基于“互联网+”大学物理实验智慧课堂的探索与实践

刘子龙，李艳祥，张 潇，史艳艳，林春丹

(中国石油大学(北京) 理学院,北京 102249)

目前，大学物理实验教学存在学生学习积极性不高、实验操作不规范、部分学生应付实验等问题[1]。在高等教育改革的浪潮中，大学物理实验的教学水平较以往有了显著的提高，但依旧存在许多未解的问题。首先，在实际教学过程中，一般仍采用传统的教学模式，以书面知识讲解和教师示范为主要方法。学生容易忘记重要知识点，可能无法正确掌握实验操作步骤，导致教学效率低下。其次，大学物理实验课时安排相对较少。在有限的时间内，教师很难讲解实验内容和注意要点，也很难逐一观察和指导学生的实际操作。同时，实验操作完成后，学生不能及时反思和提问，会使学生逐渐失去学习兴趣，从而降低学习效率[2]。最后，大学物理实验课程需要相应的实验设备。通常实验室不会随意对学生开放，学生的自主学习会减少，从而达不到最终的教学目标。

“互联网+”技术是一种处理和加工声音、文本、图片等信息，并以各种设备和软件作为应用工具存储在网络中的技术总称[3]。“互联网+”技术的开发和应用，改变了以往的教学模式，使教学内容更加生动有趣，为高校教育改革和课程建设提供了良好的技术支撑。针对目前大学物理实验课存在的问题，分析了“互联网+”背景下大学物理实验课的改革要求和建设方向，以及大学物理实验课的建设实践，为大学物理实验课提供有益的参考。

1 “互联网+”技术丰富实验教学资源

大学物理实验是一门理论与实践相结合的基础课程。它以物理理论为基础，以丰富的实验思想、实验方法和基础实验技能的综合训练，是提高学生实践能力、动手能力和培养创新意识的重要课程。然而，传统的大学物理实验教学存在学生实验重复简单、部分实验无法实时观察、缺乏先进的实验设备和仪器等弊端，阻碍了学生知识体系的构建和实践能力的提高[4，5]。要解决上述问题，需要将“互联网+”技术与物理课堂教学紧密结合，通过创设情境打破时空限制，丰富教学内容，为学生搭建自学平台。改变以教师为主体的“讲课、授课、答疑”的传统教学模式，逐步发展为以学生为中心的“悟懂、求学、寻惑”的教学模式[6]，激发学生求知精神，让学生在实验中深刻理解物理原理，打造互动性强的智慧课堂。

在大学物理实验网络资源建设过程中，采用信息化备课，以满足网络资源建设的需要[7]。通过电子课件的不断完善和信息化，有效整合大学物理实验教学资源和网络资源，增加生动的图片和视频资料，优化课堂教学内容。在大学物理实验课堂教学过程中，可以在网上下载一些信息资源，对现有的教学内容进行比较和丰富，帮助学生理解物理内容。善于提出与实验相关的问题，讲解实验背后的精彩故事，培养学生观察和拓展知识的习惯。优化物理实验教学方法和流程，精心设计具有探索性、启发性、创造性和科学文化氛围的教学场景，体现学生为主体、教师为主导的结合。

演示仪器和动态信息教学内容激发了学生的学习热情，降低了大学物理实验课的枯燥程度，使物理实验教学过程更具互动性。比如，通过弗兰克-赫兹实验，连通了世界上第一颗量子科学实验卫星“墨子号”，在昆特管实验中引入驻波，利用迈克尔逊干涉仪实验讲述实验背后的诺贝尔物理学奖获奖故事，进行思想政治教育的探索。学与练，思与悟，用实验推回物理基础理论，增强学生实践能力和培养创新思维能力，有效提高实验教学的边际效益。

大学物理实验网络复习资源的建设便于学生提前预习课堂实验。通过一些模拟实验的学习和探究过程，掌握操作流程，有效避免课堂实验过程中意外的发生，进而提高实验的安全性、稳定性和成功率。学生可以根据当前的学习情况自主学习，选择适合自己的学习方法，测试当前的物理知识水平，适当补充与课程相关的背景知识，从而满足学生的学习需求，实现研究性学习和探究性学习[8]。

