大学物理实验自主学习系统的构建与实现

吴　肖，黄国华，吕　华

(广东工业大学　实验教学部，广州　510006)



大学物理实验自主学习系统的构建与实现

吴肖，黄国华，吕华

(广东工业大学实验教学部，广州510006)

该文针对大学物理实验预习效果差，学生缺乏自我评价和反思的问题，开发了基于网络的大学物理实验自主学习系统并在教学中应用。该系统与具体的大学物理实验紧密结合，学生能独立地完成物理实验的预习、实验操作和实验数据处理，并进行实验的自我评价。系统有针对性地对实验项目提出指导与评价指标，对学生实验中的难点进行形象化讲解，实现了实验评价的网络化，形成了一个大学物理实验的电子档案袋。

大学物理实验；自主学习系统；实验评价；电子档案袋

自主学习是大学生主要的学习方式之一[1]。由于应试教育仍是中小学的主要教育模式，不少学生进入大学后仍按照以前的学习方式学习，自主学习能力依然普遍较低。大学物理实验是大学生入学后接触的第一门比较系统的实践类课程，在培养学生自主学习能力上具有独特的优势[2]。

高校开放课程和开放教学是一种趋势。数字化校园和数字化课程资源为高校教学和大学生自主学习提供了便捷的环境。为了能够充分利用信息化资源，发挥信息化环境的优势，激发学生的主观能动性，自主学习系统的建设变得尤其迫切[3-4]。广东工业大学实验教学部的大学物理实验中心近年来也开始建设学生自主学习系统，积极为学生创造好的自主学习环境，使学生的主体性得到积极、全面的发展，使之真正成为学习的主人。

1　大学物理实验教学中，学生自主学习存在的问题

1)学生预习效果较差。

2)缺乏自我评价和反思。

2　大学物理实验自主学习系统的开发

针对学生在大学物理实验学习过程中的自主学习问题，我们进行了大学物理自主学习系统的开发。该系统以网上平台呈现，学生通过该系统自主学习大学物理实验的内容，进行实验预习，在网站的指导下独立进行实验，完成实验的数据记录和处理分析，进行自我评价，生成实验报告并提交给老师，逐步获得自主学习的认知策略和监控策略。该系统的首页如图1所示。

图1　系统首页

本实验系统与大学物理实验紧密结合，有针对性地对具体的实验项目提出指导与评价指标，并遵循自主性逐步增加的过程，待学生掌握了自主学习的认知策略和监控策略后，在基础性实验的基础上进行设计性实验。该实验系统包括绪论学习、基础性实验学习和设计性实验学习3个部分，学习过程包括预习进行时、实验进行时和实验完成时3大步骤，学生必须依次完成整个学习过程。其结构框图如图2所示。

图2　自主学习流程

实验预习是实验顺利完成的重要保障，是实验能否取得主动的关键[6]。该实验系统采用问题导向预习，在“预习思考问题”中精心设置了一些问题，要求学生通过后续的“预习内容扩充”部分以及“实验微课堂”部分的学习来进行解答并提交答案。“预习内容扩充”对课本上的相关知识进行了扩充和形象化处理，以图文并茂的形式介绍了实验仪器的使用及实验方法原理等，对实验的要点进行了总结。为了达到更好的预习效果，在借鉴MOOC[7]的教学模式下，系统开设了“实验微课堂”板块。此板块由中心教师精心拍摄的短小的教学视频组成，如示波器部分由“示波器的原理”“示波器面板说明”“示波器的校准”“示波器测量电信号波形”等多个视频组成，学生对哪部分内容感兴趣，就点击学习哪部分。学生提交预习问题的答案后方可参阅预习问题答案，并可依据答案对本人预习情况进行自我评价和反思。教师也可以教师身份登录后查阅和评价学生的预习情况。

达到预习要求后，学生可开始做实验，并依次按照实验仪器的安装与调节，数据的测量，处理与分析，实验行为的自我评估去完成实验。为了使学生能更好地完成实验，系统中设置了一些需达到的调节和测量要求，学生参阅这些要求对实际测量进行不断地调整与反思，也设置了一些注意事项，要求严格遵守。在实验的最后，要求学生对自己的实验过程进行评价，促进学生进步。

实验完成后，系统设置了一些课后思考。这些问题较预习问题难度会加深并趋于开放性，进一步促进学生对实验的理解，并激发学生创新性的想法。另外，对于一些学有余力的学生，通过系统的“实验拓展”部分了解与本实验相关的一些实验和知识，如果学生有兴趣还可以到实验室尝试实践。

3　大学物理实验自主学习系统的特点

1)从整个系统的设计来看，对学生的实验预习、实验操作、实验行为等的评价与反思贯穿于整个实验过程之中。

为了能够提高学生的自我评价能力，评价的自主性会随着实验递增。如在预习时，通过前续3个实验学习后学生掌握了一定问题导向评价[8]的方式，在后续实验中逐步放开提问的自由度，如学生自问自答，或者是就学习同伴提出的问题进行回答；再如实验进行时前续实验对仪器调整给出了详尽的评价标准，后续实验会要求学生自行制定其中一些评价标准，并自我评判。自主学习系统中分光计的调节(操作)自我评价标准如图3所示。

