基于“学习通”+“翻转课堂”模式的大学物理实验教学改革研究*

王丽丽，李正大

(长沙学院电子信息与电气工程学院，湖南 长沙 410022)

1 引言

大学物理实验课是我国普通高等学校物理学专业学生的必修实验课，也是高校中理工科类专业学生的必修基础实验课，辅助大学物理理论课，帮助学生更好地理解掌握大学物理知识与技能，了解解决物理问题的过程与方法。而大学物理实验作为一门基础实验课程，还可以对高校理工科类专业学生进行科学实验基本训练，是本科生接受系统的实验方法和实验技能训练的开端，在人才培养中具有其他课程不可替代的重要作用。研究发现，学生经过大学物理实验课程的训练后，在实践与科学研究中的内驱力提升，动手实践的能力提高。科学的、有效的大学物理实验课程教学有助于帮助学生养成良好的科学素养，提升学生的实践与科学研究能力。

2 以教师为中心的传统实验教学方式

我国高校理工科专业学生的大学物理实验课程一般开设在大学一年级和大学二年级，不同院校不同专业开课学时不等。作为一门必修实验课程，大学物理实验涵盖力学、热学、光学、电磁学以及近代物理学等知识点，实验项目种类繁多。目前，各个高校根据自身的实验教学条件，开设哪些实验项目一般由开课实验室确定，或者学生可以根据自己专业、兴趣爱好等在学校现有条件中选择实验项目。

我国高校的大学物理实验教学过程一般是学生课前预习，课上先由教师讲解实验目的、实验原理、实验仪器、实验内容、注意事项等内容，再演示实验，然后学生按照教师或教材所讲步骤重复实验，测量数据，验证结果。传统教学模式具体如下。

（1）实验预习。课前预习是学生在相应的实验项目课前完成的，是否完成的标准一般以学生是否书写了实验预习报告为判断依据。但学生常常只是把课本抄写一遍，并没有真正掌握本次实验目的、原理等，没有达到预习的目的。

（2）实验操作。实验课上，教师一般将实验背景、实验目的、实验原理、实验内容与步骤以及注意事项等内容进行详细的讲解，并且演示操作实验过程，学生只需要将教师的操作行为复制一遍，记录实验数据即可。完成一个实验项目，学生可能不需要预习，不需要理解掌握实验原理，不需要具备相应的物理知识，只复制操作过程，将实验数据记录到已给定的表格中。尤其对于非物理专业的学生，由于物理实验不是专业课实验，很多学生可能只是为了取得学分，并没有掌握相应的物理知识，实验方法与技能、实验素养也不能得到训练、提高。

（3）实验评定。因实验操作中学生人数较多，教师不易掌握每个学生的实验操作情况，实验评定一般依据学生的实验测量数据，导致实验评分重结果，忽视实验操作过程，实验成绩不能反映学生的实践能力等。

传统的教学模式以教师为中心，学生只是被动的重复实验步骤，忽视了学生实验课程过程中的主观能动作用，不利于学生实践能力和创造创新能力的培养。传统教学模式注重的是结果，可以实现知识的验证和传授，但忽视了实验过程中能力和科学素养的培养。

此外，湖南省大学生物理竞赛由理论考核和实验考核两部分组成，其中实验考核更侧重考查学生的实验设计能力和创新能力。而物理实验的传统教学方式，使得学生在物理竞赛实验考核中缺乏竞争力。因此大学物理实验课不仅要传授物理知识，系统的训练学生的实验操作能力，同时更应注重培养学生的设计探究能力和创新能力，提高竞赛竞争力，推动工科专业发展，促进传统工科向新工科转化。

3 以学生为中心的新型实验教学方式

3.1 实验项目的选择

大学物理实验课程的实验项目可以分为三大类：基础型实验、综合型实验、设计探究型实验。课程开设可分为必做实验和选做实验，必做实验项目占据总实验项目的50%-60%，其他问选做项目。必做实验项目可根据学生专业特点确定，把物理实验与学生专业联系起来，充分体现物理实验的重要性。选做实验项目由学生根据自身专业特点、未来发展方向、兴趣等选择，其中学生自选的实验项目中设计探究型实验占自选项目50%及以上，防止学生因设计探究型实验相对较难而只选基础型或综合型实验。设计探究型实验项目增加，可促进学生在实验课程中思考、创新，培养学生的创新意识。同时，实验室教师根据实验教学条件，增设设计探究型实验项目，增加学生选择的多样性，更好的为各个专业服务。

