言溝通，交流學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)

推送文章或短視頻板塊下方，可選擇讓同學(xué)自主留言，進(jìn)行交流討論。對于一些有深度，或者大家經(jīng)常感到困惑的地方可以設(shè)置成精華消息頂置，并對其留言進(jìn)行解答，旨在提供學(xué)生間溝通交流、智慧碰撞的場所，創(chuàng)建橫向?qū)W習(xí)和交互的空間。

3 利用二維碼生成器，助力大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

二維碼可迅速自動(dòng)識(shí)別、存儲(chǔ)和傳遞信息，且它是“活碼”，能實(shí)現(xiàn)信息的動(dòng)態(tài)編輯，修改或新增信息時(shí)只要在后臺(tái)編輯就能即時(shí)生效，無須重新制作，相當(dāng)環(huán)保便捷，在商業(yè)、物流、醫(yī)療、交通等行業(yè)得到極為廣泛的應(yīng)用[9]，這也為實(shí)驗(yàn)室教學(xué)平臺(tái)信息化提供了新的思路。在此啟發(fā)下，使用二維碼實(shí)現(xiàn)了學(xué)生考勤簽到、規(guī)范行為、編纂儀器的操作規(guī)程等功能，主要做法有以下幾方面：

3.1 掃碼考勤簽到，自動(dòng)識(shí)別信息

學(xué)生必須掃描貼在桌上的二維碼，填寫姓名、學(xué)號(hào)和座次完成簽到(圖4(a))，此外，開啟定位授權(quán)能自動(dòng)識(shí)別簽到地點(diǎn)，這一功能便于教師統(tǒng)計(jì)到課人數(shù)，在后臺(tái)通過系統(tǒng)可以便捷地統(tǒng)計(jì)到課人數(shù)和座次對應(yīng)的學(xué)生，督促學(xué)生按時(shí)上課，極大方便了對學(xué)生出勤的審查與統(tǒng)計(jì)工作，這對于嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理有重要意義。

3.2 貼身反復(fù)講解，夯實(shí)操作基礎(chǔ)

利用二維碼生成器網(wǎng)站，將每個(gè)實(shí)驗(yàn)講解安全操作規(guī)范的音頻文件上傳到服務(wù)器，學(xué)生在課程中、復(fù)習(xí)時(shí)通過二維碼就可以隨時(shí)聽講，實(shí)現(xiàn)了儀器安全操作規(guī)程的“貼身反復(fù)講解”(圖4(b))，夯實(shí)理工科學(xué)生對基礎(chǔ)分析測試儀器的操作技能，培養(yǎng)其在今后的科研活動(dòng)中標(biāo)準(zhǔn)化操作的習(xí)慣，形成嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范的科研態(tài)度。

3.3 規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)操作，提升科學(xué)素養(yǎng)

學(xué)生離場時(shí)，教師督促學(xué)生根據(jù)二維碼鏈接的圖片整理好儀器(圖4(c))，這樣教師就能考察所在座次對應(yīng)學(xué)生的儀器整理的情況，督促學(xué)生養(yǎng)成良好的科研習(xí)慣。

圖4 (a)實(shí)驗(yàn)簽到，(b)安全儀器操作守則音頻(例)，(c)整理儀器規(guī)范相關(guān)二維碼

4 結(jié) 語

目前通過對該平臺(tái)的初步試運(yùn)行，優(yōu)勢明顯：多種形式學(xué)習(xí)內(nèi)容的推送，如圖文、視頻、語音等，既集成了內(nèi)在教學(xué)內(nèi)容也豐富了外在表現(xiàn)形式，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣得以提高，促進(jìn)理解記憶效果明顯；移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的實(shí)時(shí)互動(dòng)有利于師生利用碎片化時(shí)間，讓交流和教學(xué)延伸到課堂外，實(shí)現(xiàn)師生之間一對一、一對多的溝通，教師可以隨時(shí)根據(jù)平臺(tái)反饋信息及時(shí)總結(jié)和調(diào)整教學(xué)方法，提升教學(xué)水平；通過鼓勵(lì)學(xué)生參與原創(chuàng)活動(dòng)板塊，確立學(xué)生的主體意識(shí)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，使他享受到了腦力勞動(dòng)中成功的樂趣，的信息化教學(xué)管理平臺(tái)在吸引學(xué)生加入學(xué)科競賽與創(chuàng)新項(xiàng)目中，起到了重要的推動(dòng)作用，從他們提交的作品和視頻來看，無一不是反復(fù)排演，精心剪輯而成，在有1 408個(gè)代表隊(duì)參加的2020年全國大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽(創(chuàng)新)中，我校三支代表隊(duì)喜獲一等獎(jiǎng)一名、二等獎(jiǎng)兩名的驕人成績。

結(jié)論：研發(fā)和完善高效、通暢、有序的交互式教學(xué)信息系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)類課程的教學(xué)管理中具有極為重要的實(shí)踐意義。本文對微信公眾號(hào)平臺(tái)結(jié)合二維碼所構(gòu)建的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程信息平臺(tái)本校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了探索，旨在系統(tǒng)整合課程教學(xué)資源和信息，提升教學(xué)水平和效果?？偟膩碚f，目前所完成的工作仍處于相對低級的探索，在今后的教學(xué)實(shí)踐中，以目前平臺(tái)為起點(diǎn)，繼續(xù)開發(fā)小程序及完善教學(xué)共享平臺(tái)將是繼續(xù)努力的方向。信息時(shí)代下，該研究提供了實(shí)驗(yàn)類課程建設(shè)中信息化教學(xué)的創(chuàng)新思路，具有重要的實(shí)踐意義。