“新冠肺炎”疫情环境下实验教学形式多样化的运用1)

邵冰莓 刘 展

(四川大学建筑与环境学院力学系，成都610065)

实验教学是提高学生理论理解和实践能力的必要环节。实验课程往往配合理论课程的进度，将抽象的理论知识具象化，实现教学的步步推进。然而，实验教学不应仅仅是理论知识的验证和操作能力的培养，还应立足于培养学生综合运用知识的能力和创新研究意识[1-2]。实验课程是学生实践与研究的基础，也是从知识理解向科学研究的转化。

国内多数高校的学生数量多、实验室资源有限、实验师资力量薄弱和教学硬件设施不足，使实验教学环节显得空洞无效[3]。打破传统实验教学模式的局限，充分利用现代模拟和网络技术构建网络虚拟实验室，提升专业实验教学效果，已成为培养学生能力的有效手段[4]。目前，一些高校已建立虚拟实验教学平台，对专业教学和学生的能力培养都有明显的促进作用[5]。探索实验教学人才培养新模式成为了各高校的迫切需求和发展重点。

在高校实验教学大力发展的同时，2020 年的伊始，全国爆发了严重的“新型冠状病毒肺炎”(中文简称：“新冠肺炎”；英文简称：COVID-2019)疫情。为了避免疫情扩散，全国各省市自治区启动重大突发公共卫生事件一级响应，减少人员流动，各行业延迟复工。学校是突发公共卫生事件的高发单位，学生是易感人群和防控重点[6-7]，各高校延迟开学，仅能通过网络形式进行远程授课。

2003 年我国曾爆发“非典”疫情，与这次“新冠肺炎”疫情相似度极高。当时的各类专业网络教育应用开发单位迅速行动起来，利用电视、网络、广播等多种方式支持教学，基本满足了学生在家自主学习的需要[8]。中国香港也由于没有时间为学校停课作准备，未能为学校制订出最佳指引，香港的学校被鼓励发展自己的策略来促进学生的学习。新出现的资讯及通讯科技被视为教育界在危机和变革时期的救星和慰藉，在面对“非典”带来的挑战时，为教育提供了一个渠道[9-10]。

国外也有类似的情况。2014-2015 年非洲国家爆发的埃博拉疫情同样导致教育系统的突然崩溃。在科技发展相对滞后情况下，非洲各国政府积极采取应对措施，在疫情中探索虚拟学习的途径，保证了学校教育的正常运行[11-12]。近期，美国爆发了流感，美国政府迅速采取了学校停课、病例隔离、工作场所不出勤和减少社会接触等措施[13]。历史的经验告诉我们，以社会隔离来阻断流行病毒的传播是最有效的措施，但学校教育在隔离中该如何应对，变得尤为关键。

随着我国的科技发展和资源建设，在此次“新冠肺炎”疫情中，学校已能解决大部分理论课程的开展问题。然而，疫情的严峻性导致全国大范围的居家隔离，且实验教学因需要借助实验设备，突如其来的困难无法预知且没有预案，实验教学也缺乏完善的应对措施。在恢复正常实验教学日期不明朗的前提下，需要有新的方法来满足大学生实验教学的要求。

1 疫情环境下实验教学面临的困难及解决方案

为保障与理论课程的实验配合及对学生实验能力的培养，四川大学基础力学实验室总结了疫情环境下实验教学的各种问题，并运用多样化的教学方法，逐一给出了解决方案。

1.1 实验教学的开展方式

困难 理论课程借助多种信息技术手段基本能保持教学进度、保证课程容量，做到内容不减、标准不降。然而，实验课程不同于理论课程，涉及设备的认知和操作、实验材料的使用和学生协作动手能力的训练等。疫情环境下学生不能返校，实验教学该如何开展，需要哪些硬件设施，如何选取适合当下环境的实验教学数字资源，是首先需要解决的问题。

解决方案 疫情当前，灵活开展线上教学，学生自主学习，是首选的教学形式。“非典”时期我国还未普及家庭网络和电脑，网络教学的系统和资源库也尚未建设，只能临时筹备电视、广播和少部分地区的网络教学。中国的教育信息化建设和远程教育也在当时成为人们关注的热点[8]。线上教学发展到现今，已能普及家庭电脑和摄像头等常规设备，配合现有的成熟教学软件和网络共享软件，通过线上直播授课、录像授课等方式，可以完成实操以外的实验教学内容。认知型实验可以进行前期的实验原理和目的等基础知识讲解，也可利用已建设的实验慕课资源开展实验学习，包括实验设备的介绍、实验操作步骤和实验方法的演示等，还可以组织线上答疑和前期讨论，包括实验设备的选择、实验团队的分工和实验方案的制订等。另外，线上教学还可为学生提供选择性的学习模式，可根据自己的学习兴趣和需要，自主选择学习内容，而不局限于课程的框架。

