网络教学平台在杨氏模量测量实验中的应用与实践
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摘 要 对目前拉伸法测量杨氏模量实验的课程特点、教学模式及存在问题进行分析，论述网络教学平台在该实验教学过程中的重要作用，并对该实验的教学环节、教学方法和考核方式进行有益的探索与实践。
关键词 杨氏模量;网络教学平台;大学物理实验;自主学习
中图分类号：G642.423 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2019）08-0110-03
Application and Practice of Network Teaching Platform in Young’s Modulus Measurement Experiment//PENG Jinchi
Abstract In this paper， the characteristics， teaching mode and exis-ting problems of the current experiment of measuring Young’s modulus by stretching method are analyzed. The important role of the network teaching platform in the experiment teaching process is
discussed. The teaching links， teaching methods and assessment methods of the experiment are explored and practiced.
Key words Young’s modulus; network teaching platform; college physics experiment; autonomous learning
1 前言
根据胡克定律，在物体的弹性限度内，应力与应变成正比，比值被称为材料的杨氏模量，它是表征材料在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量。杨氏模量的大小标志了材料的刚性，杨氏模量越大，越不容易发生形变。杨氏弹性模量是选定机械零件材料的依据之一，是工程技术设計中常用的参数。杨氏模量的测定对研究金属材料、光纤材料、半导体、纳米材料、聚合物、陶瓷、橡胶等各种材料的力学性质有着重要意义，还可用于机械零部件设计、生物力学、地质等领域。因此，理解杨氏模量的测量原理和掌握杨氏模量的测量方法，是对工科专业本科生尤其是机械、土建以及测绘等专业本科生的基本要求。
2 拉伸法测量杨氏模量实验的课程特点与教学现状
作为最基本的力学测量实验之一，拉伸法测量杨氏模量是全国高校大学物理实验课程中重要一节。该实验项目除了具有自己独有的课程特点之外，也存在目前大学物理实验教学的共性问题。
实验预习效果不理想 大学物理实验是一门手脑结合的课程，学生要学习实验的原理，学习实验的测量方法、操作步骤，同时要掌握实验数据的处理方法，对实验结果进行细致分析，对实验数据进行合理处理。因此，课前预习作为教学环节的第一步是非常重要的，直接影响到后续的教学效果。但是目前大学物理实验课程包括其他实验课程的预习只体现在纸面上的预习报告，缺乏全面衡量预习效果的方法和手段。另外，很多学生只是常规性地抄写书本内容，根本不会思考实验项目，没有达到预习的目的。
教学内容多，实验步骤复杂 大学物理实验通常分成力、热、光、电、磁五个组成部分。对于热、光、电、磁四类实验，通常会有专门的测量仪器，学生只需要完成连线和仪器数据读取即可。而力学实验作为测量实验，对学生的动手能力要求非常高，导致实验测量准确率相对其他实验而言比较低。拉伸法测量杨氏模量的实验原理仅仅是胡克定律，但是对于杨氏模量较大的材料而言，准确地测量微小的形变量和应力变化是非常不容易的。不仅要学习光杠杆的测量原理，还要准确操作实验测量装置，同时要掌握逐差法处理数据的数学方法。
授课模式陈旧 大学物理实验课程和其他理论课程一样，目前都是采用单一的课堂讲授教学方式进行教学。对于拉伸法测量杨氏模量实验课程而言，课堂教学的时间非常紧凑，教师不仅需要在短时间内将实验原理、测量步骤和数据处理方法全面讲解清楚，还要尽可能地留出更多的时间让学生进行仪器操作和数据测量。尽管实验室中配备了教学DVD装置供学生观摩学习，但是通常也是播放一次，无法做到让学生反复观看。因此，这种传统的授课方式很难取得很好的教学效果，学生的实验操作错误率高，实验测量结果偏离真实值较大。如果学生没有认真听讲，很难正确进行实验仪器操作和实验数据测量，也会增大实验设备破损的风险，影响该实验课程的后续教学。
教学评价不全面，缺乏反馈 教学评价环节也是实验课程的重要组成部分，是检验学生学习效果的重要一步。目前，大部分高校对物理实验课程缺少有效的评价环节。学生完成实验后，仅仅是上交实验报告便可以取得实验成绩，预习、实验操作过程、数据处理以及课后作业都没有得到有效评判。另外，授课教师在批改实验报告时发现的错误没有途径反馈给学生。学生对于自己在实验过程中的错误无从知晓，导致今后在具体工程实践中仍然无法准确地进行实验测量和数据处理，没有达到真正学习该项实验课程的目的，也无法反映实验课程对学生动手动脑能力的提升程度。
3 网络教学平台在杨氏模量测量实验中的应用