2)系统将微课程的理念渗透到平台之中，实现了翻转课堂，以微视频和微思考达到较好的预习效果。

微课的设计采取两种方式：①依据实验的流程，如实验原理、实验操作、数据处理等单独微小视频呈现；②对实验中难点、重点进行单独介绍[9]。

3)系统针对学生实验较容易出现的问题以及实验中的难点进行形象化讲解，用仿真、动画或者视频的形式提高学生自主学习的兴趣。

图3　自主学习系统中分光计的调节(操作)自我评价项目

如分光计、迈克尔逊实验等结构相对复杂，学生感觉难度较大，为了使学生在实验前对仪器结构有个感性的认识，系统采用了三维的虚拟现实物体旋转技术[10]将其进行360°形象化呈现，如图4所示，克服了教学难点，提高了预习效率。

4)本系统实现实验评价的网络化。

该系统实现了学生实验报告的自动生成，方便学生进行提交和教师进行评价[11]，并形成学生大学物理实验的电子档案袋[12]。学生随时点击阅读，即时了解自身的不足与进步，促进学生的发展。图5为学生查看到的教师评价页面，教师可以分别对

学生预习、实验操作、实验报告(包括数据处理分析与课后思考)等进行评分，系统自动计算总分。另外，教师可以有针对性地给出一些实验评语，帮助学生进步。

图5　学生查阅成绩页面截图

4　结束语

大学物理实验系统已投入使用一年，得到了广大老师和学生的认可。该系统拓展了学生学习的空间，加强了学生自主学习和自主获取知识的意识，使学生掌握了以问题为导向[13]的实验预习的学习策略。并利用即时的实验前、实验中、实验后的评价促进学生自主学习认知[14]的形成，培养了学生的自我反思、自我评价的能力。

[1]方方，何强.网络实验教学平台下自主学习模式研究[J].实验科学与技术，2014，12(1)：60-62.

[2] 邓维斌，周玉敏，黄蜀江，等.基于Web自主协作型实验教学模式设计[J].实验科学与技术，2008，6(6)：99-101，133.

[3] 曾思明，杜宇上，彭端，等.开放自主式实验教学模式的探究和实践[J].实验科学与技术，2012，10(5)：79-82.

[4] 丛文静，马晓霞，赵敏.工程制图自主式学习平台的构建[J].实验室研究与探索，2013，32(12)：197-200.

[5] 莫慕贞.利用自主学习导向评估框架变革评价：理论基础[J].考试研究，2012，33(4)：79-87.

[6] 李承跃，朱德军.改进《大学物理实验》预习教学方式[J].实验科学与技术，2013，11(5)：262-265.

[7] 刘继斌，赵晓宇，黄纪军，等.MOOC对我国大学课程教学改革的启示[J].高等教育研究学报，2013，36(4)：7-9.

[8] 蒋南云，方叶祥，樊树海.基于PBL的“生产运作管理”课程实验教学探究[J].实验室研究与探索，2013，32(9)：181-184.

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[10]张建武，孔红菊.虚拟现实技术在实践实训教学中的应用[J].电化教育研究，2010(4)：109-112.

[11] 王绍卿.基于网络的实验报告管理系统[J].山东理工大学学报(自然科学版)，2008，22(9)：70-73.

[12] 李俊，龚森.电子档案袋在自主学习中的应用研究[J].中国教育信息化，2012(1)：76-79.

[13] 冯锐，缪茜惠.面向问题导向学习的3C3R问题设计模型述评[J].远程教育杂志，2010(1)：70-73.

[14] 石岗.在实验教学中应用建构主义理论的思考[J].实验科学与技术，2013，11(5)：90-92.

Construction and Implementation of Autonomous Learning System of College Physics Experiment

WU Xiao，HUANG Guohua，LÜ Hua

(DepartmentofExperimentTeaching，GuangdongUniversityofTechnology，Guangzhou510006，China)

Aweb-basedautonomouslearningsystemofcollegephysicsexperimentswasdevelopedandappliedintheteaching，forthepooreffectinthecollegephysicsexperimentpreparationandthelackofstudentselfevaluationandreflection.Thelearningsystemcombinedcloselywiththeconcretecollegephysicsexperiments.Studentscanindependentlycompletephysicsexperimentpreparation，experimentoperation，experimentdataprocessing，andselfassessmentundertheguidanceofthesystem.Thesystemprovidedtargetedlabguidance，evaluationcriterionandvisualizeexplanationforthedifficultytothestudentsintheexperiment.Thesystemrealizednetworkingofteachingandformedanelectronicfilebagforcollegephysicsexperiments.

collegephysicsexperiment；autonomouslearningsystem；experimentevaluation；electronicfilebag

2015-05-26；修改日期: 2016-06-27

广东省高等教育改革项目(JGXM017)。

吴肖(1982-)，女，博士，实验师，主要从事物理实验课程与教学论方面的研究。

G642.0

Adoi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.04.025