1.2 实验教学的操作环节

困难 实验操作需要使用仪器设备，显然居家隔离地不可能完全具备实验条件。很多实验甚至涉及重型设备、贵重仪器等，无法短期或就近制备。如何利用网络资源去保质保量地开展实验操作，是实验教学面临的巨大考验。

解决方案 疫情隔离期间利用虚拟实验平台进行实操模拟，返校后完成实操。数字化实验教学的目标，在于通过引入现代教育技术和教学软件，整合实验教学内容，构建虚拟实验教学平台，共享实验教学经验，促进实验教学发展。通过探索虚实结合的实验教学模式，充分发挥优质实验教学资源的作用，增强学生实践能力的培养[5,14]。使用目前建设的虚拟实验平台即能帮助学生在电脑上进行部分实验的模拟实操。对于线上资源和实验室设备的不匹配问题，或无法通过虚拟平台实现的实验，还可在网上观摩本实验室的实验慕课或录像。完成居家环境下能实现的实验准备工作后，返校进行补充实操学习。

1.3 实验课教师的授课形式

困难 实验课教师的工作职责包括：实验前，做好教学的准备、实验设备的维护；实验中，教授学生设备的认知与操作、实验原理与目的以及实验演示与指导；实验后，评价学生的学习效果，确保实验设备归位。当下学生和教师不能归校，实验课教师的职责需要调整。

解决方案 教师的授课形式需要转变但职责不变。疫情环境下，实验课教师从课堂上的面对面教学转变为线上教学，从讲授为主转变为辅导为主，无需再进行实验材料的准备、设备操作的保障等工作，但需要把关线上慕课的选取，评价虚拟实验操作的内容，安排合理的学习进度，及时组织线上答疑和讨论，线上监督学生的学习进度和质量等。通过“非典”的线上学习，许多学生认为网络教育可以“畅所欲言”,还可以“结交朋友”和“解除疑问、增长知识”[15]，可见，合理利用线上形式，可消除面授教育中学生对老师的畏惧感，加强师生间的理解，提高学生的学习兴趣和主动性。在开展线上教育时，要避免课堂灌输知识的方法，以新的教育理念指导学生的自我学习规划和评价，提高学生终身学习能力[8]。学生返校后，根据线上的学习情况，补充讲解必要的实验教学内容，并合理安排实操训练。

1.4 实验课程的考核指标

困难 实验教学需考察学生的实操能力和团队协作能力等。在学生无法实操的情况下，无法评价认知型实验中的操作环节，难以判定演示实验后学生能否掌握设备的使用和实验操作的步骤；同样也无法评价综合型实验的团队协作能力，难以判定学生给出的实验方案是否能顺利实现。然而，实操是实验教学的重要内容，不能因特殊情况而忽略对学生实操能力的培养。因此，必须建立新的评价体系，需同时考核疫情环境下的线上学习效果和返校后的实操能力。

解决方案 综合多方面学习情况建立线上＋线下教学的考核体系。线上实验教学的考核需要根据学习和考察情况制定，包括认知型实验的慕课学习情况、虚拟实验的模拟实操结果、实验认知程度、线上讨论的积极性和综合型实验方案的制定等。条件允许时，还需对必要的实验补充线下实操考核，通过线上＋线下结果综合评价。综上，将实验教学分为三大版块，如表1所示。

表1 各类实验教学的目的

各大版块的教学内容对于实验教学同等重要。在疫情环境下，主要通过在线直/录播、慕课、虚拟实验、线上指导等多样化的教学手段，完成前两大板块的教学(基础知识认知和实验过程掌握)，返校后的实操部分不应超过总分的50%，确保对学生实验学习评价的公平与全面[16]。

通过多样化的实验教学方式，既能满足实验教学的质量及实验课程与理论课程的进度配合，又能对学生的实验学习进行更全面的评价。图1 是多样化实验教学及考核流程图：

图1 多样化实验教学及考核流程图

2 疫情启发下的实验教学改革与实施保障

虽然“新冠肺炎”疫情的爆发极具偶然性，给实验教学带来了前所未有的压力，但通过以上的应急措施，顺利保障了实验教学的开展。然而，在疫情的被动启发和应对过程中却发现了前期实验教学工作中的不足，实验教学还有许多需要改革和亟需解决的保障性建设问题。