本文以我校功能材料专业学生为研究对象，必修实验项目中除基本的物理实验项目外，侧重增加了与材料性能参数测量的实验，如拉伸法测量金属丝的杨氏模量、铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线的测量等，使物理实验适应学生专业需求与发展，为学生专业实验的开设打好基础，更好地为专业发展服务。

3.2 落实实验预习的目的

教师利用“学习通”、实验虚拟仿真软件等教学工具，辅助完成实验预习。为使实验预习的目的落实，任课教师可以利用“学习通”教学软件，把每一个实验项目内容甚至演示视频上传到软件平台上，并且针对每个实验项目设置问题，学生可以直接利用手机随时随地完成初步预习。学生在“学习通”APP 上预习时除了阅读观看必要的教学资料外，同时回答问题提出疑问，教师可以查看学生阅读情况及回答问题情况，判断是否预习及预习中遇到的难题，既可以检查督查学生预习，同时可以掌握学生预习中的疑难点，真正落实预习目的。文字及视频资料预习后，还可以利用科大奥锐开发的实验虚拟仿真系统，对实验进行仿真，加深对实验原理、实验内容的理解，简单了解实验仪器操作方法，观察实验现象及规律。另外，还要求学生查阅文献、书籍、网络等，找出该实验在生活、工业、科研或自身专业上的应用，或者其他实验测量方法、改进措施等，提高学生学习兴趣和动机，培养学生的实践能力和创新能力。

因为疫情影响，2020 年春季学期我校采用“学习通”与虚拟仿真软件结合，进行物理实验课程教学。从学生实验仿真结果分析发现，实验操作成绩出现两极分化现象。经实验数据分析及学生实验操作调查发现，对仿真系统软件操作熟练程度对实验分数影响较大，实验原理及实验仪器操作实际学习情况并不能从实验分数中得到反馈，可见实验室实操必不可少。但实验仿真数据及规律、现象，能帮助学生明确实验目的，了解实验物理规律，达到实验预习的目的。“学习通”与虚拟仿真软件结合进行实验预习，利用教材、课件、教学视频、仿真软件等工具，可以让学生从实验原理、实验操作到实验现象观察全面的认识实验，避免了传统的从教材到实验报告本的简单抄写预习方式，真正达到了预习的目的。任课教师可以通过“学习通”及仿真软件系统实时查看学生预习情况，并督促学生按时完成实验预习。

3.3 实验教学过程角色“翻转”

根据班级学生人数、实验项目数量及实验教学工作量等，将学生分组，每个小组承担一个实验项目的课堂讲解任务。每个实验项目分为实验背景、实验原理、实验仪器及操作、实验应用、实验方法和仪器改进措施等五部分，每小组里每一个学生至少承担一个部分内容的资料查阅及讲解。根据实验预习及实验讲解内容，以小组形式进行讨论。讲解任务分配好后，明确学生每部分必讲解的知识点，防止重难点内容遗漏。

小组讨论时，除对疑难点物理知识点的讨论外，重点引导学生对本实验在实践中的应用、实验方法及实验仪器等改进措施上的讨论。小组讨论不仅加深学生对物理知识的理解，培养物理思维及方法，同时培养学生的探究精神和创新精神。此种教学方法增加了学生的学习积极性，促使学生更好地掌握物理实验知识，同时培养学生在实验课程中发现问题、解决问题的能力，提高实验技能和创新能力。

4 教学方式变革中遇到的问题

（1）课堂教学效果有待提高。学生课前准备不足，对讲解的实验项目知识掌握不够透彻，且不能较好地把教学内容用简练的文字传达给学生。小组分工及团体合作能力有待提高，存在个别学生浑水摸鱼现象。资料查找能力有待提高，对实验应用及实验方法改进缺少创新性。个别学生能针对实验现象及实验数据，采用多次测量或改进实验方法等措施减小实验误差，但多数学生还缺少主观能动性。

（2）考核方式有待研究。因无法量化课前准备工作，且无法简单通过讲授效果评估学生工作量，所以对考核方式还有待研究。希望能改进考核方式，合理评估学生工作量，最终达到提高学生学习动力、学习兴趣，切实提高学生的实验能力、探究创新能力，为大学生物理竞赛储备力量，同时推动学生在专业学习中创新，提高我校的人才培养质量。

5 总结

我国高校理工科专业学生的大学物理实验课程一般开设在大学一年级和大学二年级，不同院校不同专业开课学时不等。作为一门必修实验课程，大学物理实验涵盖力学、热学、光学、电磁学以及近代物理学等知识点，实验项目种类繁多。目前，各个高校根据自身的实验教学条件，开设哪些实验项目一般由开课实验室