大学物理实验在线开放课程教学探讨

刘晓春 张小伟 丁三红 陆翠娟

摘  要：大学物理实验课程是培养学生科学实验能力的必修基础课。本文以不良导体导热系数实验为例，利用大学物理虚拟仿真实验软件平台进行在线教学，探讨如何发挥在线开放课程的优势，来弥补传统实验教学中存在的不足，提高实验教学的效率，激发学生的学习兴趣。这种线上加线下的新型教学模式，符合信息化时代的要求，是地方高校大学物理实验教学改革的一条有效途径。

关键词：在线开放课程;线上线下;虚拟仿真实验;教学改革

大学物理实验课程是理工科专业学生必修的基础课，同时对于地方的师范专业学生这门课也十分重要。大学物理实验作为桥梁性的课程，能把大学和中学的学习模式和谐的连接在一起，培养学生主动学习的能力，在大一大二安排大学物理实验对学生学习方式的循序渐进的转变，具有极其重要的作用，对培养学生创新能力和科学素质方面独具优势。

在这次疫情当中，传统大学物理实验教学受到了极大的冲击，同时也是实验教学改革一次重大的机遇。随着互联网技术的发展和大规模普及，线上实验教学已经成为了一种教学发展趋势。本文针对传统大学物理实验，在时间和空间上的许多不足和短板，提出通过大学物理实验在线开放课程，定好时间段，让学生自主规划，学习实验的原理、步骤以及数据处理方式，达到实验前的有效预习。线下开放实验室，让学生自主安排时间到实验室进行相关的

实操实验。这样能较大的提高实验课程的效率，激发了学生对实验的热情，培养学生分析解决问题的能力，增强其创新意识。

一、传统大学物理教学方式及其不足

传统大学物理实验教学采用半中学模式，由指导教师讲解实验原理，仪器的使用方法，实验的操作步骤及数据的处理方法等，学生在老师的带领下完成实验任务。具体的教学模式包括实验前的预习、实验中的操作以及实验后的实验报告三部分。但在传统的教学模式下，这三部分并没有有效地紧密的结合在一起。

地方性师范院校为给当地培养具有综合能力和创新能力的实用性人才，对数学、计算机、化学、生物师范类和非师范类学生开设大学物理实验课程。传统的实验教学模式，不利于调动学生的学习主动性。由于跨专业，许多学生根据实验讲义进行实验预习困难重重。造成许多学生放弃预习，仅依赖老师在实验课上进行实验讲解。对实验原理和实验方法一知半解，理解不透彻，造成实验操作过程错误频出，无法在规定的时间内完成实验。由于实验设备和實验教学学时的限制，很难确保每一个同学能够独立完成实验操作，也无法进行多次实验，以达到实验结果的准确度，实验报告中计算的结果误差较大。传统实验教学方式的弊端造成学生学习敷衍，主动性不强。在一定程度上很难真正实现培养学生独立分析解决问题的实验教学目的。

二、在线开放课程与传统物理实验相结合

由于不同专业的学生，既有本专业的实验，又兼有大学物理实验这门公共课。造成许多学生倍感压力，教师安排实验课程在时间上难度很大。利用虚拟仿真实验平台开展在线开放课程在时间和空间上有极大的优势。学生可以根据实际情况自由的选择学习的时间及地点。虚拟仿真实验项目内容从实验目的、实验原理、实验步骤、实验操作、思考题、实验报告等都有完整的流程。学生通过仿真实验的学习，可以有效的达到预习实验的目的，观摩实验中的过程操作，进行模拟操作，测量出数据，对数据的准确性有一定的预判。弥补传统教学的不足。为线下实操实验的顺利进行，提供充足的保障。

首先，在线开放课程能有效地提高实验预习效率。原来学生通过实验讲义只能大致的了解实验的内容，对一些复杂的实验原理难以理解，对实验现象并不能有直观的认识。以不良导体导热系数的测量实验为例，学生在预习的过程，对其实验方法稳态法，不甚理解。通过仿真实验在线开放课堂可以模拟出样品的稳态热传导过程，让学生通过观察温度的变化，直观的认识到稳态时，温度虽然随空间点在变化，但不随时间变化。通过这种实验方法，可以有效的研究不良导热物质的热学性质。让学生在预习的过程中虽遇到问题，但不会止步不前，而是主动观察思考。通过仿真实验得到的实验结果激发学生进一步探究兴趣。通过学生反复进行虚拟仿真实验的次数表明学生对实验结果的准确度，实验操作过程的规范化都有更高的要求。通过实验结果，学生会反思自己在实验的过程当中出现的问题，反复纠正错误，提高实验的准确度。

