“雨课堂+大学物理实验”的教学实践

张 莹 刘春宇 张挺耸 姜 丽

在新时代，随着信息技术的不断发展，传统大学物理实验课程教学面临着诸多方面的挑战。为了提高大学物理实验课程的教学质量，在课堂教学中有效地渗透思政元素，长春理工大学根据实际教学情况，结合互联网技术[1]，将雨课堂应用于大学物理光学实验“棱镜单色仪的定标”的教学过程中，并在2020 级学生的课堂教学中进行实践探索，取得了较好的教学效果。

一、传统实验教学模式

长期以来，大学物理实验课程的教学流程由以下三个环节组成：课前，学生预习实验，并完成预习报告；课中，教师介绍实验原理、注意事项和进行演示操作；课后，学生做好数据处理，完成实验报告。大学物理实验课程的教学模式主要是由教师进行板书、讲授、演示三部分组成：板书是课堂内容的主要载体；讲授是知识高效传播的途径，教师通过讲授使学生快速地获得实验相关的基本知识；演示是课堂教学的重点，学生在学习的过程中，会很大程度上依赖教师演示来理解知识，并通过模仿来进行知识的内化和完成实验操作。

二、大学物理实验课程教学中存在的问题

随着时代的发展，学生的价值观也在不断发生变化。以往的大学物理实验课程教学模式较为单一、教学内容比较滞后、教学方法比较陈旧，已经无法满足大学生的学习需求。随着互联网技术在教育领域的广泛应用，大学生的学习方式呈现出多元化发展趋势。教师在课堂教学中向学生发放电子问卷，在开放性主观问题“你希望在教学课件中增加什么形式的内容”的调查中共收到388 份有效调查问卷，有7%的学生希望在课上增加和光学相关的课外知识，有26%的学生希望在课上增加实验操作视频、动画、图片等可以反复观看的学习内容；在知识储备水平的调查中，有关光学理论基础的调查共收到393 份有效问卷，其中有42%的学生表示没有光学理论基础；光学实验基础调查答卷共收到407 份有效问卷，其中有79%的学生表示没有光学实验基础。通过对调研数据进行分析，并结合具体的教学实践，可将当前课堂教学中存在的问题归纳为以下六点：课堂内容没有与实际生活相结合，缺乏趣味性；实验演示一闪而过，不利于学生记忆，从而使学生在实验过程中存在很多困惑；学生的光学理论知识和光学实验基础薄弱，实验操作比较吃力；板书容量有限，课程内容较多，难以将教学内容完整地呈现出来；教师以单向讲授为主，学生处于被动学习状态，没有科学的课堂反馈，教师教学缺乏针对性；考核模式较为单一，不利于教师及时了解学情与调整教学内容。

三、教学内容的设计与编写

大学物理实验课程教学中使用的雨课堂是由清华大学和学堂在线共同推出的新型智慧教学解决方案。教师使用电脑端或者手机端进行操作，并生成课堂二维码，学生只需要在手机中安装微信应用程序，就可以利用微信扫码进入课堂。雨课堂中的教学内容会一直保存在学生的微信程序里，无论是在课上还是在课下，学生可以随时查看知识内容。雨课堂能够满足现阶段学生的学习需求，无论是文字、图片、视频，还是习题等形式的学习资源，都可以通过雨课堂添加到课堂教学中。相较于传统物理实验课堂的实验理论部分，教师在雨课堂中添加了课前观看实验视频、课上介绍前沿科技、思政元素渗透、习题检测反馈等创新环节。“单色仪的定标”实验内容的教学流程如图1所示。

图1 “单色仪的定标”实验内容的教学流程

（一）课前扫码观看视频

为了满足学生的学习需求，根据长春理工大学学生的学习特点，教师使用实验室现有的仪器设备，录制了单色仪实验的实验操作步骤和实验现象，视频时长约2 分钟。学生在课前利用微信扫描教师分享的二维码即可进入本次实验课堂。学生通过观看视频学习实验操作流程，可以对实验仪器的构造和仪器的操作步骤留下初步的印象。相较于传统课堂的课前预习模式，课前视频的观看为学生提供了一种便捷的课前预习途径，使学生能快速了解实验内容和实验目的，而且视频可以无限次循环播放，满足了学生随时进行观看学习的需求。信息化教学提升了学生的学习兴趣，极大地丰富了教学手段与教学内容，有助于加深学生对实验操作的印象。

（二）思政元素融入课堂

大学教育的目标不仅在于传授知识和培养能力，更重要的是帮助学生树立正确的世界观、人生观和价值观。课程是教育最微观、最普通的问题，但它要解决的却是教育中最根本的问题——培养人。在2016年12月7日召开的全国高校思想政治工作会议上，习近平总书记提出“要把思想政治工作贯穿教育教学全过程”，并强调“要用好课堂教学这个主渠道”“使各类课程与思想政治理论课同向同行”[2]。这一重要论述阐明了新时代落实立德树人根本任务的战略要求。推进课程思政建设就是要寓价值观引导于知识传授和能力培养之中，使学生树立正确的世界观、人生观和价值观。

