新冠疫情下大学物理实验网络教学的实践与探索

□王道光 王 群

一、疫情多变情况下大学物理实验教学的挑战

2020年春季，面对突发的新冠疫情，教育部高等学校大学物理课程教学指导委员会及大学物理实验专项工作委员会迅速地对高校的大学物理实验教学做出明确指示，切实地贯彻了“停课不停教、停课不停学”的号召。江苏师范大学立即实施教育系统公共卫生类突发事件的防控预案，充分利用线上的优质教学资源，并依托相关的在线教学平台和网络通讯工具展开了线上教学及相关实践，其中包括了大学物理实验、普通物理实验及师范生演示实验等。作为一门实践性很强的学科，物理实验网络教学引起全国高等院校老师的关心与探索[2～6]。结合我校的现有资源及仪器条件，物理实验教学中心充分利用现代化教学手段，在疫情期间进行了积极探索，并根据教学反馈及时调整思路及方案，高质量地完成了实验教学任务。

二、积极启动紧急方案，精准布置教学任务

收到教育部的《应对新型冠状病毒感染肺炎疫情防控工作方案》等文件通知后，江苏师范大学即刻成立新型冠状病毒肺炎疫情防控工作领导小组，印发《江苏师范大学疫情防控期间本科教育教学工作方案》，实验室与设备管理处及时发布《疫情防控期间教学科研实验室管理办法》等文件。启动了针对本科学生、研究生及博士生的教学应对方案，实验教学被重点关注。

从2020年2月17日开始，陆续在网上开展教学工作。按照教学大纲及计划，学生可通过精品网络课程获取资源，如著名的中国大学MOOC、超星尔雅及爱课程等。采用的网络授课平台有爱课程、超星学习通和学堂在线等；采用的教学软件有多种，如腾讯课堂、ZOOM、腾讯会议、微信WORK及QQ直播等。针对实践教学方面，考虑到教学的特殊性，对部分公共课程的实验，如留学生的物理实验及师范生的教法实验等，采取先提供网络学习资源，学生结合课本自主预习，而后线上讲授实验原理，通过虚拟仿真平台及智能手机软件等进行居家训练获取并处理实验数据，而后提交实验报告。通过这种方式，来培养学生自主学习能力和实践创新精神。

三、实验教学方案的实施及相关问题

为保证教学任务的顺利实施，制定了分阶段任务，采用策略为理论在先，动手操作在后，分成三个阶段。第一阶段：线上慕课资源+课件+视频预习；第二阶段：线上讲授+虚拟仿真实验训练+居家动手实践；第三阶段：线下测量数据+完成实验报告。

(一)实验教学方案的实施。学习中，多数班级为第二学期的实验。学生普遍掌握了测量、误差与数据处理相关基础知识，具备主动学习物理实验的基本条件。在课程讲授之前，授课教师通过班级QQ群发布相关网络学习的平台及相关章节，并通过学校自主建立的网盘“师大方云”为学生提供相关的学习课件。同时还设立一些问题，引导学生展开自主学习寻找答案。在教学内容方面，安排一些容易完成的实验。在选择实验方面，我们充分参考物理实验方面专业期刊推荐的方案及国内知名大学的成熟方案，涵盖经典物理学内容。实验项目有“单摆法测量重力加速度”、“数字存储式电子示波器的使用”、“自设计方案测光盘栅格常数”、“用手机测量声速”、“感受音色的差别”及“共振现象的验证”等。开设的实验内容兼顾深度及居家实现的难易程度。

(二)实践过程中的问题。该方案对学习流程进行了详细设计，但在课程教学实施过程中，仍遇到很多问题。其中，有四种情况发生比例较高：a学生的个人电脑/手机操作系统与网课软件不匹配；b居家网络稳定性差，收看直播较难；c实验器材准备困难，无法开展居家实验；d实验数据质量较差，实验结果误差较大。据统计，平均一个班级出现情况a约占23%。网课用的主流软件一般配置较高，需使用相关插件。较低的硬件配置及较早的操作系统支持效果差强人意。部分学生手机系统版本较低，硬件配置不够，出现缓冲费时、播放卡顿等现象。虚拟仿真实验需个人电脑配置虚拟环境，安装在WIN7及以上操作系统。非Windows电脑操作系统会出现无法使用的状况。情况b较多地出现在开展初期，因为全国的大中小学生几乎都在同一时段开展在线学习，导致网络拥挤出现高的网络时间延迟。出现情况c的学生约15%左右，他们居住地较偏远，无法通过便捷的渠道准备相关器材。情况d出现比例较大，平均单个实验有35%左右，计算结果误差较标准值最多可达±15%。这种情况多因为测量装置精度低及操作步骤不合理，还有其它状况，如上课时间无法保证等。

四、灵活多样的实验教学解决方案

面对突如其来的问题，没有“答案”可参考，且必须及时解决。本着以学生为中心，以掌握知识为目的，实验中心紧急召开线上会议，并讨论出可行方案，即全时段学习。对于网络较差无法实时收看直播的，老师提供录播视频，学生择时收看；硬件配置低无法开展在线学习，可以先自学，待返校后继续学习；无法准备实验器材的，可以手工制作替代仪器；误差较大的，在考虑操作步骤规范性之后，认为计算结果误差满足在±8%之间为合理。另外还加强即时聊天群组内的讨论，做到有问题及时处理。最后，根据各环节在学习中贡献，对总评分数设定了相对合理的比例：预习+直播考勤占20%，实验报告占40%，居家实验视频(或返校学习)占40%。这样一来，学生明晰各学习环节的比重，从而放心地开展网络学习。

五、教学效果及启发

以网络工具为手段，全过程、全时段的学习覆盖，保证了学生对实验知识的透彻把握，使得多数大学生获得较满意的成绩。2020年秋季学期，学生返校后进行统计，大概只有不到10%的同学需要到实验室重新学习，与调研其他兄弟高校得到的数据相当。

部分优秀同学在学习中发现仪器的缺点，提出改进方案并制作出实验作品，参加了第六届全国大学生物理实验竞赛及第十七届江苏省高校大学生物理及实验科技作品创新竞赛等，取得较好的成绩。高年级师范专业的同学还对实验教学进行发掘，制作授课视频参加物理实验讲课比赛，在第六届全国大学生物理实验竞赛(创新赛)讲课比赛中取得二等奖的佳绩。

通过该过程，我们深感学生的学习能力及创新能力。只要方案正确，内容合理，形式恰当，学生的积极性和主动性得到激发，产生巨大的学习动力，达到较优的实践教学效果。

六、结语

物理实验是一门实践性强的课程。实践证明，在特殊时期依托现代化网络工具，采用灵活多样的教学方式，以学生为中心，能充分发挥学生的学习积极性，从而保证教学任务的顺利完成。这种线上线下虚实结合的学习方式为本科生的实践学习探索一种新模式。学生返校后的问卷调查中，一些同学反馈说没有哪一年比今年学得更充分。从而表明该模式的合理性。