基于“互联网+”的物理实验教学改革创新实践研究——以建筑类专业为例

王杰

（吉林建筑科技学院 基础科学部，吉林 长春 130114）

0 引言

教育是面向未来的事业，寄托了个人、家庭和国家的希望和未来。大数据、人工智能和信息技术的发展为教育带来了更多的可能性，碰撞出绚丽的火花。正如教育部科技司司长雷朝滋强调的，未来的教育是基于网络的教育，必须深刻认识信息技术对教育的革命性影响。“互联网+”是互联网思维的进一步实践成果，推动经济形态不断发生演变，从而带动社会经济实体的生命力，为改革、发展、创新提供广阔的网络平台，即利用信息和互联网平台，使得互联网与传统行业进行融合，利用互联网具备的优势特点，创造新的发展机会。第十二届全国人民代表大会的开幕会上也提出制定“互联网+”行动计划，表明未来“互联网+”的理念会广泛应用于社会的各个领域，而互联网在教育事业中的应用将变得更为重要。本文以本学院的《大学物理实验》课程为例，探究“互联网+教育”对教学改革的新优势。大学物理实验室的功能不应仅仅限于做实验、验证理论知识，它还是培养学生严谨的科学态度、创新能力，提高思考能力的重要基地。正因为其地位特殊，对大学物理实验教学和实验室的建设与管理，是实验教学、建设与管理工作者面临的重大课题。“大力加强实践教学，切实提高大学生的实践能力”由教育部在《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》中提及[1]。吉林建筑科技学院作为一所应用型民办高校，致力于培养面向城乡建设、运行和管理领域的实用型人才，以强化学生实践能力和职业素质为目标，因此物理实验是其非常重要的一门必修基础课。大学物理实验课程是培养应用型人才的一个非常重要的窗口，针对课程现状，结合人才培养目标要求，我校的大学物理实验课程在内容组织上实行“分层次、分系列、模块化”，即教学内容上分基础性、提高性实验，在不同大专业之间实行“模块化”。对建筑类专业，除在基础内容中注重物理基本的实验方法教学外，在提高性实验部分还侧重于将物理实验内容与专业知识相结合，如开设动态悬挂法测弹性模量、超声探伤实验、固体线胀系数的测定、用扭摆法测定物体的转动惯量、应变式传感器的研究等实验。如何开发建设符合与建筑类专业紧密结合、符合特殊时期教学需要、满足我校致力培养学生实践能力、专业技能扎实、善于实践创新的应用型人才培养目标要求的物理实验课程教学，是本课题重点研究的方向。

1 研究的必要性

大学物理实验课是建筑类高校理工科专业的重要基础课，一直以来受到传统教学模式的束缚，影响了学生学习的积极性、主动性和创造性的发挥。由于本院建筑类专业的学生成绩较其他专业分数低，学生对物理实验重视不够，认为是考查课，没有必要认真对待，所以导致学生对每次实验都是应付了事，迟到超过10分钟，更有甚者出现有事不请假直接旷课的现象。从实验报告的预习、实验数据的测量及其处理，都存在抄袭数据或者数据处理与源数据不符的现象出现。中国教育学会物理教学专业委员会常务理事陶昌宏专家提出，兴趣是组好的老师。作为教师要丰富教学方式，改变教学策略，提升教学质量。因此，构建在线开放课程教学的互动机制，是物理实验课程线上教学的最优方式，即根据学习主体的需要和数据预测课程建设的方向，结合互联网技术，共筑课程目标，冲破学校围墙的界限，实现课程互动与目标的完成，成为学生掌握知识、增加物理科普知识的一种平台。在教学中引入“互联网+物理实验”模式，坚持以学生为主体、教师为主导的新型教学关系[2]。这种新型的物理实验教学模式，更容易使学生产生学习的兴趣、参与的欲望[3]，从而能够提升学生自主学习和实践的兴趣，也可以实现优秀资源共享，学生可以将知识下载到手机，随时学习，拓展教学空间和时间，提高学习效率，可以通过“线上学习”来弥补“线下教学”的不足，从而提升大学物理实验的教学质量。在建筑类院校中，传统的物理实验教学重理论、轻实践。学生在学习了教材中的相关知识点后不知有何用，这种教学方法已经不能适应社会发展的需要。

2 主要内容

2.1 利用超星学习通建立一个掌上信息实验室

网络时代，依托学校的超星学习通APP建立大学物理实验线上资源，因其不受时间、地点的限制，为学生个性化学习提供了较好的选择[4]。此外本校建筑类专业的学生入学成绩较其他专业学生的成绩偏低，基础较薄弱，但是头脑很灵活、实际操作和动手能力强，且超星学习通已经突破了技术的障碍，因此学生可以自主通过互联网利用电脑、手机随时随地学习。学生有问题随时沟通，也可以在互联网上及时得到解答，而且学习中还可以实现直播、讨论、点名、留作业、师生交流互动、红包奖励等功能。利用线上平台学习和管理，不仅节省了实验时间还能及时解决实验中学生的问题。

