互联网背景下大学物理实验线上线下混合式教学改革与创新

马亚斌 李萍 杨亚宏 杨菲宇

摘 要：大学物理实验作为普通高等学校理工科学生的公共基础课，要紧跟高校教育不断信息化的步伐。本文針对大学物理实验课程中授课资源短缺、学生无法自主学习、缺少学习动力和兴趣等问题，建立线上虚拟实验平台、自助学习资源库和开放性实验室。通过线上线下资源整合，实现虚实结合的线上线下混合式教学，在教学模式、教学内容、教学资源和课程评价体系等方面进行了初步的改革和创新，有效促进学生的自主学习，达到课程教学目标。

关键词：大学物理实验；教学改革；线上线下；虚实结合

随着高校教育的发展，各个学科的教育模式都在不断改进和创新。特别是互联网的高速发展对传统的教育教学方式产生了严重影响，多校开始采取线上线下相结合的授课方式。在这个过程中，线上线下混合式教学与信息化时代的碰撞产生了巨大的价值，混合式教学的优势慢慢被发掘，各项研究发现，相对于传统线下教学，高校学生更适合混合式的教学方法［1］。若将混合式教学作为高校教育的长远之计，就必须实现线上教学与传统教学的有机融合，这是当下高校教育急需突破的现实问题。

大学物理实验课程作为理工科大一、大二学生的基础必修课，是大多数本科学生第一次系统接触实验课程［2］，上好这门课程对学生后期的专业课学习至关重要。随着智能科技的发展，计算机的应用已经普及到各个行业，信息化教学也慢慢渗透到各个学科，各高校教师也在计算机的基础上一直探索大学物理实验课程的线上线下混合式教学，并取得了很好的效果［3］。根据理工科学校的专业特点，我们优化了大学物理实验课程的内容，建立了虚拟实验平台、自助学习资源库和开放性实验室等资源，为学生提供了个性化学习环境，采用线上线下结合的教学过程，建立科学的多维评价体系，推动学生自主学习。

1 大学物理实验教学现状分析

随着教育改革和思政教育的不断深入实施，各个高校的教学模式在持续更新和进步。但对于大学物理实验课程来说，仍然有所不足，学生自主学习能力和物理思维的培养有待进一步提高。

1.1 教学模式单一，学生无法实现自主学习

当下，互联网高速发展，大学物理实验课程应当与时俱进，不断优化当前的教学模式。多数高校的物理实验教学还是离不开传统的教学方式和过程，导致学生在课堂中总是处于被动实验的状态下，缺少基本的耐心和信心，无法实现自主学习［4］。在这样的教学模式下，教师在一对多地讲完理论原理之后，还需要花时间去给学生做演示。课堂中大部分时间学生都是陪同性学习，大大降低了学生的课堂参与度。学生在后续操作过程中同样存在非常多的问题，导致实验课效果很差，甚至有学生在一堂课中未能完成整个实验过程，无法得到完整的实验数据。

1.2 教学内容落后，学生缺乏学习动力

对于大部分第一次接触实验课程的学生来说，大学物理实验涉及很多方面，难度相对比较大。很多院校的大学物理实验课时相对较少，甚至有的学校将实验课程附属在理论课中，没有单独设立实验课程，导致教学过程中只能开设少数实验。教师在选择实验项目时也很难做到面面俱到，无法涉及各种类型的实验，导致实验教学内容残缺，学生对实验课程的基本要求和目的没有充分的认识。另一方面，很多高校大学物理实验课程的教学内容、时间空间以及实验仪器都比较固定；实验项目多年不变［5］，多数为基础验证性和综合性实验，创新设计性实验较少；学生缺少创新空间和机会，只是按部就班地完成实验，加上部分学生实验基础比较薄弱，导致实验课程枯燥乏味。而课堂主要由理论讲解和实践操作组成，缺少与实验相结合的配套资源以及与实验有关的拓展应用。这些教学内容的陈旧固化会使学生严重缺乏学习动力和兴趣，也会限制师生之间的互动交流和讲解答疑。

1.3 实验室资源不足，无法满足授课需求

大学物理实验课程应与理论课程相互衔接，让学生通过实验课程的学习能够很好地掌握和巩固理论知识，同时实验课程教学大纲中应均匀包含各种类型的实验，帮助学生全面发展。但是部分高校由于实验室资源的缺乏，无法满足以上两点［6］。多数高校的实验仪器数量较少，而且在长期的实验过程中，很多仪器已经非常陈旧，部分损坏的仪器由于损坏程度以及维修成本高等原因，没有得到及时的修复，无法正常运转。实验仪器数目的不断减少，导致学生在进行分组实验时组员过多，学生无法全部参与到实验的整个过程中，无法发挥每个人的主观能动性，课堂收获太少。