教师在开展大学物理实验课程教学的过程中，应结合教学内容，融入与光学紧密相关的新兴技术的发展成就及本校校史。比如我国著名光学家王大珩倡导创办了我国第一所光学专业高等院校——长春光学精密机械学院（现长春理工大学），并兼任院长。时至今日，王大珩在光学工程、激光技术、遥感科学与技术等诸多方面的科研贡献对我国科技的发展仍有着非常深远的影响。教师在课上融入时事热点和历史典故，能够加强学生对物理科技领域的最新进展、取得的成果及“工匠精神”的了解，拓宽学生的科学视野，激发学生的爱国之情，拉近实验课堂与学生生活之间的距离，提高学生对光学实验课程的兴趣。同时，教师在向学生讲授科技强国重要思想的同时，还能潜移默化地培养学生的爱国情怀。

（三）理论讲授习题检测

实验理论部分由实验仪器、实验原理、实验操作、表格及问答题、实验演示五部分组成。

第一，实验仪器、实验原理、实验操作部分除了文字描述之外，还增加了大量的实拍配图。在物理实验教学过程中，教师应结合光学实验的特点和学生的需求，将授课内容设计成文字和配图的形式，实现从理论到现象，从抽象到直观的统一[3-4]。比如教师在介绍汞灯谱线的颜色、形状和相对位置等内容时，如果只进行语言描述，那么学生就会在头脑中勾勒出各种各样的谱线，这在接下来的实验中会严重影响实验质量。在讲授实验原理时，教师通过雨课堂向学生推送图片并附上简洁的文字说明，学生不仅可以通过教材学习实验理论知识，而且还可以充分利用手机端开展实验原理的学习，将实验现象直观地呈现在学生面前，增加了课堂的趣味性。基于此，手机就变成了学生课上的学习工具，极大地提升了教师的课上指导效率，从而给学生留出更多的时间去学习、去思考、去操作。同时，学生在操作过程中可以具体的图片为参考，不断优化和调整自己的实验，并且无需等待教师的指导，因此教学重心也由以教师为中心转变为以学生为中心。

第二，实验仪器、实验原理、实验操作部分还设计了多个具有针对性的测评反馈题目。在大学物理实验课程的教学过程中，教师通过实时发布与重点内容相关的习题，分别考查学生对实验仪器结构、实验原理、实验操作等相关内容的掌握程度[5]。习题题目形式为选择题，教师通过教师端设置答题时间，向学生推送测验题，学生使用手机快速完成答题，而教师可以通过电脑或手机看到学生的答题正确率。教师可以对测评结果进行分析，以便对学生在教学过程中遇到的问题作出实时的、有针对性的修正和指导，加强对学生学习情况的掌控，使学生对重点的物理知识形成深刻的记忆和理解。

第三，在表格及问答题环节中，教师可以向学生提供实验数据记录表格作为参考，学生也可以自行设计数据记录表格。大学物理实验课程中有这样一种“怪现象”：在同一台单色仪上，少部分戴眼镜的学生看不到紫颜色的谱线，而其他戴眼镜或者不戴眼镜的学生却都能看到。针对这一问题，教师设计了一个问答题环节，对实验中出现的“怪现象”进行解释。比如教师向学生提出课堂拓展问题：“部分戴眼镜的学生观测不到实验中的最后两条紫色谱线，为什么？怎么办？”通过教师的启发和学生联系生活实际，得出了以下答案：由于眼镜有防蓝光功能，而紫色光和蓝色光波段比较相近，导致实验中的最后两条紫色谱线被这种镀膜眼镜屏蔽，所以一部分学生看不见最后两条紫色谱线。问题的解决办法是：这部分学生只需要摘掉眼镜就可以看见紫色谱线。教师在教学过程中对“怪现象”进行了深入分析，给学生留出了一定的独立思考空间，并对学生进行合理的引导，充分调动了学生的学习主动性，使学生真正地主动参与到学习过程中，这也符合素质教育的理念和要求。

第四，实验演示部分。在物理实验教学的最后，教师向学生详细地演示了实验操作时的关键步骤，并再次强调实验原理，使学生加深对本节课重点内容的理解，从而进行自行操作和完成实验。

四、经验总结

依托于现代发达的网络技术，在大学物理光学实验课中应用雨课堂，成功地在传统课堂的基础上实现了以下三点创新：第一，在教学内容中成功地融入了科技前沿内容、历史典故、思政内容，丰富和充实了教学内容，增强了教学内容的趣味性。并且教师在传授学生知识、培养学生实践能力的同时，还能够使学生树立正确的人生观。第二，大学物理光学实验课增加了课上测评环节，完成了实验理论重点内容的落地训练，能够使教师与学生在课上建立起及时有效的线上双向沟通渠道，有助于教师全面了解学生对理论知识的掌握情况，精准地把握课堂教学节奏，有针对性地开展教学，做到了讲、练、评相结合。第三，改变了课堂教学手段。教师在传统课堂教学模式的基础上新增了视频学习，创建了半自主学习环境。视频学习能够有效提高学生的学习效率，可以为学生提供充足的学习资源，启发学生积极思考，培养学生的自主学习习惯，提升学生的自主实验能力。

综上所述，本学期在大学物理光学实验“单色仪的定标”中应用雨课堂取得了良好的教学成效。在这种教学模式的支撑下，学生可以更加便捷地获取丰富优质的学习资源，强化理论知识的掌握，提升自学能力。本次教学实践成功地探索出了适合长春理工大学学生学习特点的优质高效的授课方法和完善的课堂教学模式，为高标准、高质量地提升大学物理实验课程的教学水平提供了不竭的动力。