2.2 利用互联网进行教实验数据处理，提高学生的工程实践能力

由于实验课的时间很紧，所以教师和学生很难熟识并且交流有限，如何解决这一问题，最可行的就是利用互联网对学生进行教学管理，例如建立QQ群、微博、微信群，可以随时沟通解答学生的疑问，不仅节省了实验时间还能解决实验中学生的问题。建筑类专业的学生对计算机的应用较其他专业学生熟练、通透[5]，特别是将制图绘图等软件应用的得心应手，因此，可以让此专业的学生把互联网技术应用在实验数据的处理里面，例如，其可以使用计算机处理数据、绘制表格、利用软件进行绘画曲线，把先进的计算机技术融合到实验数据中，既可以节省时间又可以提高精度。由此可见，“互联网+教育”模式所体现的内涵不仅是为学生提供知识，更为重要的是给学生获取知识提供了方法，培养了学生的工程实践能力。

2.3 创新教材编写及授课方式

根据本校学生的特点和物理实验仪器可操作性的特点，开展与本校的大学物理实验教材相配套的物理实验在线网络资源建设以辅助教学。首先，进行全新的教材编写，将实验教师的课堂教学和实验讲授部分录制成时长在5分钟的微视频，主讲实验原理和实验内容及方法，重点讲解好实验仪器的使用和应用；其次，将微视频链接制成二维码放在每个实验后面，学生可以在课下观看预习或复习，也可以在课堂中遇到问题时随时调取观看。现在人人手机不离手机，可以说24小时都能连接到高速互联网，所以学校可以建立一个互联网立体化的物理实验教材，让学生通过手机就可以预习和找到相关实验的电子材料。教师提供大学物理的相关教学资源，学生通过实验教材上标识的超链接或者二维码等形式，访问互联网免费自行学习，使教师从知识的传授者转变为信息的领导者和学习的促进者。

2.4 搭建物理工作室，为学生提供课外活动场所

建筑类专业的学生成绩较其他专业分数低，基础较薄弱，但是头脑很灵活、爱动手，再结合本学院的应用型人才培养的办学特点，可以开展丰富多彩的第二课堂活动，构建实验工作室，让更多喜欢物理实验但是却因为专业需要而不学习物理实验的同学来参加第二课堂。可以制作一些物理相关的演示实验和举办一些动手制作小竞赛，拍摄自己动手制作的过程的小视频，这作为提高物理实验动手能力推广也会取得不错的效果。另外，也可以让学生自主设计实验和维修仪器，最后把学生的成果进行总结，最终发表论文或参加科技竞赛等，提高其学习兴趣，促进职业发展。

2.5 “物理实验”是培养学生科学素养的过程

教师是课堂的第一责任人，能把思想政治工作贯穿到教育教学全过程，实现全员育人、全程育人、全方位育人。实验教师要根据学院培养应用型人才的目标,以“轻原理、重操作，主方法，次计算”为实验准则，对于实验教材中不太适应职业教育特征的内容，较少考虑教学需要和学习者的实际情况,理论分析过多、实践应用较少的内容要尽可能地删除，且尽可能地减少繁琐的公式推导而直接引用结论，以突出工程实用性。强调《物理实验》课程与生产实践的紧密联系，突出应用型人才的特点和科学系统的习惯养成。“物理实验”是物理学的奠基石，物理学是自然科学的基础，在“大学物理实验”课上要多扩充当前学科前沿有代表性的实验，贴近生活，培养学生科学素养。例如，可以结合本校的实际情况，增加太阳能电池的特性研究和超声探伤实验，既具有前沿性又具有与专业实验的桥梁作用，体现了“大学物理实验”在培养学生基本实验技能和工程实践能力的重要作用。在第二课堂中，可以让学生选择仪器维修，或者把报废仪器进行改造处理并应用在现有的教学仪器中，在节约成本的同时也避免浪费资源，并可以从生活中点滴渗入节俭保护环境的思想。本学院在实验工作室组织学生改造1.5V的电池型检流计：利用网上购买的4.5V的变压器，把原来的电池型检流计改装成4.5V的直流检流计，改装后的检流计也可以在惠斯通电桥、电表的改装与校准、板式电位差计测量电动势等电学实验中应用。这样不仅使学生收获了知识，提高了学生的动手能力，还给学生灌输勤俭节约精神。让学生跟着教师进行科研训练，不仅提升了其研究兴趣，也有利于培养学生科研创新能力和团队精神。特别是我国在疫情中建造的方舱医院，既体现了中国速度，又及时有效地遏制了疫情的蔓延，这种民族骄傲，如果在实验课堂中渗入这种精神，既有利于增强同学们的自信心和民族自豪感，也可以进一步激发学生们的学习兴趣和伟大的爱国热情。

