齊紅霞

摘要：新冠肺炎疫情給課堂教學(xué)造成了很大沖擊，在疫情嚴(yán)重時期，學(xué)校實施停課不停學(xué)的教學(xué)方式，理論課程均轉(zhuǎn)為線上教學(xué)。大學(xué)物理實驗課程固有的學(xué)科實踐特性，由于無法開展線上教學(xué)而停滯。該文探討在疫情等特殊時期，大學(xué)物理實驗線上教學(xué)的可行性，在教學(xué)方法、效果評價等方面提出思路，利用現(xiàn)代信息技術(shù)，爭取實現(xiàn)實驗課程與理論課程同步線上教學(xué)，深化學(xué)生對物理理論的學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實驗??在線教學(xué)??信息技術(shù)??效果評價

中圖分類號：G434;O4-4???文獻標(biāo)識碼：A???文章編號：1672-3791（2022）07（b）-0000-00

Study?on?Online?Teaching?of?College?Physics?Experiment

QI?Hongxia

（School?of?Physics?and?Electronic?Engineering，?Jiangsu?Normal?University，?Xuzhou，?Jiangsu?Province，?221116?China）

Abstract：?Classroom?teaching?was?impacted?severely?by?the?COVID-19.?In?the?serious?epidemic?period，?classes?suspended?but?learning?continues，?and?the?theoretical?courses?have?been?converted?to?online?teaching.?However，?the?inherent?discipline?practice?characteristics?of?college?physics?experiment?courses?makes?it?stagnate?due?to?the?inability?to?carry?out?online?teaching.?This?paper?discusses?the?feasibility?of?online?teaching?of?college?physics?experiments?in?special?periods?such?as?epidemic?situation，?puts?forward?ideas?in?teaching?methods?and?effect?evaluation，?and?strives?to?realize?the?synchronous?online?teaching?of?experimental?courses?and?theoretical?courses?by?using?modern?information?technology，?so?as?to?deepen?students'?learning?of?physics?theory.

Key?Words：?College?physics?experiment?course;?Online?teaching;?Information?technology;?Impact?assessment

新冠肺炎疫情對人們的生命財產(chǎn)和身體健康帶來了巨大挑戰(zhàn)，對人們的生產(chǎn)生活造成很大影響。對高校課程教學(xué)而言，在疫情防控常態(tài)化時期，不僅要關(guān)注線上教學(xué)資源的組織和管理，也要平衡不同學(xué)科的特性和差異[1-2]。大學(xué)物理實驗具有實踐性、互動性等特點[3-4]，在學(xué)生無法操作實驗儀器的情況下開展線上教學(xué)，需要更加充分地利用信息技術(shù)手段，調(diào)動學(xué)生在線學(xué)習(xí)積極性和主動性，以討論互動為主、觀摩驗證為輔的教學(xué)形式，彌補無實物教學(xué)的缺陷，師生合力達到教學(xué)目標(biāo)的要求。1?傳統(tǒng)的大學(xué)物理實驗教學(xué)模式

實驗課程是對理論課程的必要補充，是學(xué)生獲取知識的直觀體驗，有助于培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新意識[5-6]。通過實驗操作和驗證，強化了學(xué)生對理論的認識，深化了學(xué)生理論聯(lián)系實際和解決具體問題的能力。大學(xué)物理實驗是科學(xué)實驗基本訓(xùn)練的必修基礎(chǔ)課程，是高校理工科學(xué)生接受系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓(xùn)練的開端。大學(xué)物理實驗包含力、熱、聲、電、光等多個知識模塊，學(xué)生通過動手操作，既加深對理論知識的理解，又鍛煉了以物理角度思考問題的方式，為以后生活中的安全用電等物理知識應(yīng)用場景奠定基礎(chǔ)。

高校大學(xué)物理實驗均采用課堂教學(xué)模式，在實驗室進行。以“薄透鏡焦距的測量”這一光學(xué)實驗為例，同學(xué)們進入實驗室，提交預(yù)習(xí)報告，實驗教師根據(jù)預(yù)習(xí)報告和學(xué)生對該次實驗的熟悉程度進行評估，然后進行實驗原理的講解和實驗儀器操作演示，接下來由學(xué)生獨立完成實驗并進行原始數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)處理。整個實驗過程，教師與學(xué)生面對面，及時的講解答疑和詢問交流，保證每位同學(xué)都可以得到理論知識和實踐技能的提升。

2?疫情對實驗教學(xué)的沖擊

突如其來的新冠肺炎疫情改變了人們的生活軌跡，人們對疫情從最初的惶恐、焦慮到現(xiàn)在的了解、戰(zhàn)勝，中間經(jīng)歷了一個漫長的過渡時期。在這個過渡時期里，學(xué)校的教學(xué)模式也在逐步摸索和改變[7-8]。理論課程可以通過在線形式，以直播或錄播的方式教授知識，現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)通訊和教學(xué)平臺，足以保障在線教育的成功實施。隨著科技的發(fā)展，理論課程在線教學(xué)平臺也在逐步完善，師生自由互動，幾乎可以模擬課堂教學(xué)的實際，達到較好的教學(xué)效果。