基于云课堂、腾讯课堂、学习创新平台等开放教学平台的建设，可以实现有效的线上线下教学讨论。学生可以通过软件实时向老师提问，老师可以解答，给予学生正确的指导和帮助。2021年，新冠肺炎疫情还在持续，导致部分学生开学推迟。线上教学内容通过直播或录制传输到教学平台，方便学生在疫情防控期间在家学习，掌握学习主动权，实现以学生为中心的教学环境。此外，教师还可以设置公共邮箱进行问题讲解和互动，建立良好的师生关系，营造更加和谐的教学氛围。

2 “互联网+”技术提高实验教学效率

大学物理实验课堂教学可以通过“互联网+”平台实现有效的智能推送，如利用云课堂平台发布教学课件和视频供学生课前预习，从而为学生自主学习提供良好的载体。网络平台中物理知识网络的建设可以持续为学生提供信息传递，为学生巩固实验学习内容提供实验练习、讨论问题和注意事项。学生可以在网络平台提交大学物理实验课堂教学的课后作业，然后网站系统会借助聚类分析技术对作业进行有效分类[9]。老师在复习完作业并进行批注后，就可以发布到公告上，这样不仅可以进一步减轻老师的工作量，提高工作效率，还能够总结出学生在解题中的一些常见错误。在课堂上集中精力分析和解决错误是很方便的。学生批改作业后可以看到自己的问题，从而进一步避免重复错误，可以从以下三个方面展开：

第1：“互联网+”技术可以提高学生的自主学习能力。目前高校的网络建设正在逐步完善，很多高校都有自己的网络教学平台。随着“互联网+”技术的应用，可以获得大量的教学资源，打破时间和空间的限制。为学生创设大量的自主学习平台，既能培养学生的自主学习能力，提高学生的学习积极性和探究能力，又能促进学生综合素养的提高。

第2：“互联网+”技术可以实现物理实验教学的拓展。大学物理是一门重要的基础学科，不仅包含科学的理论知识，还包含大量的实践知识。在课堂教学中，由于学习时间相对较短，一些学生不能完全掌握实验原理和操作方法。利用“互联网+”教学，可以开展远程教育和在线教学，检查和弥补常规实验教学中存在的缺陷，满足学生的学习需求，突出学生的主体地位。学生可以通过网络及时获取教学资源，包括图像资源、视频资源等，并能深入学习相关知识。

第3：“互联网+”技术让师生之间的交流更加便捷。“互联网+”技术丰富了互动形式，实现有效的互动教学。通过在网络平台上发布实验教材，教师不仅可以实现教师之间的交流和借鉴，还可以为学生提供一个课外学习的平台。教师可以借助网络互相学习教学经验；学生可以通过网络随时下载共享教学资源，在进行学习交流时不再受时间和地点的限制；并且他们可以在线向老师提问，促进师生之间的交流，保证实验教学的顺利进行[10]。

3 “互联网+”技术提高实验教学质量

“互联网+”和新媒体技术提供了多样化的课堂，建立个性化的教学方法和学习资源。学生可以自主选择物理实验内容，提前两到三周预约实验。在开展物理实验的过程中，教师应树立“以人为本，智慧课堂”的理念，重视学生的个性差异，培养学生的兴趣，提高和规范学生的实验操作技能，满足学生的个性发展，努力让所有学生学会物理实验操作[11]。另外，研究性实验教学模式在一定程度上得到推广，这是一种自主开放的实验室模式，不仅要求实验室在时间上自由开放，而且在设备和实验内容上都要自由开放。因为学校实验室多，实验种类多，参与实验的人多，组织管理难度很大。然而，利用网络技术可以方便地对物理实验室进行管理。教师在互联网平台上开设实验课程，供学生选择。学生可以在互联网平台上看到丰富多彩的实验课，包括视频和实验课的解析。使用实验网络管理系统可以方便地进行实验教学管理，做好人员组织工作，使大学物理实验课堂更加灵活，教学更加智能化，推动高水平、高质量的教育教学改革。

要实现大学物理实验教学模式的质的飞跃，让学生真正接受新知识，教师还需要掌握一些将“互联网+”技术与课堂教学相结合的方法和措施。目前，网络资源的种类和数量都有了很大的提升，这也让每个学生在学习的同时都能找到自己感兴趣的知识，甚至超越了某一领域的老师。针对互联网时代的冲击，教师要不断更新知识水平和教学观念，在教学时注重自身对知识的补充和学习，不断提高教学水平和质量。从实践上讲，教师可以在教学过程中适当低调，像朋友一样相互学习，相互进步，发挥自己强大的作用，让学生真正按照自己的个性发展，培养学生独立思考、解决实验问题的能力。

