李永濤，王雪杰，王增旭，張紅光，陳 偉，劉利清

(1.南京郵電大學(xué) 教務(wù)處，江蘇 南京 210023； 2.南京郵電大學(xué) 理學(xué)院，江蘇 南京 210023)

新冠肺炎疫情的暴發(fā)，對(duì)當(dāng)今的高等教育格局產(chǎn)生了巨大影響。以在線教學(xué)為主要特征的“停課不停學(xué)、停課不停教”成為疫情下高校教育教學(xué)的新形態(tài)，催生中國(guó)高等教育發(fā)展的新方向和新內(nèi)涵，使我國(guó)高等教育面臨著新挑戰(zhàn)、新機(jī)遇。隨著全球疫情局勢(shì)的好轉(zhuǎn)，后疫情時(shí)代的高等教育將面臨在線教學(xué)能否成為高校主流教育教學(xué)模式根本變革的重要拐點(diǎn)，如何實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)教學(xué)與在線教學(xué)的真正融合發(fā)展等一系列的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，尤其是實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)如何實(shí)施線上線下混合式教學(xué)，更是不可回避的問(wèn)題[1]。

《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》作為理工科學(xué)生進(jìn)入高等學(xué)校必修的實(shí)踐性課程，由于受到新冠疫情防控要求的影響，國(guó)內(nèi)一些高校在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上提供了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的線上教學(xué)資源，僅僅采取讓學(xué)生看、聽(tīng)的方式獲取知識(shí)，一定程度上影響了對(duì)學(xué)生科學(xué)思維、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。南京郵電大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在線課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教育模式束縛，充分發(fā)揮教育信息化獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)新性地開(kāi)展了虛實(shí)融合、線上線下混合的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐，有效地降低疫情防控對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的影響。

1 后疫情時(shí)代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革的新機(jī)遇和可行性

突如其來(lái)的疫情對(duì)高等教育來(lái)講既是“?！?，也是“機(jī)”。應(yīng)當(dāng)變挑戰(zhàn)為機(jī)遇，抓住這次疫情的契機(jī)，推進(jìn)高校教育教學(xué)變革，實(shí)現(xiàn)學(xué)校教育教學(xué)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。疫情防控期間，各高校建設(shè)了大量的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源和教學(xué)平臺(tái)，如：在線課堂、慕課、微課、在線教育平臺(tái)、云教室等。同時(shí)，教師和學(xué)生積累了豐富的在線教學(xué)和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)；經(jīng)受了此次疫情的考驗(yàn)之后，學(xué)校、教師、學(xué)生和家長(zhǎng)普遍接受了在線教學(xué)的理念，對(duì)在線教學(xué)的質(zhì)疑和抵觸力逐漸降低，現(xiàn)代信息技術(shù)、教育信息化教育教學(xué)得到足夠重視，有力助推了教育領(lǐng)域的“學(xué)習(xí)革命”[2]。

1.1 國(guó)家文件的頒布實(shí)施為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供了政策支持

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》(2010-2020)明確強(qiáng)調(diào)：強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)；同時(shí)，強(qiáng)調(diào)應(yīng)開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)課程，創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式，開(kāi)展高質(zhì)量高水平遠(yuǎn)程教育。教育部在2018年出臺(tái)的《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見(jiàn)》(新高教四十條)中指出，推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，加快建設(shè)多元協(xié)同、內(nèi)容豐富、應(yīng)用廣泛、服務(wù)及時(shí)的高等教育云平臺(tái)，打造適應(yīng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主管理、自主服務(wù)需求的智慧實(shí)驗(yàn)室[3,4]。大力推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等現(xiàn)代技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，探索實(shí)施網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化、個(gè)性化的教育，推動(dòng)形成“互聯(lián)網(wǎng)+高等教育”新形態(tài)，以現(xiàn)代信息技術(shù)推動(dòng)高等教育質(zhì)量提升的“變軌超車(chē)”，推動(dòng)形成支持學(xué)習(xí)者人人皆學(xué)、處處能學(xué)、時(shí)時(shí)可學(xué)的泛在化學(xué)習(xí)新環(huán)境。

1.2 新一代信息技術(shù)的發(fā)展為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供了技術(shù)保障