然而，疫情初期停課不停學(xué)的理論在線教學(xué)期間，實驗教學(xué)則處于停滯狀態(tài)，大學(xué)物理實驗也不例外，所有停課的高校，整個學(xué)期內(nèi)物理實驗室均處于封閉狀態(tài)。由于實驗課程的特殊性，無法在短期內(nèi)找到類似理論教學(xué)的替代方案，只能選擇疫情停課、開學(xué)補課的被動策略，導(dǎo)致實驗課程積壓滯后。

對于理工科學(xué)生來說，疫情緩和后的學(xué)期內(nèi)，需要補充教學(xué)計劃內(nèi)缺失的上學(xué)期的大學(xué)物理實驗課程，導(dǎo)致部分年級學(xué)生課程負擔(dān)加重。補充的實驗課程一般安排在晚上和周末進行，利用了學(xué)生的休息時間，部分學(xué)生產(chǎn)生抵觸心理，學(xué)習(xí)效果大打折扣。另外，本該兩個學(xué)期的實驗課程被壓縮到一個學(xué)期，額外的實驗課時也會導(dǎo)致教師壓力增大，實驗儀器超負荷運轉(zhuǎn)，對實驗儀器的維護帶來不利影響。由于平時缺少預(yù)案，導(dǎo)致疫情突發(fā)事件對實驗教學(xué)的沖擊較大。

3?物理實驗在線教學(xué)的必要性

疫情已經(jīng)得到緩解，由疫情導(dǎo)致積壓的大學(xué)物理實驗課程也已經(jīng)全部補習(xí)完畢，但并不意味著我們已經(jīng)完美解決了在突發(fā)事件下實驗課程的所有問題。與其在突發(fā)狀況下消極等待，不如現(xiàn)在行動起來，制定突發(fā)事件下實驗教學(xué)的替代方案。在線實驗教學(xué)雖然不能解決學(xué)生動手操作的難題，但也盡可能地滿足對物理定理和規(guī)律進行驗證的要求。

物理實驗在線教學(xué)作為一種替代方案，是非常時期的有效實驗教學(xué)方法，對大學(xué)物理理論教學(xué)起到補充和促進作用，使學(xué)生更直觀地理解物理定理的內(nèi)容，從而更好地掌握理論知識。實驗在線教學(xué)可以延伸為微課實驗，甚至突破物理實驗教學(xué)大綱規(guī)定的必做實驗，對大學(xué)物理課程中每個重要定理都以微課的形式展示出來，幫助學(xué)生深刻理解理論知識。

實驗在線教學(xué)是一種非常規(guī)的教學(xué)方式，可以在一定程度上緩解突發(fā)事件對實驗教學(xué)的沖擊。學(xué)生在線學(xué)習(xí)實驗內(nèi)容之后，掌握了實驗原理、實驗過程等基本知識，即使突發(fā)事件過后再補做實驗，也可節(jié)省課時，起到事半功倍的效果。

4?信息化手段的應(yīng)用

現(xiàn)代信息技術(shù)為實驗課程的遠程教學(xué)提供了可能性，在疫情形勢下，理論課程的線上教學(xué)迅速發(fā)展，實驗教學(xué)不能一味停滯不前和被動等待，也應(yīng)充分利用信息化手段，跟上理論課程教學(xué)進度，方便學(xué)生理論與實驗相結(jié)合，加深對課程的理解和掌握。

最為簡單可行的方法是錄制實驗操作視頻。大學(xué)物理實驗教師邊講解實驗原理邊操作實驗儀器，以學(xué)生的角度，進行實驗演示和數(shù)據(jù)記錄，將實驗注意事項和遇到的實際問題進行分析和總結(jié)。此種方法類似于課堂教學(xué)的講授法，雖然難以達到真實實驗的效果，但可在一定程度上讓學(xué)生了解實驗過程和實驗原理，有助于相關(guān)理論知識點的深化理解。

