依托大学物理实验室建设 开展信息化教学模式改革

周娴+赵建君+潘华锦+张丽

摘 要 阐述大学物理实验课程信息化教学改革的意义，从开放实验室管理系统、预习自主评判系统、作业及考试评判系统等方面，探讨信息化条件的建设和教学模式的改革措施，提出改革中的几个关键问题。

关键词 大学物理实验；信息化教学；实验室

中图分类号：G642.0 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）20-0136-03

1 前言

在教育部《关于加强高等学校实验室工作的若干意见》中明确指出：“大力推进实验室信息化建设。实现网上辅助教学和网络化、智能化教学管理，满足学生自主选课、自助实验、有效利用实验室资源的自主学习和个性化发展的需求。”可以看出，实践类课程教学和管理的发展趋势必将是高度信息化，以及实现信息化教学和管理模式下的全面开放、自主[1]。

作为进入大学后第一门实践类课程，大学物理实验是学生进行创新素质培养、科研能力训练的基础课程。要实现创新型人才的培养目标，就必须依靠高层次的信息化实验室建设，秉承“学生为主体，教师为主导”的教学理念，实施开放、自由、民主、灵活的信息化教学[2]。军械工程学院大学物理实验课程信息化教学条件和教学模式存在很多问题，这也代表了很多院校目前的状况，教学改革迫在眉睫。

实验教学开放程度不够 实验室开放是信息化教学的重要组成部分，是培养具有创新意识和创新能力人才的重要手段。实验室全面开放要求实验的内容、时间和空间都能对学生开放，但是由于开放实验教学的特点，在传统手工记录的管理方式下，实验室组织和管理工作变得更加繁重和复杂，教师工作量大，效率低下。军械工程学院大学物理实验室目前采用的是自制的开放选课管理系统，由于相关硬软件设备和实验室管理人员的欠缺，学生只能在指定时间内针对指定的实验项目进行选择，还不能实现全时段、全内容的开放。要实现实验教学的全面开放，首先要从教学组织模式上给学生提供自主学习的机会和条件，建立基于网络的开放式教学管理系统，为实验预约、仪器管理、师生交互、成绩评价等各个方面提供信息化辅助。

学生自主学习平台资源缺乏 信息化教学模式，秉承“学生为主体，教师为主导”的教学理念，旨在利用信息化手段给学生营造一个自主学习的平台，给教师营造一个指导教学的平台。而目前很多院校和军械工程学院类似，大学物理实验室门户网站还不能做到为学生提供一个全方位的自由、开放、互动平台。学生的课前预习还停留在预习课本、填写实验报告的传统方式上，无法对实验环境建立直观认识，导致学生在实验操作时无目的性、无针对性，缺少自主探究、独立思考的学习环节。因此，必须在校园网的环境下建立融合虚拟仿真实验的课前预习及自动评判系统，使学生在预习的基础上进行检验、评估，及时了解预习中存在的不足，教师则可以根据学生的预习情况有针对性地进行教学准备。

学生学习效果评判环节不完善 大学物理实验课程一般都是小班教学，课时较多，教师批阅实验报告工作量大，特别是其中的计算演算等机械过程，直接影响到教师的工作效率，急切需要利用信息化手段提高实验报告的批改效率。其次，目前所采用的考核方式不完善。由于实验仪器和考核时间的限制，目前采用的是分批分实验项目考核的方式，这种方式存在弊端：一是学生参加考试的时间有先有后，二是考试项目难易程度无法做到一致，难以做到客观和公平。为了改变这种状况，可以借助信息技术增加考试灵活性，采用虚拟仿真考试自动评判系统，线上线下相结合，多方位、多层次地考查学生的学习效果。

2 信息化教学条件建设

实验室信息化改造和建设是开展信息化教学模式的硬软件基础，必须符合人才培养目标的要求。秉承开放性、可操作性、安全性等原则，经过调研和讨论，认为信息化建设重点从开放实验室管理系统、虚拟仿真实验预习自动评判系统、实验报告和考试自动评判系统三个方面开展，其中开放实验室管理系统是最复杂、投入最大的一个板块，也是信息化教学改革的重点和亮点。

开放实验室管理系统 开放实验室是学生自主进行实验、训练科学研究能力的场所，其实施的重点是“开放”和“管理”。开放，既要实现实验室时间、空间的全方位开放，又要实现实验仪器设备的开放，使学生能够通过主动思考、探究完成实验过程。实行充分开放的同时还要加强管理，通过教师远程控制等管理模式，确保学生人身安全，确保实验设备的完好率。

开放实验室实行全天候开放，学生受权后即可在网上自主预约实验时间和实验项目。负责管理和辅导的教师可以通过远程控制查看学生的实验情况，对出现的问题及时解决，确保学生顺利进行实验。开放实验室管理最大的困难是安全问题，包括学生人身安全和仪器完好性，所以要求学生在预约实验之前，首先要利用网络虚拟仿真实验预习系统进行预习，只有完成虚拟仿真实验操作程序并通过评判的学生才可以进行预约，否则预约不成功；还可以在实验之前，让学生通过观看视频的形式进行安全知识学习，并充分了解实验项目相关注意事项，确保实验仪器设备的正确使用。

