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摘要：帶來了危機(jī)，但也為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來了改革的新契機(jī)。文章結(jié)合網(wǎng)絡(luò)上豐富的教學(xué)資源、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和便利的網(wǎng)絡(luò)直播教學(xué)平臺(tái)，同時(shí)依據(jù)南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院的實(shí)際學(xué)情，提出了線上+線下混合教學(xué)模式，并且在線上教學(xué)中融入思政元素。實(shí)踐表明，混合教學(xué)模式能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提升綜合評價(jià)結(jié)果，為今后大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供了新路徑。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；線上教學(xué)；線下教學(xué)；課程思政

0引言

物理學(xué)是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的實(shí)驗(yàn)科學(xué)，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)和物理理論教學(xué)具有同等重要的地位。它們既有深刻的內(nèi)在聯(lián)系和配合，又有各自的任務(wù)和作用。無論是物理概念的建立還是物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)都必須以嚴(yán)格的科學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，并通過今后的科學(xué)實(shí)驗(yàn)來證實(shí)［1］。南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院作為一所以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主的工科類高等學(xué)校，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是一門以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰槟繕?biāo)的必修課程，是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后接受系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)理論、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開端，是工科類各專業(yè)對學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)的重要基礎(chǔ)，尤其強(qiáng)調(diào)對學(xué)生自主開展實(shí)驗(yàn)?zāi)芰λ仞B(yǎng)的鍛煉和培養(yǎng)。可見，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)該是一門以學(xué)生探索為主、教師指導(dǎo)為輔的實(shí)踐課程。南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院為在校工科專業(yè)學(xué)生開設(shè)了學(xué)時(shí)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，分別涉及熱學(xué)、力學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)等16個(gè)實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)。然而，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)多數(shù)同學(xué)由于基礎(chǔ)知識(shí)不扎實(shí)，自主學(xué)習(xí)能動(dòng)性差，導(dǎo)致在課堂互動(dòng)中缺乏學(xué)習(xí)熱情，參與度不理想，進(jìn)而無法自主完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。最終，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)演變成了教師把原理和實(shí)驗(yàn)方法“掰碎揉爛”了“填鴨”式地喂給學(xué)生，即便如此，在實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)，如果教師不演示不講解不幫助，還是有不少同學(xué)一頭霧水，不知如何下手。這樣一來，實(shí)驗(yàn)教學(xué)就失去了其初衷，學(xué)生只會(huì)機(jī)械式地在教師的指揮下按部就班地完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。顯然，這樣的教學(xué)模式違背了實(shí)驗(yàn)課程對培養(yǎng)創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才的目標(biāo)。0年初，突如其來的給這一成不變的現(xiàn)狀帶來了改變的契機(jī)。為阻斷疫情蔓延，教育部了《關(guān)于在疫情防控期間做好普通高等學(xué)校在線教學(xué)組織與管理工作的指導(dǎo)意見》，要求各高校應(yīng)充分利用優(yōu)質(zhì)在線課程教學(xué)資源，依托各級各類在線課程平臺(tái)、校內(nèi)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間等，積極開展線上授課和線上學(xué)習(xí)等在線教學(xué)活動(dòng)，保證疫情防控期間教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)“停課不停教、停課不停學(xué)”［2］。為保障線上教學(xué)，特別是實(shí)驗(yàn)課程的線上教學(xué)質(zhì)量，面向全國高校開放了全部優(yōu)質(zhì)在線課程和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，并全天候開放國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目共享平臺(tái)，免費(fèi)提供0余門虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程資源。依托這些豐富的教學(xué)資源和便捷的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，經(jīng)過充分調(diào)研，結(jié)合實(shí)際學(xué)情，以及嘗試在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中融入思政元素［3-4］，南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院實(shí)驗(yàn)教師對線上+線下融合模式的教學(xué)方案進(jìn)行了探索和思考［5-6］。

