大学物理实验混合式教学探索和实践*

田 雁

(兴义民族师范学院物理与工程技术学院 贵州 黔西南 562400)

1 引言

大学物理实验课程是高等院校理工科学生必修的基础课，是物理学专业学生的专业实践课程.我校大学物理实验包括力学实验、热学实验、电磁学实验、光学实验4门课程[2～4]，分别在大一上、下学期和大二上、下学期开设.这4门课程总体来看，旨在让学生对力学、热学、电磁学、光学所涉及的理论知识通过实验作进一步的理解和加深，同时让学生掌握科学实验的基本知识和方法以及技巧，培养学生的创新实践能力，为学生后续作科研，应用知识和技术工作打下坚实的基础[5].然而随着国家的发展，各行各业都呈现了不同的需求，加上当前疫情的来临，传统的教学方式已经不能全面地满足需求，我们必须与时俱进.比如在处理数据过程中使用的逐差法、描点作图法比较粗略，最小二乘法耗时等等；在微信、QQ等即时通信手段普及之后，学生学习的方式不再仅仅停留在课堂上；“雨课堂”“学习通”平台的搭建更是让学生获取知识的途径有了较大的改变.实验教学授课方法进行改革迫在眉睫.尝试实现线上和线下相结合的物理实验教学模式[6]，将线上微信和QQ、雨课堂、学习通、仿真实验平台等现代教育技术与线下的课堂有机结合，对教学内容进行优化，把学生实验过程进行细化以及较科学地核定学生成绩等进行了改革和实践，取得了一定的效果.

2 线上线下相融合优化教学内容

线上线下融合教学内容采取的模式如表1所示.

表1 教学内容实施方案

续表1

2.1 线上开展的教学内容

2.1.1 与开设的实验项目相关的内容

(1)实验涉及的主要理论介绍

把开设的实验项目中涉及的理论知识进行演示文稿的讲解，上传“雨课堂”或者“学习通”，便于学生移动学习.

(2)实验内容及要求

在“雨课堂”或“学习通”发布开设的每个实验的实验内容和要求，让学生围绕其开展预习.

(3)仪器介绍和操作示范

在“雨课堂”或“学习通”发布实验所用仪器的介绍，便于学生在实验前了解仪器的结构、设计思想、使用的注意事项等.

(4)实验预习测试

利用“雨课堂”或“学习通”发布每个实验预习测试，其中全班同学发布可以选用“雨课堂”或“学习通”，少数学生发布时建议采用“学习通”发送.

2.1.2 与实验相关的趣事

把实验仪器或者实验设计思想的故事在“雨课堂”或“学习通”中给学生呈现出来，利于提高学生的人文素养，同时也能开展课程思政[7].

2.1.3 仿真实验

建立了仿真实验平台，让学生利用仿真实验实现提前感知实验现象或者实验中不能实现的一些现象,并拓宽学生的视野.

网站http://aryun.ustcori.com:8160/Page/BI/BI000.aspx，外观界面图如图1所示.

图1 仿真实验平台外观界面

2.1.4 科学软件介绍

帮助学生利用科学软件高效地对实验数据进行分析，找出形成误差的主要原因，锻炼学生分析解决问题的能力和提出问题的能力.我们在学校建立的“软件培训社团”对Origin，Tracker，COMSOL，手机工作坊phyphox等；制作演示文稿的软件，比如iSlid，FocuSky，EasySketch以及对视频、音频处理的软件，比如Camtasia studio，Adobe Audition等等.

2.1.5 利用微信 QQ建立课程群

方便学生与学生之间，教师与学生之间及时沟通.

2.2 线下开展的内容

2.2.1 实验项目分层 循环开设实验

根据实验室的仪器和参考教材把实验室能开设的实验进行分层，共分为基础型、提高型、创新设计型和仿真实验4个层次.在基础型和提高型中又分为必做和选做两类，学生可根据自己的兴趣和意愿在选做项目中选做喜欢的项目.实验循环开展，学生分组进行实验.以电磁学实验开设的实验项目为例，具体实施如表2所示[8],要求学生在一学期中必做9个实验，选做2个实验和1个仿真实验.创新设计实验学生以小组为单位开展研究，人员1～3人.