网络教学平台是一种新兴的教学支撑平台，是利用多媒体和流媒体等技术通过网络展现教学内容和实施教学活动的综合性教学系统，是传统课堂教学的重要补充[1]。近年来，网络教学平台逐步升级，各项功能日趋完善。笔者所在学校的网络教学平台已建成包括课程管理、教学资源、教学活动等基本模块，涵盖了整个教学环节的方方面面。与此同时，由于互联网的飞速发展和移动终端的快速成长，学生也更加接受这种线上的学习方式[2]。笔者近年来将网络教学平台引入杨氏模量测量实验教学并进行了大量有益探索，取得较好的教学效果。 利用课程管理模块提升预习质量 课程管理模块包括课程介绍、教学大纲、教学日历、教师信息、课程通知、选课学生管理与课程共享等几项内容。在该模块，笔者可以通过课程通知的方式，先行发布杨氏模量测量实验的预习要求以及该实验课程的重点、难点，并设定学生的预习时长。另外，笔者在教学平台上上传一些与本实验相关的原理性的知识内容和一些视频和音频资料，以及整个实验的操作过程与注意事项。这样一来，学生可以在实验课程开始前，利用电脑或者手机登录网络教学平台浏览教学资源，对于实验中需要用来处理数据的逐差法也可以进行自主学习。笔者可以通过教学统计查看选课学生的点击记录和学习时长，从而判定每位学生的预习效果。
利用教学资源模块提升教学质量 网络教学平台中的教学资源模块是传统讲授教学模式的重要补充。对于杨氏模量测量实验而言，要在短短的30～40分钟把实验原理、操作步骤、数据处理以及注意事项讲解清楚是非常困难的。学生如果没有很好地预习实验课本，或者在听课过程中出现走神溜号的现象，就很难跟上课程进度。另外，教室配备的教学DVD也只能播放一遍，即使可以重播，也不能满足每一位学生的不同要求。
借助网络教学平台，可以在教学资源模块中解决以上问题。笔者经过多年的教学摸索，将本实验的授课内容制作成PPT上传到教学平台，并将标准化操作示范录制成多个独立视频上传到平台。学生在课前预习时可以进行自主学习，了解本实验的基本知识点。课堂上，只需要讲解实验的基本原理和重点、难点，尽可能地安排更多的时间让学生动手操作。学生在实验操作过程中遇到不会的地方或者没有注意的知识点，可以随时进入网络教学平台进行回放，待到完全理解后再进行实验。
利用教学活动模块提升考核质量 实验课程与任何一门理论课程一样，都要具有完整的教学环节。以往来讲，一项实验项目的课堂教学完成，基本标志该实验课程的结束，即使学生有问题或者有没有理解的知识点，也很难找到教师进行解答。另外，实验考核成绩通常以最后的考核成绩或者平时的实验报告成绩为评定依据，无法对学生在整个实验过程中的表现进行综合评定。
通过网络教学平台的教学活动模块，可以有效地解决以上难题。学生在课后完成实验报告期间，可以继续浏览课程资源来解决自己的疑惑，遇到仍然无法解决的问题，可以在网络教学平台的互动模块与教师交流。互动模块不仅可以帮助学生提升学习质量，也可以为授课教师提供有益帮助。笔者通过近年来收集的学生反馈问题，不断地改变授课内容，逐步提升授课质量，将学生反馈较多的问题及时在课堂上进行讲解，避免学生再犯类似的错误。另外，借助教学平台的统计功能，可以在期末的时候统计出学生的登录次数、学习时长、互动次数等学习情况统计数据。笔者根据这些统计数据并结合预习成绩、操作成绩和实验报告成绩综合进行判定，给出每位学生的最终成绩。
4 网络教学平台在杨氏模量测量实验中的教学实践效果
网络教学平台作为传统教学的重要补充，不僅让大学物理实验课程的教学环节更加完整，也极大地提升了实验课程的教学质量，提高了学生的实验学习成绩。笔者近年来坚持将网络教学平台引入杨氏模量测量实验教学中，得到很好的实践效果。
网络教学平台提高了杨氏模量测量实验的选课率 笔者所在学校的大学物理实验实行预约制，由于杨氏模量测量实验过于复杂且容易出错，因此，选课的学生比例一直很低。但是在应用网络教学平台以后，学生通过自主学习，很大程度上避免了以上所列的各项问题，学习兴趣得到很大提升，选课率从以往的不到40%上升到55%，超过了平均水平五个百分点。借助网络教学平台，学生的预习报告完成质量得到明显提升，达到真正预习的目的，也保证了后续课堂教学和实验操作的学习效果。
网络教学平台提升了学生的课堂学习质量 学生通过自主学习，快速地掌握了实验原理和操作步骤，可以快速准确地完成实验项目，同时可以避免因为操作失误或者操作不当引起的仪器损坏，保证了课堂教学的顺利进行。根据最近三年的统计平均，杨氏模量测量实验的平均成绩达到85.5分，比以往的74分增加了11.5分。同时，该项实验的不及格率由原来的6%下降到现在的3.4%。排除掉一些因为课程冲突而无法上课的情况，凡是上课的学生都能取得较好的实验成绩。
网络教学平台建立了良好的师生互动 任课教师可以在课堂教学之外回答学生的疑难提问，也可以将学生集中出错的地方共享在网络教学平台供学生参考。同时，每位学生可以及时查看自己的实验报告批改情况，对于出错的地方可以通过平台资源进行复习订正。借助网络教学平台，学生还可以发起自主学习，根据平台提供的学习资料自行设计杨氏模量测量的其他实验方法。
5 结语
网络教学平台作为互联网时代的新兴教育手段，给大学课程教学带来前所未有的帮助。正是由于网络教学平台的介入，对于大学物理实验这类理论性较强的课程，学生从以往的被动学习变成主动学习和自主学习，从以往的课堂集中学习到平时的碎片化学习，学习效果得到大幅改善，学习成绩得到大幅提升。
参考文献
[1]刘平安，丁菲，田文得.大学物理实验网络教学平台的建构与应用[J].大学物理实验，2005（4）：79-81.
[2]杨周琴.多媒体信息技术辅助大学物理实验教学[J].电子技术，2012（11）：66-67.
作者：彭金池，长沙理工大学物理与电子科学学院，讲师，研究方向为大学物理实验（410114）。
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