1實(shí)驗(yàn)課程的特殊性

1.1實(shí)驗(yàn)課程是理論知識(shí)的集合

理論課在一節(jié)課中講授的知識(shí)點(diǎn)往往是單一的，而實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的建立則不然，它基本上都要運(yùn)用到多學(xué)科的手段來實(shí)現(xiàn)某個(gè)物理量的測量，以“液體表面張力系數(shù)的測定”實(shí)驗(yàn)為例。圖1為實(shí)驗(yàn)中用到的液體表面張力系數(shù)測定儀，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)集合了力學(xué)、電學(xué)、傳感器技術(shù)和常規(guī)測量手段才能實(shí)現(xiàn)液體表面張力系數(shù)的測量。在授課過程中，除了要介紹液體表面張力的根源，即微觀機(jī)理和詳細(xì)分析拉脫法過程中的受力變化，還要介紹硅壓阻式力敏傳感器的工作原理和標(biāo)定方法。在對傳感器標(biāo)定的實(shí)驗(yàn)過程中，有的同學(xué)還可能遇到因儀器老舊，數(shù)字電壓表無法調(diào)零的情況。對于這樣的情況，需要引導(dǎo)學(xué)生在不調(diào)零的情況下，通過作圖的方法來計(jì)算標(biāo)定數(shù)據(jù)的斜率以確定傳感器的靈敏度。此外，還可以介紹對于非線性元件的標(biāo)定方法?？梢妼?shí)驗(yàn)課程所涉及的知識(shí)點(diǎn)往往是豐富多樣的，學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)的過程中自然而然地就把以往所學(xué)習(xí)到的各種知識(shí)串聯(lián)到一起，能夠很好地拓展學(xué)生思維的廣度和深度，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。

1.2實(shí)驗(yàn)課程是理論與實(shí)踐的橋梁

在多年的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生所學(xué)的知識(shí)往往是跟實(shí)踐脫節(jié)的，調(diào)研發(fā)現(xiàn)學(xué)生在進(jìn)入大學(xué)之前幾乎沒有做過任何物理實(shí)驗(yàn)。就以“單擺測重力加速度”這個(gè)實(shí)驗(yàn)為例，高中階段就已經(jīng)學(xué)習(xí)過，所有的理論及結(jié)論學(xué)生也都很清楚。但是真的到了實(shí)驗(yàn)課上，竟然有不少同學(xué)數(shù)“周期”只數(shù)一半，這就是典型的沒能把“往復(fù)運(yùn)動(dòng)”這個(gè)詞具象化，顯然解決這類問題的途徑就是實(shí)操。南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院作為一所以工科為主的工程技術(shù)大學(xué)，秉承著“修學(xué)儲(chǔ)能，經(jīng)世致用”的辦學(xué)理念，激勵(lì)和勸勉全校師生德智兼修，知能并重，志存高遠(yuǎn)，學(xué)以致用。而能讓莘莘學(xué)子從“十年寒窗”順利邁向“經(jīng)世致用”的橋梁之一就是通過實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程的培訓(xùn)，在科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)踐活動(dòng)中“知行合一”，激發(fā)學(xué)生探知欲，培養(yǎng)務(wù)實(shí)理念。

2線上+線下混合教學(xué)模式及課程思政探索

在對大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程新教學(xué)模式的探索過程中，通過調(diào)研線上教學(xué)案例發(fā)現(xiàn)，關(guān)于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的在線教學(xué)主要包括實(shí)驗(yàn)原理的PPT講解、實(shí)驗(yàn)操作視頻演示和習(xí)題練習(xí)，有條件的學(xué)校還開發(fā)了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)茉谝欢ǔ潭壬蠌浹a(bǔ)因線上教學(xué)而缺少的實(shí)踐過程，學(xué)生也能體會(huì)到自己動(dòng)手的樂趣。但虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是建立在理論基礎(chǔ)上的理想模型，整個(gè)操作過程都是程序化的，結(jié)果也是預(yù)先設(shè)定好的，它不能體現(xiàn)實(shí)際操作過程中各種外在或內(nèi)在因素導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變動(dòng)性，很難引起學(xué)生對實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果的思考。所以在目前的技術(shù)條件下，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是不能完全取代現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)操作的，它只能作為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的補(bǔ)充，讓學(xué)生提前了解實(shí)驗(yàn)儀器及其操作步驟。經(jīng)過多方調(diào)研并結(jié)合南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院學(xué)生的具體學(xué)情，認(rèn)為在條件允許的情況下不能放棄線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，應(yīng)該要讓學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室真正動(dòng)手做一做，因此提出了線上+線下混合教學(xué)的方案。此外，為響應(yīng)在全國高校思想政治工作會(huì)議上提出的“要堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)過程，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人，還強(qiáng)調(diào)了要用好課堂教學(xué)這個(gè)主渠道，各類課程都要與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)”，在教學(xué)實(shí)踐過程中還積極探索將思政元素融入新的教學(xué)模式中。