表2 开设的实验项目

授课时间安排如表3所示.

表3 课程开展的时间安排[9]

续表3

2.2.2 指导实验操作 开展过程评价

在第一轮实验中教师指导实验的具体过程偏多，第二轮、第三轮实验中教师旨在帮助学生解决问题，实验结束后对学生的操作进行评分.

2.2.3 利用科学软件 分析实验结果

实验结束后学生根据实验的实际情况利用科学软件对数据进行处理和误差的分析.

2.2.4 课外开放实验室

在上课期间，实验室开放，学生可以与实验室管理人员预约到实验室进行预习，也可以做完实验后，再次进入实验室解决遗留问题.

3 注重学习过程 量化考核内容

学生的成绩按照图2所示进行核定[10].

图2 学生成绩的计算方式

对2019级物理学专业和2018级物理学专业学生采取上述方式得到的实验成绩分布统计如表4和表5所示.

表4 2019级物理学电磁学实验成绩分布

表5 2018级物理学光学实验成绩分布

比较表4和表5可看出曾经参加过两次课程改革的2018级学生中优秀率有所提高，没有出现不及格的学生，学生成绩分布总体情况较2019级物理学专业好.

4 开展创新实验 让学生有实践的平台

学生开展创新实验的途径有两种，一是与力学、热学、电磁学、光学有关的实验现象；二是采用CUPT比赛的课题.CUPT比赛是中国大学生物理学术竞赛(ChinaUndergraduatePhyisicsTourna-ment)的简称.它是借鉴国际青年物理学家锦标赛(InternationalYoungPhysicists′Tournament，简称IYPT)的模式发起的一项全国性赛事[11]，是 2010 年由南开大学引进开始形成的由国内高校组织实施、大学本科生参与，是一项以团队辩论和对抗形式进行的物理竞赛.学生按模板上交研究的方案，给学生一定的时间开展研究，制作汇报的PPT,进行课题汇报，撰写创新实验报告.通过这些训练，可以对学生的物理学基础知识、数学能力、逻辑能力、语言表达能力、协作能力、实验实践能力、创新能力进行全面考核和培养，学生所学知识能学以致用，对学生后续综合能力的提高大有帮助.

5 教学结果

到目前为止，我们已经组织学生参加了4次“中国大学生物理学术竞赛”(CUPT)，参赛结果如表6所示.

表6 参加“大学生物理学术”竞赛取得的成绩

从这4次比赛的结果来看，目前我校的成绩排在地方院校的前列.通过这个竞赛的参与,提升了我校在贵州省人才培养的知名度，促进了我校与其他高校的交流与学习，为今后开展学校教育教学工作提供了新的方向，同时增强了老师们和学生们的斗志，推动了大学物理实验课程教学的深化改革.

6 存在的不足和今后努力的方向

在教学中采用的线上和线下混合式教学模式相对于之前的教学在教学内容、教学方式上丰富了许多，能较全面地评估学生的能力，学生的学习空间自由度增大.但是，在实施的过程中仍存在如下不足.第一，部分学生对“雨课堂”“学习通”平台使用方法掌握不好，主要原因其一是自身时间观念不强，其二不能很好把握利用网络系统提交资料的方法.第二，对自律能力差的学生查阅资料是否到位不能做到很好的监督.第三，在实验中仍然有部分学生对教师的依赖强，仍存在积极性不高，碰到挫折就不能静心进行实验.第四，课后部分学生对软件的使用能力欠佳.针对以上问题我们在后续教学中将采取的措施：在开学前半个月利用问卷星调查学生的需求；对移动学习平台的使用进行再次培训；对制作的视频和资料进行进一步的优化，做好监督作用；加强学生创新意识的培养；加强学生与时俱进思想的培养，提高他们使用实验科学软件的能力.接下来我们再思考如何把4门实验课进行整合，留出更多的时间让学生多实践，提高他们解决问题的实际能力，同时也提升教师教学的综合能力，让其更加深入探讨线上线下融合的方法.大学物理实验教学课程的改革将继续进行下去.