新型教学模式下大学物理实验教学的探索与实践
来源:用户上传
作者:高琪 朱小芹 薛建忠
摘要：为了有效激发学生对大学物理实验的学习兴趣，在预备实验、基础性实验、综合性实验及设计性实验教学中，尝试引入微课、翻转课堂、“慕课”（MOOCs）等新型教学模式。实践证明，这种教学改革能够很好地调动学生学习的积极性、主动性，激发其实验学习的探究性。从而，既提高了学生的实验技能，又培养了其创新能力。
关键词：大学物理实验;开放式教学模式;新型教学模式
大学物理实验是一门面向理工科各专业一二年级学生开设的必修通识基础实验课程。该课程是学生进入大学后接受系统实验方法和技能训练的开端，其目的是培养和提高学生的科学素养。在实验教学模式上，单纯的传统实验教学模式已经无法满足新时代人才培养的需要，近些年，一些高校进行了开放式实验教学模式的研究与探索，对提升学生主观能动性、培养创新能力具有重要作用，同时，也存在一些问题。随着网络技术的不断发展，微课、翻转课堂、“慕课”（MOOCs）等新型教学模式应运而生[1-3]，这些新型的教学模式对于缓解课堂教学压力起到很好的作用。众所周知，实验教学的特点必须要求学生动手操作、实验观察、结果分析，因此，线上的新型教学模式又必然得与线下的实验室教学模式相结合，才能达到预期的实验教学效果。通过实践，笔者尝试在预备实验、基础性实验、综合性实验和设计性实验不同教学阶段，有效地将新型教学模式与开放式实验教学和传统实验教学结合起来，以达到最佳的实验教学效果。
1 传统实验教学和开放式实验教学存在的问题
传统的大学物理实验教學要求学生课前预习文字材料，由于形式过于单一，许多学生敷衍了事，没有达到预习的目的;实验课堂教师采用灌输式的教学模式，讲述实验原理、实验步骤和注意事项，占用了较多的时间，然后学生再被动的验证实验。由于实验时间有限，学生遇到问题就直接找老师，没有进行思考与探索，这种被动的学习很容易使学生感到枯燥，失去实验探索的兴趣，更不利于学生创新意识的培养。现阶段，很多高校都在纷纷探索大学物理实验开放式教学模式。
开放式实验教学就是让学生自主选择实验内容、实验方法和实验时间，将学生作为课堂的主体，由学生独立完成物理实验，教师主要是以引导的方式进行教学[4]。这种教学方式构建了时间、空间、内容全方位开放的教学模式，可以实现物理实验教学的多元化发展，提高实验室、实验仪器的利用效率，激发学生进行物理实验的积极性，有效的改善了大学物理实验的教学效果[5]。但是完全采用开放式教学模式仍存在诸多困难。其一，学生的实验基础相差悬殊，部分学生在完全开放的实验教学模式下无法达到实验的基本要求。另外，开放式实验教学模式完全依赖于学生的自觉性和主动性，有心想学的学生可以学到很多，无心学习的同学则容易放任自流，从而导致严重的两极分化。
2 物理实验教学模式的探索
江苏理工学院物理实验教学中心承担着全校理工科各专业的大学物理实验课程。经过多年实验教学探索，逐步建立起了一套适合该校的物理实验教学模式，即新型教学模式与开放式实验教学、传统实验教学相结合的实验教学模式。在这种教学模式中：新型教学模式将实验的理论讲解移出课堂，大大延长实验操作时间;传统实验教学保证了学生正常的实验教学时间和必须训练的实验项目;阶段性的开放式实验教学则给学生提供了探究的、自主的学习方式，成为传统实验教学模式的补充，三种教学模式的有机结合有效地提高了物理实验的教学效果。我们将大学物理实验内容分为预备实验、基础性实验、综合性实验和设计性实验4个实验阶段，并在不同的实验阶段，探索了不同的结合方式。
2.1 预备实验：传统排课教学+开放实验室
在学生进入实验室进行正式实验之前，首先，要对实验基础知识进行学习，即实验绪论课程。这部分内容往往是采用传统式的教学方法，即教师进行理论讲解：误差分析、不确定度评定与数据处理基本知识、基本仪器安全使用规则等。但是考虑到学生的实验能力参差不齐，单纯的灌输理论知识，有些学生对于一些基本仪器的使用方法、测量与数据记录等基本实验规范还是无法准确掌握。为了解决以上问题，实验中心特地安排了预备实验，即在绪论课授课同时，实验室采取全面开放的形式，有次序地组织学生到实验室熟悉各类实验仪器。通过第一时间走进实验室，学生不仅能够及时巩固教师所讲的理论基础知识，还能够掌握一定的实验基本技能，提高学生的学习热情和学习效率，为后面正式实验打下一定的基础。
2.2 基础性实验：传统排课教学+微课、“慕课”预习+翻转课堂
基础性实验采用实验室统一排课的传统教学模式，让学生在固定的时间内完成必修的实验项目，以培养学生基本实验技能、实验操作方法、基本实验仪器的使用以及一定的分析、解决问题的能力。怎样变被动灌输式教学为主动自主学习成为了首先需要解决的问题。实验中心主要从以下两个方面采取措施：一方面，更加强调预习过程的重要性。第一，利用微课学习。实验教师提前录制好微课视频，对实验目的、实验原理、仪器介绍、实验操作重难点及注意事项进行讲解，学生根据自身情况，自主选择学习时间、管理学习进度，利用手机随时随地重复观看自己需要学习的内容，实现个性化学习。学生也可以选择参与“慕课”向各知名高校具有丰富和先进教学经验的教授、专家进行学习，对高水平、侧重点不同的教师进行自由选择，提高了学习的积极性和主动性。第二，利用现代手机传媒，搭建面向学生的公众教学平台，定期发布实验教学课件，同时因人因材施教，实施分层次教学，以逐步加深学生对课程基础理论和实验原理的理解，从而保证良好的预习效果。第三，利用校园网络建立虚拟仿真实验，仿真实验不受时间和空间的限制，拓宽了教学的时间和空间，为学生提供了多样化的学习方式。通过预习，学生对基础理论已有较为全面的认知，从而节省课堂上的理论教学时间，为学生的实验操作释放了时间。另一方面，改变教师的授课模式。教师应作为教学活动的组织者和设计者，采用翻转课堂的教学形式，引导学生发现问题、分析讨论、协作交流和实验操作，让学生通过不断探索试错，得出实验结论，并探究实验误差、找出减小误差的最优方法。经过基础性实验项目的系统训练后，学生的基本实验技能有了明显提高。 2.3 综合性实验：微课预习+开放式教学