2.1線上教學(xué)實(shí)施

隨著信息時(shí)代的蓬勃發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)提供了多樣的教育手段和豐富的教育資源，如：QQ直播、騰訊課堂、騰訊會(huì)議、英華學(xué)堂、MOOC、國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目共享平臺(tái)（實(shí)驗(yàn)空間）等。利用這些平臺(tái)，教師和學(xué)生可以不限時(shí)間和場所地開展教學(xué)和學(xué)習(xí)，拉近了教師與學(xué)生的時(shí)間和空間。根據(jù)學(xué)校提供的資源，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)線上教學(xué)主要選擇了騰訊課堂和英華學(xué)堂來實(shí)現(xiàn)直播教學(xué)和課外知識(shí)面的拓展，具體教學(xué)過程如下。2.1.1課前教學(xué)準(zhǔn)備及思政元素的融入。實(shí)驗(yàn)課程課前的教學(xué)準(zhǔn)備主要是學(xué)生對下個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的預(yù)習(xí)工作，這是個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，會(huì)直接影響課堂實(shí)驗(yàn)的效果。在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，預(yù)習(xí)主要是完成對教材中相應(yīng)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、儀器、內(nèi)容的學(xué)習(xí)工作并撰寫實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告。但是在實(shí)施過程中，多數(shù)同學(xué)并不能通過預(yù)習(xí)達(dá)到對原理、儀器的熟悉這一目標(biāo)，而是浮于表面的完成任務(wù)。造成這一現(xiàn)象的原因是多方面的，學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力弱是一方面，還有就是教材內(nèi)容的單一枯燥，不能刺激到學(xué)生的感官，激發(fā)不了興趣。在線資源的引入則可以很好地補(bǔ)上這一短板，在完成既定教材內(nèi)容預(yù)習(xí)工作的同時(shí)，還為學(xué)生提供了豐富的視頻學(xué)習(xí)資源。英華學(xué)堂中就囊括了多所高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程優(yōu)秀的教學(xué)視頻，同時(shí)該平臺(tái)還能直接導(dǎo)入學(xué)生信息，方便教師對學(xué)生預(yù)習(xí)情況進(jìn)行監(jiān)督［7-8］。依托網(wǎng)絡(luò)上豐富的信息資源，在預(yù)習(xí)內(nèi)容中還可以融入思政元素。譬如，在對“密里根油滴實(shí)驗(yàn)”的預(yù)習(xí)內(nèi)容中加入了對密里根發(fā)明密里根油滴試驗(yàn)儀測量出基本電荷的電荷量，進(jìn)而證明電荷的量子化獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的介紹，讓學(xué)生從中學(xué)習(xí)科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神和辯證的哲學(xué)思想等。通過對實(shí)驗(yàn)相關(guān)的物理學(xué)史、科學(xué)家簡介和歷史背景等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，可以更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓寬視野，還能培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷，提升歷史責(zé)任感。2.1.2線上直播教學(xué)。由于各個(gè)學(xué)校實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和儀器的差異性，在綜合考慮教學(xué)效果和學(xué)生意見后，選擇利用騰訊課堂平臺(tái)進(jìn)行直播為主的線上教學(xué)手段。通過該平臺(tái)，教師為學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)的基本原理，并結(jié)合前期拍攝好的實(shí)驗(yàn)操作視頻講解實(shí)驗(yàn)操作步驟和注意事項(xiàng)。在此過程中，教師和學(xué)生可以通過視頻、語音、文字進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)交流，較以往靜默的課堂氛圍更加熱烈融洽。此外，通過騰訊課堂軟件，教師還能隨時(shí)點(diǎn)名簽到并統(tǒng)計(jì)每位同學(xué)在線聽課的時(shí)長，方便教師對學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行監(jiān)督。經(jīng)過6周的線上教學(xué)后，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)對線上教學(xué)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)并與上學(xué)期線下課堂教學(xué)情況做對比，如圖2所示。發(fā)現(xiàn)總體教學(xué)情況有了較大的變化：雖然出勤率提升相對較小，其原因是對學(xué)生出勤一如既往的嚴(yán)格要求，但是這微小的提升也可說明線上教學(xué)對上課時(shí)間地點(diǎn)的放寬帶來的變化，學(xué)生對上課的受迫感更小了；互動(dòng)率的大幅提高是線上教學(xué)帶來的最顯著變化，沒有課堂上面對面交流的壓迫感和羞澀感，學(xué)生更加愿意在線上表達(dá)自己的想法，課堂環(huán)境更加平等和諧，實(shí)驗(yàn)報(bào)告優(yōu)秀率有了較大的提升。但線上教學(xué)也有其弊端，由于缺乏更有效的監(jiān)管，教師對學(xué)生的掌控度降低了，這就使得少部分自制力差的學(xué)生對待線上學(xué)習(xí)態(tài)度敷衍，上課期間教師的講解完全變成了他們世界中的“背景音樂”，最終會(huì)導(dǎo)致較嚴(yán)重的“兩極分化”。因此，讓學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)際動(dòng)手操作中體驗(yàn)、發(fā)現(xiàn)和收獲是必不可少的。2.1.1.3課后鞏固和深化。僅通過課堂教學(xué)顯然是不夠的，課后還得對所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行鞏固和深化。對于每個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)教材中都提供了課后思考題，包括對實(shí)驗(yàn)原理的推導(dǎo)證明、實(shí)驗(yàn)操作中的注意事項(xiàng)和相關(guān)數(shù)據(jù)處理等，需要讓學(xué)生完成并在騰訊課堂平臺(tái)上提交。同時(shí)，教師還可以一些問題，引導(dǎo)學(xué)生去對實(shí)驗(yàn)的過程、方法和結(jié)論進(jìn)行思考，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，并且可以讓學(xué)生帶著這些想法和疑惑在接下來的線下實(shí)驗(yàn)中去驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)。

