李景奎，李春雷，倪海明，崔金剛

(東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040)

2020年春季，新冠疫情阻止了高校學(xué)生開(kāi)學(xué)返校的步伐，為了有效應(yīng)對(duì)疫情的不利影響，教育部發(fā)布了《關(guān)于在疫情防控期間做好普通高等學(xué)校在線教學(xué)組織與管理工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》，要求各高校充分利用在線課程教學(xué)資源，并依托各類(lèi)在線課程平臺(tái)，積極開(kāi)展教師線上授課和學(xué)生線上學(xué)習(xí)等活動(dòng)，努力做到“停課不停教、停課不停學(xué)”，成功應(yīng)對(duì)了新冠疫情對(duì)教學(xué)不利影響[1-4]。本次在線教學(xué)開(kāi)課門(mén)數(shù)、開(kāi)課范圍、影響程度都達(dá)到了史無(wú)前例的高峰，創(chuàng)造了我國(guó)教育史上的奇跡。

1 物理實(shí)驗(yàn)線上教學(xué)遇到的困難和問(wèn)題

由于物理實(shí)驗(yàn)課程需要學(xué)生進(jìn)行動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，線上教學(xué)存在一定困難。在疫情期間，國(guó)內(nèi)很多高校只能將物理實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行了推遲處理，最終在開(kāi)學(xué)無(wú)望的情況下，才匆忙進(jìn)行了居家實(shí)驗(yàn)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和視頻教學(xué)等教學(xué)活動(dòng)。雖然高校積極引導(dǎo)物理實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行線上教學(xué)活動(dòng)，最終完成該學(xué)期物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。但疫情期間物理實(shí)驗(yàn)在線教學(xué)還是存在很多問(wèn)題[5-7]。①多數(shù)實(shí)驗(yàn)教師沒(méi)有線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，將線下物理實(shí)驗(yàn)視頻直接搬到線上進(jìn)行，學(xué)生不能動(dòng)手參與操作，造成線上教學(xué)質(zhì)量較差，學(xué)習(xí)積極性較低，學(xué)習(xí)效果不好。②各個(gè)高校已經(jīng)儲(chǔ)存了大量線下教育資源，當(dāng)教師進(jìn)行線上授課時(shí)，在教學(xué)資源選擇、實(shí)驗(yàn)難易程度設(shè)計(jì)等方面經(jīng)驗(yàn)不足，但在線教學(xué)能力急需加強(qiáng)。③雖然國(guó)內(nèi)存在很多教學(xué)平臺(tái)，但質(zhì)量良莠不齊，有些教學(xué)平臺(tái)在技術(shù)方面還存在很多不足，不能滿(mǎn)足教師和學(xué)生的個(gè)性化需求。特別是物理實(shí)驗(yàn)的虛擬仿真供給量嚴(yán)重不足，可選擇的虛擬仿真平臺(tái)也極其有限。④居家實(shí)驗(yàn)有效選擇較少，家中能夠選用的實(shí)驗(yàn)配件有限，而且很難統(tǒng)一要求，特別是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目過(guò)于單一、簡(jiǎn)單，很難達(dá)到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)方案要求。⑤國(guó)內(nèi)現(xiàn)有物理實(shí)驗(yàn)虛擬仿真項(xiàng)目建設(shè)不夠成熟，特別是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)際儀器教學(xué)方法相差甚遠(yuǎn)，直接按照虛擬仿真平臺(tái)操作方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不能達(dá)到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。鑒于疫情期間物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題，筆者將在線課程、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和課堂教學(xué)三者有機(jī)結(jié)合，打造物理實(shí)驗(yàn)線上混合式教學(xué)模式，以疫情期間開(kāi)課的物理學(xué)2018-1班為試點(diǎn)，進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)的線上混合式教學(xué)，探究物理實(shí)驗(yàn)線上教學(xué)最佳模式，有效應(yīng)對(duì)疫情對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的影響。

2 物理實(shí)驗(yàn)線上教學(xué)準(zhǔn)備及實(shí)施過(guò)程

2.1 選擇虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

在疫情期間，國(guó)內(nèi)新興一批虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，但服務(wù)質(zhì)量和技術(shù)水平良莠不齊，必須認(rèn)真調(diào)研物理實(shí)驗(yàn)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)狀況，最好能夠結(jié)合本校現(xiàn)有儀器，盡量選擇操控性強(qiáng)、技術(shù)成熟、使用量大、滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要的仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，特別應(yīng)該注重線上服務(wù)質(zhì)量。將物理學(xué)2018-1班教學(xué)班加入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，這樣學(xué)生通過(guò)自己學(xué)號(hào)和密碼登錄，就可以進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。

2.2 重新編寫(xiě)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)講義

雖然虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目具有普適性，但平臺(tái)提供的教學(xué)講義遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足實(shí)際教學(xué)需要，特別有些實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)步驟等與實(shí)際教學(xué)脫節(jié)嚴(yán)重，不能完全滿(mǎn)足教師實(shí)際授課需要。因此，就要求授課教師盡快熟悉虛擬仿真實(shí)驗(yàn)儀器操作步驟，重新設(shè)計(jì)線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)，在平臺(tái)提供講義基礎(chǔ)上重新編寫(xiě)滿(mǎn)足實(shí)際教學(xué)需求的實(shí)驗(yàn)教學(xué)講義，不能將所有實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)都交給仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在完成講義編寫(xiě)工作基礎(chǔ)上，教師通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行授課，學(xué)生通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行儀器操作。

2.3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的在線課程建設(shè)