实验中心安排开设了综合应用力、热、电、光、近代物理等各领域实验方法的综合性实验，旨在强化学生对实验设计思想和方法的理解，以期达到学以致用的目的。该阶段，教师的主要任务是录制好各个综合性实验的微课视频供学生进行实验预习，而实验课主要采取开放式的教学模式，学生在实验中心开设的综合性实验中自主选择实验项目、安排实验时间，在实验室开放期间进行实验。开放式教学模式实验内容开放主要体现在两个方面，其一，不同专业的学生可根据自身兴趣或专业需求选择不同的综合性实验，有所侧重。对于机械专业学生，将力学实验课程作为其选修学习的重点，而电气专业的学生可根据自己专业特点优选电学相关实验，以尊重学生的主体地位，因材施教，激发兴趣。其二，重视分层次教学：对于同一个实验，基础薄弱的学生完成实验的必修部分，重点是强化基本训练;基础好的学生适当增加实验难度，将选修部分作为拓展内容，从而提高综合技能，分层次教学使不同基础的学生其实验能力得到不同程度的培养，对提升实验教学效果具有重要作用。开放教学模式下实验室采用全面开放的形式，为学生提供必须的实验仪器，为了保证实验效果，不限制学生的实验时间，有效地提升了实验室的利用效率，避免了资源的闲置和浪费。
2.4 设计性实验：完全开放式教学
物理实验课程的一个重要教学目标在于培养学生的探索能力和创新能力，初步培养学生的科学研究能力，为此，对实验成绩优秀、有实验热情的学生开设设计性实验。设计性实验采用完全开放的教学模式，实验项目完全由学生自主确定，可以是必修实验的拓宽内容、也可以是学生根据专业特点及个人兴趣自由选择的题目，进而学生通过“慕课”学习或通过查阅相关资料确定实验方案。实验室采用全面开放的形式给学生提供相应的实验器材，并有专门的老师提供咨询和指导。学生自主预约实验时间，进行实验操作，完成实验报告。此外，也可以利用开放实验室开展课外科技制作、发明以及各种物理实验类竞赛活动。
实践证明，这种新型教学模式与开放式实验教学、传统实验教学相结合的实验教学模式，在自主的、探究的学习过程中激发了学生进行物理实验的积极性，培养了学生的实验技能和一定的创新意识。后续我们还将继续加强实验室开放力度，满足各层次学生求知、探索和创新的欲望，提供学生自主学习平台，师生交互平台，鼓励学生进行研究型实验，努力形成动态、自主、多元的教学模式。
3 结语
傳统实验教学和开放式教学模式均存在一定的弊端，本文提出了在预备实验、基础性实验、综合性实验和设计性实验不同教学阶段将微课、翻转课堂、“慕课”等新型教学模式与开放式实验教学、传统实验教学相结合的教学模式。该模式将实验教学的指导思想转变为学生学习为主，教师指导为辅，既保证了学生掌握必须的实验技能，又给学生提供了探究的、自主的学习方式，从而强化了实验教学效果。后续将进一步明确实验教学的定位和建设目标，探索更为完善的实验教学模式，以取得更好的教学效果。
参考文献：
[1] 甘亮勤， 杨上供， 周承仙，等. “微课”翻转课堂在大学物理实验教学中的应用[J]. 实验室研究与探索， 2018，37（2）：193-195.
[2]李敬然. 翻转课堂在大学物理实验教学中的应用研究[J]. 高教学刊， 2017（10）：54-55.
[3]曹显莹， 曲阳. 基于慕课模式的大学物理实验教学改革与创新[J]. 物理实验， 2016， 36（5）：25-28.
[4] 陈国杰， 谢嘉宁， 黄义清，等. 构建集约式物理实验开放教学新模式[J]. 实验室研究与探索， 2007， 26（4）：109-110.
[5] 解玉鹏， 王显德， 盖啸尘，等. 开放实验室条件下大学物理实验教学改革模式探索[J].大学物理实验， 2017， 30（6）：142-144.
Abstract： In order to stimulate students' interest in college physics experiment， the physics experimental teaching center of Jiangsu University of Technology puts forward a teaching mode of college physics experiment，which combines the new teaching mode， such as micro-lecture， flipping classroom， and massive open online courses （MOOCs） with opening experiment teaching mode and traditional experiment teaching mode in different teaching stages of preliminary experiment， basic experiment， comprehensive experiment and designing experiment. Practice has proved that this kind of teaching mode stimulates students' enthusiasm in the process of independent and inquiry learning， and cultivates students' experimental skills and a certain sense of innovation.
Key words： college physical experiment; opening teaching mode; new teaching mode
责任编辑 祁秀春
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15008049.htm