2.2線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)及其改變

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)本質(zhì)上就是一門實(shí)踐性質(zhì)的課程，其目的就是培養(yǎng)學(xué)生基本的科學(xué)素養(yǎng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、自主探究的精神、腳踏實(shí)地的務(wù)實(shí)觀。脫離實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)課程顯然是“空中樓閣”，無法架起學(xué)生從理論跨向?qū)嵺`的“橋梁”。經(jīng)過線上系統(tǒng)全面的理論學(xué)習(xí)后，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容已經(jīng)“成竹在胸”，對手邊的實(shí)驗(yàn)儀器不再陌生，不需要教師在動(dòng)手之前耳提面命的講解和指導(dǎo)就能很快地進(jìn)行實(shí)操環(huán)節(jié)。這樣一來，學(xué)生有充足的時(shí)間去實(shí)踐和思考，而不是機(jī)械式地照本宣科。實(shí)踐時(shí)間的寬裕自然就多出思考交流的空間，學(xué)生自然而然就成了實(shí)驗(yàn)課堂的主人，甚至動(dòng)手能力強(qiáng)的同學(xué)在完成自己的實(shí)驗(yàn)后會(huì)不由自主地扮演小老師的角色，去幫助其他同學(xué)解決問題，無心插柳，沒有引導(dǎo)，翻轉(zhuǎn)課堂就在這種模式下實(shí)現(xiàn)了。同時(shí)，任課教師還切身地體會(huì)到，以往日復(fù)一日的枯燥乏味感消失了，與學(xué)生的交流互動(dòng)更多，思維碰撞的火花時(shí)時(shí)閃現(xiàn)，為教師的教學(xué)科研帶來更多“idea”。對大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的考核辦法也發(fā)生了改變，傳統(tǒng)的教學(xué)模式下由于學(xué)生實(shí)踐時(shí)間有限，沒辦法對每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作做到一一考核，因此采用學(xué)期末卷面理論考核的辦法，這種評價(jià)方式是片面的，甚至是不公平的。而在新教學(xué)模式下，教師有了充裕的時(shí)間去考核每位同學(xué)的實(shí)驗(yàn)操作情況。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生普遍更加歡迎這樣的考核方式，杜絕了成績靠考前突擊的現(xiàn)象，成績評定更加客觀合理。

3結(jié)語

著名人本主義教育家羅杰斯認(rèn)為：學(xué)生是知識(shí)意義的主動(dòng)建構(gòu)者，而不是外界刺激的被動(dòng)接受者。只有通過自己的切身體驗(yàn)和合作、對話等方式，學(xué)生才能真正完成知識(shí)意義的建構(gòu)。把實(shí)驗(yàn)室還給學(xué)生，讓學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)課程的主人，在線上+線下混合教學(xué)模式的初步探索中初現(xiàn)成效，為傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)打開了路徑。

作者:潘云 朱嫻 楊強(qiáng) 單位:南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院