以虚拟仿真实验为核心的预习自主评判系统 实验课程的预习比理论课程更加重要，一是由于每个实验项目所涉及的知识范围较广，除了物理原理外，还可能涉及电学类、机械类、材料类等知识点；二是实验课程是以实验仪器和操作为主的实践类课程，只了解相关理论知识还不够，还必须能将理论和实践结合起来。但是目前学生基本都是通过课本进行预习，这种方式适合理论课程的预习，缺少了实验仪器和操作的预习这一重要环节。针对这个问题，人们逐渐开始认识到虚拟仿真技术的优势，一台电脑、一个软件就可以建立一个直观的实验环境，学生除了可以利用它进行课前预习，还可以进行课后的复习和拓展学习，打破课堂教学时间和空间的限制。预习自主评判系统包括虚拟仿真实验软件、思考题、课后拓展和自主评判等板块，学生可以利用此系统进行自主学习和科学研究的训练。

作业及考试评判系统 学生课后完成的实验报告直接反映了对实验的掌握程度，对数据处理、实验结论的分析理解能力。但是核对学生数据与结果的正确性这个机械的演算过程，占用了教师大量的时间，如何在保证作业批改质量的前提下提高效率，是亟待解决的一个问题。有了信息手段之后，这个问题就迎刃而解了。利用建立的电子实验报告库，烦琐的数据核对过程就可以通过作业评判系统来完成，不仅速度快，准确性也高。教师只负责对实验结论等主观题进行评判，大大减少了工作量。同时，还可以建立考试自动评判系统，既可以考查学生对实验基础知识的掌握，又可以结合虚拟仿真软件进行线上模拟操作，弥补当前只采用实物操作考核的方式所带来的偶然因素[3]。

3 信息化教学模式探讨

信息化教学模式实施方案 信息化教学模式改革旨在利用信息手段促进教学改革。依托大学物理实验室网络教学平台、实验预习评判系统（含大学物理仿真实验）、实验报告自动评阅系统及相关的线上教学资源，探索线上、线下相结合的信息化教学模式。加大实验室开放力度，满足不同层次学生的学习要求，建立大学物理实验室开放式教学管理系统的实施方案，探索信息化管理模式。采用虚拟仿真实验等自主预习评判系统加强学生主动思考和科学探究能力。采用实验报告和考试自动评阅系统，将教师从烦琐的作业评判中解脱出来。此外，针对人才培养目标和学生的基础层次不同，开展分级式教学方案研究，并加强微课在教学中的作用。

开放实验室教学是信息化教学改革的重点，院校要在无法改变教师资源紧张的情况下加大实验室的开放力度，就必须依靠信息技术手段。大学物理实验室开放管理系统包含软件和硬件的配套建设，操作简便，人机交互性能好。通过使用该系统，学生能够利用网络预约操作时间、地点和机位进行自主实验；教师则通过监视器观察学生的操作情况，有针对性地进行指导。同时，系统还设置了预约关卡，有效减少盲目操作而导致的仪器损坏和安全等隐患。该系统的建设将会极大地提高大学物理实验课程信息化教学改革的进程。同时，鉴于学生能力层次差别较大的现状，借助于教学系统和微课等手段，实施依据学生基础和能力进行的分级教学模式，即教师根据教学内容提出不同的实验目标，学生根据自身能力进行选择，满足不同层次学生的学习要求，做到因材施教。

信息化教学模式改革的关键问题

1）线上资源的建设要充分考虑院校大学物理实验课程的特点及学生的具体情况，并在实践中不断调整和完善，有针对性地实施信息化教学；

2）从课程门户网站、开放式教学系统、预习系统、考试系统等各个方面体现分级教学、因材施教，依据学生知识和能力的层次进行线上、线下结合的分级式教学模式；

3）在教师人员紧缺的现实困难下，探索如何利用信息手段实施实验室全面开放，以及建设前的论证和工作准备，确保能够有序建设，保质保量地开展开放式信息化教学；

4）依托信息手段，使考核方式更加灵活多样，能够多层次、全方位地考核学生的学习效果，并做到客观公平。

4 结束语

一直以来，大学教育中重理论、轻实践的思想制约着创新人才的培养。直到近几年，随着创新型人才在社会发展中的地位越来越突出，人们才逐渐认识到实践类课程在大学教育中的地位和作用，而实践类课程的实施和管理更需要信息手段的支持。因此，信息化建设和教学模式改革将是一个不断进化、不断完善的过程，也是教师应该持续不断关注的研究课题。

参考文献

[1]何祖明，江兴方.独立学院物理实验教学改革探索与实践[J].实验室科学，2015，18（2）：83-85.

[2]樊吉瑞.信息技术在物理实验教学中运用的思考[J].中国教育技术装备，2012（19）：124-125.

[3]蒋芸，周惟公，王亚芳.信息技术在大学物理实验课程考核中的实践与研究[J].物理与工程，2012，22（3）：16-18.