其次，在线实验开放课程有效地缩短实操实验的时间，提高实验结果的准确度。传统的教学方式由老师讲解实验内容之后，学生根据自己的理解完成实验操作。由于课时的限制，学生没有足够的时间完成准确的实验操作，获得足够多次的实验测量结果。造成实验结果无效，也没有时间补做。这样无法达到开设大学物理实验课程培养学生独立思考，独立动手能力的目的和初衷。

在线开放课程中，利用虚拟仿真实验平台进行实验原理实验步骤的预习。学生可以在课前通过视频对教学内容进行详细的了解，根据自己的理解程度，对教学内容进行反复的学习，同时学生还可以通过网络平台向老师提问，教师可以在线答疑，也可以发起课堂讨论的方式，解决学生的问题，引导学生共同探讨。充分调动他们学习的主动性，体现以学生为本的教学理念。

以不良导体导热系数实操实验为例，由于要达到稳态传热过程，等待的时间会很长，加之传统教学课时的有限性，学生在等待物理现象的过程中，会出现急躁的情绪，造成在测量稳态温度时，急于求成，会出现造数据，数据无效的现象。一旦操作失败，已没有时间来重复做实验。通过在线开放课程仿真实验的反复预习，学生对实验数据的准确度有一定的预判，提高了实验操作的规范性，准确度，降低了实验操作失误的可能性，有效地缩短了实操实验时间。如果实验结果不理想，还可以通过网络平台预约安排补做实操实验的时间。在已经充分预习的前提下，即使教师没有在现场，也可以通过网络与教师进行沟通交流，实验也一样可以顺利进行。这样实现了资源的合理利用，提高了教师的教学效率。保障了开放性实验室的有效管理和充分利用。

再次，在线开放课程有效弥补了传统教学模式下学生实验报告的上交、批改和反馈方面的弊端。传统的实验报告是纸质的，教师在对实验报告进行批改的过程，由于实验报告份数多，学生书写不规范，工作量较大，难度高。最后对实验报告成绩的登记和统计分析又是一项繁重的工作。

由于大部分实验报告都是千篇一律的格式，还有一些测量数据也是一样的，更有甚者出现抄袭实验报告的现象。教师在评阅时很难做到公平、公正。在线开放课程教学通过虚拟实验网络平台收集学生电子版实验报告，节省学生上交报告的时间。教师还可以通过网络教学，教会学生如何利用Excel和Matlab软件对数据进行处理，规范了实验报告的写作。这样可以有效的观察学生在数据处理过程中的计算能力，也能杜绝抄袭现象。

最后在线开放式教学通过网络平台对实验报告的成绩进行登记，再根据成绩的统计，给学生反馈，引导学生反思探究，从而实现在核心素养背景下，师范生教学能力的培养。同时促进教师有效积极的展开反思，纠正以往教学模式的弊端，适应当下学生发展的实际需求，以实现教学全方位的优化，进而促成核心素养在课堂实践中的落地。

在线开放课程与传统大学物理实验相结合的教学改革符合信息化时代的要求，教师可以有效利用虚拟实验平台和网络资源，对自己的实验教学内容和方法进行不断的更新，以适应当代学生的学习需求。最大限度地实现学校教育资源和实验设备的有效利用，能有效降低地方高校因实验设备短缺，对实验开展的影响。新的教学模式能激发学生的学习主动性，真正体现了以学生为本的教育理念。在核心素养背景下，对提升师范生的自主学习能力，创新能力，科学实践能力，使师范生走上教师工作岗位后，能够满足基础教育的要求，为地方培养出更多优秀的教师和教育管理人才。

参考文献：

[1]栾照辉，刘欣，赵磊.大学物理实验在线开放课程教学改革浅析[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2021（1）：54-55.

[2]代锦辉，王华军.大学物理实验课程在线教学方案与思考[J].教育教学论坛，2020，12（50）：100-101.

[3]武月红，赵璇，卢玲.核心素养背景下师范生教学能力的培养[J].黑龙江科学，2021，12（9）：122-123.

2002500520278