挖掘精品课程网络资源，提高教学质量。在海量公开网、bilibili等平台上都可以找到一些好的实验课程，有些课程甚至被评为优秀课程。在教学过程中，可以将互联网上的优秀资源适当投放到教学中，发挥精品课程的作用，让每一堂课都更加完整。讲座结束后，通过互联网技术发布高校精品课程在线教学实效性调查问卷，并通过学生反馈进一步完善课堂网络资源。

4 “互联网+”改革实验教学模式

在大学物理实验教学中引入“互联网+”技术，要求结合物理实验内容，根据教材建设网络实验平台。大学物理实验室通常根据大学物理的教学内容划分不同的功能，因此物理实验室网站也应该具有不同的功能，以便有效地开展物理实验。目前，高校实验室网络平台已具备实验室教学组织和管理功能。这些改进的功能对大学物理教师和学生都产生了很大的影响。对于学生来说，学生可以登录实验室网络平台，选择需要进行的实验项目。一方面，他们可以让学生提前了解预习实验项目。另一方面，它在很大程度上节省了不必要的时间。对于教师来说，大学物理教师可以利用实验网络系统来管理实验，改进原有的教学模式[12]。

实验室网络平台应包含有关大学物理实验的参考文献。通过查阅参考文献，学生可以更好地理解实验内容，拓宽知识面。他们还可以随时随地参与物理实验，提高实验能力。但如果你想真正培养学生的兴趣，提高他们的自主性，还是要进一步优化和提高，具体的改进方法可以有以下几个方面：

(1) 构建大学物理实验课程在线评价体系。在线评价系统的构建可以更快地收集和分析学生的在线学习情况，并将其与线下实验活动相结合，可以大大提高实验评价结果的完整性，同时有效降低学生在实验评价过程中抄袭和作弊的可能性。高效合理的线上线下考核方式，不仅有助于更全面、客观地评价学生的实验操作成绩，也有助于加强教师对操作过程和实验评价的监督。

(2) 开展线上小组讨论课作为辅助教学。每学期安排1-2节小组讨论课，选取一些有趣的物理实验，并尝试与学生专业相结合。每组学生有3-5人进行研究和讨论。最后，每个小组的代表将在讨论课上以ppt的形式进行演讲和回答，其他小组可以提问和评分。

(3) 创建自媒体资源。利用互联网技术和新媒体技术，结合大学物理教学，可以引导学生开展丰富多彩的活动，如开设物理实验知识微信官方账号，推广一些有趣的物理实验，实时解答学生的困惑等。

(4) 科普讲座和知识竞赛。依托学校课程和科普基地，搭建VR虚拟场景，营造物理实验氛围，开展线上线下物理实验专题讲座和趣味物理知识竞赛。

(5) 指导大学生进行物理实验竞赛。利用互联网技术收集各大物理竞赛的相关通知和要求，并通过新媒体技术向学生普及，组织学生在校园内和北京市筹备和参加大学生物理实验竞赛，为优秀尖子生提供竞赛舞台。

(6) 指导大学生创新项目。以大学物理实验内容为基础，利用“互联网+”技术收集数据，利用先进的app或程序引导学生选择或双击与物理实验相关的项目，引导学生参与大学生科技创新培养计划，充分发挥学生的主体作用和教师的主导作用，培养学生的创新意识和科学素养。

5 结 语

“物理技术与实践”教学团队将“互联网+”和新媒体技术与大学物理实验教学有效优化整合，旨在打造高水平、高质量的大学物理实验智能课堂，打造培养创新型、引领型人才的实验教学方案。课程建设应从丰富实验教学资源、提高实验教学效率和质量、改革实验教学模式等方面入手。实践探索表明，这种基于“互联网+”的智能课堂不仅可以丰富大学物理实验教学的多样性，优化教学模式和评价模式，还可以增强学生的实践能力和培养创新思维能力，有效提高实验教学的边际效益，为“新工科”背景下的大学物理实验教学提供有益的借鉴。