隨著無(wú)線寬帶技術(shù)的飛躍發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”是國(guó)家“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略的重要組成部分，也是教育改革發(fā)展的先聲和新銳，是教育現(xiàn)代化進(jìn)程的引擎，教育信息化成為高校教育發(fā)展水平的標(biāo)志，是高等教育深化改革尤其是人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新的有效途徑和重要抓手，將有力推動(dòng)教育體制革新[5]。信息物理系統(tǒng)在工業(yè)制造、實(shí)踐性教學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用，更是加快了實(shí)踐性教學(xué)改革的步伐。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)是國(guó)家教育信息化戰(zhàn)略的重要實(shí)踐內(nèi)容，成為加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)、提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段[6]。信息物理系統(tǒng)是集成計(jì)算、通信與控制于一體的下一代智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大型工程系統(tǒng)的實(shí)時(shí)感知、動(dòng)態(tài)控制和信息服務(wù)，是一種虛擬世界與物理世界的一種映射和對(duì)應(yīng)關(guān)系[7]。它通過(guò)人機(jī)交互接口實(shí)現(xiàn)和物理進(jìn)程的交互，將教師、學(xué)生、實(shí)驗(yàn)儀器互聯(lián)起來(lái)，使用網(wǎng)絡(luò)化空間以遠(yuǎn)程的、可靠的、實(shí)時(shí)的、協(xié)作的方式操控一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)儀器，這為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供了技術(shù)支持。

2 建立虛實(shí)結(jié)合的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系

建立以線下真實(shí)實(shí)驗(yàn)、線上虛擬實(shí)驗(yàn)虛實(shí)結(jié)合的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)多種教學(xué)方式的互相結(jié)合與補(bǔ)充，如圖1所示。數(shù)字虛體越賦能物理實(shí)體，將信息技術(shù)融合于專(zhuān)業(yè)、課程技能訓(xùn)練以及教學(xué)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)，運(yùn)用新技術(shù)、新方法，提供多樣化的實(shí)踐教學(xué)方式。課前預(yù)習(xí)階段，學(xué)生先進(jìn)行3D虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M操作(圖2)，對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有感性的認(rèn)識(shí)，熟悉實(shí)驗(yàn)儀器操作流程和注意事項(xiàng)；課中實(shí)操階段，學(xué)生到達(dá)實(shí)驗(yàn)室，對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行熟悉操作，訓(xùn)練動(dòng)手能力，增強(qiáng)對(duì)預(yù)習(xí)階段的線上實(shí)驗(yàn)操作的訓(xùn)練和體會(huì)。課后學(xué)生可以進(jìn)行遠(yuǎn)程模擬，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)一步鞏固。虛實(shí)結(jié)合的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系在不削弱現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，通過(guò)線上虛擬實(shí)驗(yàn)延長(zhǎng)教學(xué)時(shí)長(zhǎng)，提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的有效訓(xùn)練，使實(shí)踐教學(xué)更具吸引力和實(shí)效性，使實(shí)踐教學(xué)體系從整體上發(fā)揮比傳統(tǒng)單一實(shí)驗(yàn)室更大的作用。

圖1 虛實(shí)結(jié)合的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系

圖2 3D虛擬實(shí)境操作界面

3 實(shí)施混合式大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的選取和教學(xué)資源的建設(shè)是開(kāi)展混合式教學(xué)的基礎(chǔ)。南京郵電大學(xué)《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》課程在2018年獲批了江蘇省首批省級(jí)精品在線開(kāi)放課程建設(shè)。2018年秋首次在“中國(guó)大學(xué)MOOC”平臺(tái)上線對(duì)外開(kāi)課，已穩(wěn)定運(yùn)行5個(gè)學(xué)期，累計(jì)選課量達(dá)2.2萬(wàn)人次。線上打造“網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)超市”，豐富物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。開(kāi)展“教-學(xué)-做-測(cè)”于一體的線上教學(xué)新形式，創(chuàng)新“線上看教材-線上看視頻-線上虛擬操作——線上互動(dòng)交流”的線上教學(xué)流程，如圖3所示。

圖3 線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程圖

線下讓學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，以“翻轉(zhuǎn)課堂”的模式開(kāi)展課堂教學(xué)，教師與學(xué)生充分互動(dòng)交流，解決了線上學(xué)習(xí)的疑惑，拓展學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的應(yīng)用?；旌鲜浇虒W(xué)模式的實(shí)施，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高了教師教學(xué)的水平，真正做到了教學(xué)相長(zhǎng)，取得了很好地教學(xué)效果[8-10]。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)疫情期間大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程實(shí)施虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)體系、線上線下混合的教學(xué)模式進(jìn)行了闡述和分享，為后疫情時(shí)代實(shí)踐性教學(xué)的開(kāi)展提供了經(jīng)驗(yàn)和思路。后疫情時(shí)代，信息技術(shù)賦能高校教育教學(xué)、線上線下教育混融共生是一種必然趨勢(shì)。南京郵電大學(xué)將充分發(fā)揮學(xué)校信息學(xué)科優(yōu)勢(shì)，利用國(guó)家“雙一流”學(xué)科建設(shè)及江蘇省高水平大學(xué)建設(shè)的有利契機(jī)，繼續(xù)完善未來(lái)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新體系和新模式，逐步形成學(xué)校實(shí)踐教育的新業(yè)態(tài)和新生態(tài)。