首先，在居家隔离的大环境下，需要利用家用设备开展线上教学，普遍出现了硬软件不齐全的情况，实验课教师更难保障必要的硬件设备，特别是部分课程所需的道具和展示空间及演示实验所需的设备等。在疫情结束后，应该着手完善基础设施。美国流感和埃博拉爆发后，无论科技发达的美国或是科技滞后的非洲国家，都深刻地意识到高校需要充足的信息、通信技术设施和在线教育资源[12]。我国高校应建设能实现线上实验教学的直播教室，通过预约排课等方式，为条件不允许的教师提供在校直播的条件。对于课程中的演示型实验，应在实验设备所在场地配备直播或录播设备，以视频方式进行现场教授，避免网上资源不能覆盖或不匹配的情况。另外，还需对无法在实验室以外完成的实验教学内容和需要特殊场地完成的教学展示制作教学视频，同时也可用于课前预习和课后复习，这既提高了实验的日常学习效率，还为日后应急情况下实验授课提供保障。

再则，现有的数字化资源并不能完全满足线上授课的需求。线上实验授课是促进教育观念改变、教学手段改进、教学质量提高的契机，也可以增强学生的学习兴趣和主动性，提高收集、分析和处理信息的能力，为终身学习打下坚实的基础[5]。目前的线上实验课程远少于理论课程，实验慕课资源少之更甚，不能完全覆盖实验课程的学习。虽然虚拟实验的建设情况较实验慕课好，但本着虚拟实验“能实不虚”的建设原则，很多基础实验还未能实现模拟操作。在疫情以后，应考虑必要的基础实验至少能有一门线上课程，保障特殊情况下的基础实验教学。另外，教师们应加强线上数字资源库的建设，充分利用各实验室的优质资源，丰富实验教学形式，为学生提供更多的学习选择和虚拟实操。这不仅能保障应急情况下的实验教学，也是未来实验教学发展中资源共享和教学交流的必然方向。实验教学需培养学生的自主学习能力，而不仅仅是设备操作能力，通过网络数字资源，学生能自主地进行技能学习和方法借鉴，而不再是重复性的仪器使用和步骤模仿。多样化教学手段的配合是未来实验教学的改革方向。

最后，实验教学的评价体系不够全面。以前将实验操作作为评价重心，忽略了实验设备和方法的知识储备，以及实验的自主分析过程，这些仍是判断学生知识转化和能力提高的重要指标。而在疫情的特殊情况下，因无法及时实操，便突显出现有实验教学评价体系的不足，造成对实验课考核的严重失衡。通过此次疫情的思考，将学生对于实验操作的理论知识、实验设备功能原理的掌握程度也作为重要的评价指标，实操仅作为动手能力考察的一部分，自主实验能力作为实验综合素质的评价，实现对学生的全方位考核。“非典”期间教学的启示是大学教师传授知识是必要的，但更重要的是使学生养成正确的学习方法和较强的自学能力，培养学生的科学精神和健全的人格[15]。只有建立起以培养人才为目的的评价体系，才能实现实验教学的真正变革，以及在未来任何不确定情况下仍能对实验学习过程进行客观评价。

3 总结与展望

高校实验教学的发展不应在疫情等特殊情况爆发的时候才开始有新的思考，应坚持不懈地着力于学生的培养以及实验教学的建设。在疫情的考验下实验教学资源是匮乏的，建设是必要的且还需长期的努力。在特殊环境下利用线上资源与理论课程的配合学习是最好的实验授课途径，但实操是实验学习的必要环节，在疫情结束后，应做实操的补充学习，并与线上考察内容一并纳入评价体系。此次的应急措施在实验教学中取得了不错的效果，多样化的实验教学形式不仅与理论课程形成了良好的配合，充分保障了实验教学的内容和质量，也促进了学生的自主学习能力。

在2003 年经历了“非典”疫情的洗礼后，网络教育的建设得以启发和推动。在此次更为严重的“新冠肺炎”疫情下，也将对实验教学的改革起到积极促进作用：加强教育信息化基础设施建设；加大线上教育资源建设和整合，实现共享；着力提高教育人员应用现代信息技术的能力，且贫困地区的教育信息化建设应成为教育信息化工作的重点[8]。以质量求生存，探索高校创新型人才培养的新模式已成为各高校迫切需要解决的问题[17]。多样化教学形式的发展是高校人才培养的需要，也是未来突发情况下高校的教学保障。