以“薄透鏡焦距的測量”實驗為例，該實驗可以加深理解薄透鏡的成像規(guī)律，讓學(xué)生學(xué)會光學(xué)元件的共軸調(diào)節(jié)技術(shù)，并掌握多種測量薄透鏡焦距的方法，進而正確地進行數(shù)據(jù)處理。實驗中采用四種方法測量透鏡焦距，分別為測凸透鏡的自準(zhǔn)直法、物距像距法、共軛法，測凹透鏡焦距的輔助透鏡成像法（虛物實像法）。首先，講解四種測量方法的實驗原理和實驗儀器的使用注意事項，然后錄制實驗視頻，著重講解實驗內(nèi)容和步驟，并記錄實驗原始數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)用于學(xué)生進行數(shù)據(jù)處理。演示視頻過程中，要注意調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，盡量采用啟發(fā)式教學(xué)方式，例如：在“共軛法”實驗過程中，讓學(xué)生思考為什么要求物像間距要大于透鏡焦距的4倍，等于或小于這一數(shù)值是否可行;在測凹透鏡焦距實驗中，為何先使凸透鏡成一縮小的實像，當(dāng)放上凹透鏡后，這個像位于凹透鏡的焦點之外還是之內(nèi)。這些問題的設(shè)置，有助于增加學(xué)生的主觀能動性，使學(xué)生積極思考，提高在線教學(xué)效率。最后，學(xué)生在線處理教師實驗記錄的原始數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)會議、各類聊天平臺進行作業(yè)提交、答疑解難、實驗反饋，盡量真實再現(xiàn)實驗室場景，讓學(xué)生學(xué)有所得，達到在線教學(xué)目標(biāo)。

隨著計算機和人工智能的不斷進步，使用電腦仿真軟件進行虛擬實驗?zāi)M和遠程在線教學(xué)在全國各地得到了廣泛的開發(fā)和應(yīng)用。虛擬仿真實驗進入現(xiàn)代化教學(xué)領(lǐng)域，特別是在實驗環(huán)境苛刻和實驗條件危險的場合下，可以作為傳統(tǒng)實驗教學(xué)的重要補充和替代[9-11]。國家教育部門提倡在高校實驗教學(xué)改革和實驗教學(xué)項目信息化建設(shè)的基礎(chǔ)上，開展示范性虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)工作，建立一批實驗教學(xué)效果良好的虛擬仿真實驗室。

基于現(xiàn)代信息技術(shù)的虛擬仿真為大學(xué)物理實驗提供更為真實的實驗?zāi)M環(huán)境。傳統(tǒng)的力、熱、電、光等驗證性實驗，都可以進行虛擬仿真設(shè)計，使學(xué)生具有身臨其境的操作體驗。虛擬仿真實驗對豐富實驗教學(xué)內(nèi)容，改善實驗教學(xué)手段、優(yōu)化實驗教學(xué)儀器、提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣等具有很大促進作用，通過各種教育資源的展示，使用手機、電腦等多平臺的互動，實現(xiàn)在線討論和交流，構(gòu)建基于互聯(lián)網(wǎng)的實驗教學(xué)模式。當(dāng)然，虛擬仿真需要專業(yè)團隊的設(shè)計和規(guī)劃，難度較大。但作為一種特殊時期的實驗替代方案，值得各高校和軟硬件企業(yè)聯(lián)合進行探索和開發(fā)。

5.?學(xué)習(xí)效果評價

線下實驗課堂以預(yù)習(xí)報告、實驗操作、數(shù)據(jù)處理為核心要素進行學(xué)習(xí)效果評價，而不論是以教師演示視頻，還是以虛擬仿真為主的線上實驗，學(xué)生在實驗操作方面都難以實現(xiàn)真實模擬，難以獲得原始實驗數(shù)據(jù)記錄，因而需要更新實驗操作和數(shù)據(jù)處理方面的評價標(biāo)準(zhǔn)。下面以教師演示視頻為例，探討線上實驗學(xué)習(xí)效果評價。

驗證性實驗的目的是通過實驗操作，加深學(xué)生對物理實驗定律的理解。特殊時期的線上實驗教學(xué)以驗證性實驗為主，學(xué)生通過預(yù)習(xí)實驗原理、了解實驗儀器、觀察實驗演示、處理演示數(shù)據(jù)，最終獲得實驗結(jié)果，以驗證物理定律。在此過程中，實驗操作過程和原始數(shù)據(jù)記錄是教師進行的，實驗原理和數(shù)據(jù)處理是學(xué)生完成的。實驗操作部分的評價應(yīng)以了解實驗儀器和實驗操作注意事項為主，數(shù)據(jù)處理方面則著重數(shù)據(jù)分析、誤差處理等。

線上實驗過程中，與學(xué)生的交流互動是效果評價的重要環(huán)節(jié)。實驗課程均為小班教學(xué)，方便教師與學(xué)生的交流探討。在線實驗過程中，需要充分利用網(wǎng)絡(luò)會議、聊天等軟件，建立課程交流平臺，更好地進行實時交流，達到實驗課程目標(biāo)。

6??結(jié)語

大學(xué)物理實驗是為培養(yǎng)學(xué)生動手能力和實踐能力而設(shè)置的課程，然而在新冠肺炎疫情等特殊時期，實驗課程不能停滯不前，而應(yīng)配合理論課程進度，有利于學(xué)生深化理論知識理解。觀摩實驗視頻和虛擬仿真實驗是切實可行的替代實驗方案，輔以對實驗知識的考核，也可使學(xué)生在特殊時期重視實踐能力的提高。當(dāng)然，替代方案始終難以與真實實驗課堂相比，常規(guī)的實驗課堂依然是實踐能力培養(yǎng)的最佳場所。

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