為了方便學(xué)生學(xué)習(xí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，需要對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行在線課程建設(shè)，將實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)與線上課堂教學(xué)和仿真實(shí)驗(yàn)操作緊密結(jié)合，把虛擬仿真實(shí)驗(yàn)“慕課”視頻形式融入線上教學(xué)中，授課教師需要完成實(shí)驗(yàn)理論教學(xué)PPT和仿真實(shí)驗(yàn)視頻點(diǎn)的制作，力爭(zhēng)簡(jiǎn)單易懂、圖文并茂，具體仿真實(shí)驗(yàn)在線課程制作流程如圖1所示，具體步驟為：

①首先根據(jù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)講義，準(zhǔn)備仿真實(shí)驗(yàn)的理論教學(xué)內(nèi)容，制作該仿真實(shí)驗(yàn)理論教學(xué)PPT。

②進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的課程設(shè)計(jì)，將實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、儀器及實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)等知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行細(xì)化、切分，分別錄制仿真實(shí)驗(yàn)理論教學(xué)PPT視頻，盡量做到每個(gè)視頻點(diǎn)主題突出，內(nèi)容完整，時(shí)間為40 s～10 min不等[8]。以楊氏模量實(shí)驗(yàn)為例[9-10]，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的在線課程設(shè)計(jì)如表1所示，表中給出了該虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，并設(shè)置了在線互動(dòng)環(huán)節(jié)和實(shí)驗(yàn)思考題，方便學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)、線上交流和知識(shí)拓展。

③結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)際操作，特別注重仿真儀器與真實(shí)儀器對(duì)比，錄制虛擬儀器教學(xué)視頻，并給出仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)原始操作視頻，同時(shí)引進(jìn)了其他高校實(shí)體線上教學(xué)視頻，如圖2所示為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作截圖。

④將相應(yīng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)的PPT和仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)秸n視頻等資料上傳超星慕課教學(xué)平臺(tái)，本次物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的在線課程網(wǎng)址為：https：//mooc1-1.chaoxing.com/course/87939836.html

⑤將物理學(xué)2018-1班加入在線課程教學(xué)班，學(xué)生就可以通過(guò)自己學(xué)號(hào)和密碼登錄在線課程或?qū)W習(xí)通App，能夠在線學(xué)習(xí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)。

圖1 仿真實(shí)驗(yàn)在線課程制作流程圖

圖2 仿真實(shí)驗(yàn)操作截圖

表1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在線課程設(shè)計(jì)(楊氏模量)

3 物理仿真實(shí)驗(yàn)的線上教學(xué)活動(dòng)及期末成績(jī)

3.1 仿真實(shí)驗(yàn)線上混合式教學(xué)模式

在疫情期間，采取線上混合式教學(xué)模式進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，具體實(shí)施步驟如下：①學(xué)生通過(guò)超星慕課平臺(tái)進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻學(xué)習(xí)，進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。②上課期間，教師通過(guò)釘釘、騰訊會(huì)議等教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行線上授課，學(xué)生進(jìn)行線上聽(tīng)課。③學(xué)生通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)操作，經(jīng)過(guò)反復(fù)操作完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，獲得實(shí)驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)，與此同時(shí)，教師通過(guò)釘釘、騰訊會(huì)議等教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)指導(dǎo)。④學(xué)生按照授課教師實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并通過(guò)超星慕課平臺(tái)上傳電子版實(shí)驗(yàn)報(bào)告，楊氏模量實(shí)驗(yàn)報(bào)告上交情況如圖3所示，班級(jí)26人全部按時(shí)上交了實(shí)驗(yàn)報(bào)告。⑤教師通過(guò)超星慕課平臺(tái)下載實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并進(jìn)行線上批改，給出實(shí)驗(yàn)成績(jī)并反饋學(xué)生。⑥學(xué)生通過(guò)超星慕課平臺(tái)進(jìn)行課后復(fù)習(xí)，并完成教師布置的線上思考題。

圖3 實(shí)驗(yàn)報(bào)告上交情況截圖

圖4 期末成績(jī)分布情況

3.2 物理仿真實(shí)驗(yàn)期末成績(jī)

從在線課程學(xué)習(xí)情況和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成情況可以看出，大部分學(xué)生通過(guò)在線課程進(jìn)行了課前預(yù)習(xí)，上課期間能夠順利完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，甚至很多學(xué)生課后進(jìn)行多次仿真實(shí)驗(yàn)練習(xí)，并能夠通過(guò)在線課程的進(jìn)行課后復(fù)習(xí)，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量較高，成績(jī)良好，并能積極完成教師布置的思考題，物理學(xué)2018-1班期末成績(jī)優(yōu)良，整體成績(jī)分布情況如圖4所示，其中優(yōu)秀為13人，良好為11人，中等為1人，及格為1人。

4 結(jié) 語(yǔ)

新冠疫情給物理實(shí)驗(yàn)線上教學(xué)造成了極大的困難，探索物理實(shí)驗(yàn)混合式線上教學(xué)模式，對(duì)未來(lái)的物理實(shí)驗(yàn)線上教學(xué)和教育教學(xué)改革具有十分重要意義。在疫情期間，筆者進(jìn)行了線上物理實(shí)驗(yàn)混合式教學(xué)，制作虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)秸n視頻，以物理學(xué)2018-1班為試點(diǎn)，將慕課和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)合，將預(yù)習(xí)和講授結(jié)合，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，打造了全新的混合式線上教學(xué)模式，教學(xué)效果較好，學(xué)生能夠高質(zhì)量完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，期末成績(jī)優(yōu)良，有效應(yīng)對(duì)疫情帶來(lái)的不利影響。