3 吉林建筑科技学院“物理实验”在线开放课程建设示例

我校圆满完成了国家的评估工作，完成了色彩鲜明和有重要影响的应用型本科院校的建设目标，且本院的大学物理实验课成为吉林省精品课程。下面以吉林建筑科技学院-物理实验课程为例，以2019级全院工科建筑类专业学生为研究对象来讲述课程的建设。基础物理实验教学中心是由物理实验室和综合物理演示实验室组成，实验中心建筑面积2260平方米，实验室房间18个，开设的实物实验题目数41个，涵盖力、热、光、电、近代物理实验及应用性实验内容，课题组9名成员每年承担全院所有工科专业1200名左右学生的“物理实验”课程教学任务，其中建筑类专业学生约占二分之一。

图1是我们改革教学模式时，提出的由传统三中心转变为新时代“互联网+”背景下的新三中心，即以资源建设、学生和环境搭建为中心。资源建设为中心主要是由教师建设、管理物理实验中心独立的二级网站和超星学习通形成符合本校的线上资源建设。学生为中心主要是通过“互联网+物理实验”教学模式培养学生的自主学习能力，充分发挥学生的主动性和创新性，从而提高教学质量和培养出高质量的应用型人才。环境搭建为中心是改善和提高线下教学设施，在保证好正常教学情况下，进行实验室开放管理，并搭建第二课堂工作室，提高实验室利用率，丰富学生课余文化生活。我们开设了不分专业的选修课“生活中的物理”，一学期只有20学时，选修的学生非常多，其中不乏文科生，而且听课很认真，这也相当于科普物理，宣传生活中的一些物理常识。

图1 “互联网+混合式教学”模式新三中心

我们在改革内容的基础上创新物理实验课程考核机制，由于实验课程的特点是除了学习知识和实验方法外，更多的是注重培养学生的思维能力和动手能力。所以在学生成绩评定上，提高平时实验成绩比重，使其占总成绩的比例近90%，而操作考试占10%左右。目的是促进学生重视平时实验成绩的积累。只有认真做好每一个实验，实验总成绩才能达到良好以上。

具体做法：把预备性、基础性和综合性的每个实验内容按10分计（预习2分，实验操作4分，实验习惯1分，实验报告3分），权重1；实验操作考试成绩满分10分，权重2；设计性实验满分10分，权重2，线上观看视频学习时长及其线上活跃度为20分。根据实验满分和学生得分，按百分制进行折算，分为不及格、及格、中等、良好、优秀五个档位给出每个学生的最后成绩。为促进学生参与到实验教学中来，在制度上规定，学生无故3次不上实验课，期末成绩按不及格计。

期末对所实施的“互联网+物理实验”模式进行反馈，发现建筑类专业学生的成绩明显上升，不及格率明显下降，学生在学习中也产生了兴趣，正所谓好学者不如乐学者，学生在学习过程中只有乐在其中[6]，才能在课堂上极其活跃，有的向老师要课件，向实验做得快的同学询问自己遇到的问题，有的同学通过学习通对照小视频中的课程自己解决，实现了自主学习，探索出更合适的学习的途径。学习通的后台数据显示，学生登录的时长也在增加，互相竞争着学。

在课程教学中，实施“互联网+物理实验”的模式，是切实可行的，而且我们将总结建筑类专业上的实施成果，准备在其他专业也要实施新模式，实现教学组织与制度约束并举，让学生不仅能够掌握必要的实验方法，还能进一步提升自主学习、合作学习的能力，培养学生良好的实验习惯，形成核心素养，为更好地提高学生的动手能力和职业能力打基础。

4 结语

随着互联网的快速发展和5G的普及，其他课程的线上资源开发和网络教学平台发展迅速，而物理实验课程属于实践课，需要同学们动手操作实验来完成。针对本文的探索也为物理实验课程中引入“互联网+”带来了新的契机和挑战，利用快速的信息网络，鼓励建筑类专业的学生进行独立思考、自主探索问题从而去解决问题，全面提高学生综合素质。除研究教学内容的选题外，建设物理实验线上教学资源，在正常情况下实行实验教学内容线上与线下有机融合，促进学生自主学习，提高教学实效。尤其是对按新机制新模式成立的、面临转型的本科层次建筑类高校和学院，传统物理实验课程的改革研究是我们必须面对和研究的课题。