1.4 课程考核方式不健全，学生缺少学习兴趣

对于大学物理实验这样的实践性课程，学习中的每一步对于学生来说都是至关重要的。传统教学模式和内容的落后导致了学生成绩考核的单一性，考核结果全部来源于平时考勤与实验报告，教师不注重学生的具体实验过程，只在乎实验结果。考核过程中缺少实验前预习、课堂操作、师生互动、小组协作和课后拓展等关键性环节的评价。考核形式的不合理会影响学生对实验课程的态度，使学生只在意实验报告的质量，甚至部分学生会选择去复制实验数据，忽略了整体的学习过程，严重阻碍了学生创新思维和动手能力的发展。

2 线上线下课程资源建设举措

2.1 对大学物理实验内容进行优化组合

随着社会各方面的发展，以往固化的实验教学内容已无法适应当下大学生的培养，必须要进一步优化实验内容［7］。一方面，针对不同专业特点，将实验项目划分为必做和选做两部分。不同专业学生可以通过必做实验学习基本的物理实验知识、实验方法和技能，也可根据专业需要和个人爱好选做部分实验，调动学生对实验课程的兴趣，使学生通过实验课程获得不同方向的发展。另一方面，针对学生实验能力的不同，将一些基础性实验通过内容进行拓展，增加一些创新设计实验和线上虚拟仿真实验，这样可以很好地满足部分对物理实验非常感兴趣的学生。

2.2 搭建线上虚拟实验平台

高校教育的快速发展使得实验课程对线上实验平台的依赖和需求日益增长，这对线上实验平台的搭建和完善提出了更高的要求。当代大学生生长在互联网环境下，更习惯于从网上获取所需的知识。当下，随着计算机的发展，很多虚拟仿真技术和软件日益成熟，如果可以在大学物理实验课程中将虚拟仿真技术充分利用起来，就能够很好地解决很多高校实验室资源缺乏的问题。平台的搭建需要涉及各个方面，首先要包含所有的实验项目，包括必做、选做和创新设计实验，也要包含每一个实验的相关配套资源，比如预习内容和测试题、实验操作视频、讲义、实验报告模板、思考题等。学校在购买完某些线上资源之后，要根据学校专业的特点以及教学的需求对这些资源进行进一步的分类和完善，以达到线上资源的使用效果。建立完善的线上虚拟实验平台，学生不仅可以随时随地在线上进行实验学习，还可以利用平台设计出许多综合研究性实验和创新设计性实验，帮助学生提高实验学习的主动性和积极性，培养学生的创新性思维。

2.3 建立自助学习资源库

相对理论课来说，大学物理实验课程的课时量较少，学生往往需要在两个小时的时间内完成一个实验，学生在课堂上的收获很小，这就需要建立课前课后自助学习资源库，帮助学生更好地完成实验。自助学习资源库可以将理论课和实验课的资源整合在一起，内容除了要涵盖力学、热学、光学、电磁学以及各个实验的基础知识点以外，还需包含相关拓展内容，比如与知识点相关的物理学发展历史、前沿知识、科普资源、思政专题等。授课教师可根据专业特点将这些资源进行分类并推送给学生，让学生有针对性地去自主选择和学习。学习资源库必须及时更新，紧跟物理发展前沿，不断丰富教学资源。建立完善的自助学习资源库可以帮助学生完成课前预习和课后拓展等学习环节，帮助基础稍差的学生补习基础知识，也可以满足部分学生探索较深物理知识的需求。

2.4 建立开放性实验室

为克服大学物理实验课时少、仪器设备不足等问题，可以建立线下开放性实验室，学生在课堂中做不了或者没做完的实验都可以通过开放实验室完成，给学生个性化发展提供空间。开放性实验室可由两部分组成，一方面开放一部分线下实验室供学生选择，另一方面开放计算机实验室，教师提前将虚拟仿真实验平台安装到计算机上，让学生无时无刻都能够进行实验操作。开放实验室旨在培养学生对大学物理实验的兴趣，巩固物理知识的同时做一定的知识拓展。因此，实验项目的选择必须考虑到各个层次的学生，经过探索，发现开放的实验项目可分为三类，分别为基础性实验、创新性实验和兴趣性实验。确定各个实验室的开放时间，教师提前做好实验仪器准备和安全防范工作，学生进入实验室必须按规定进行登记，开放时间内安排实验教师或实验员值班，对学生进行指导和监督。开放实验室可以与课堂教学互补，有效帮助学生提高创新能力。

3 合理组织线上线下混合式教学

线上虚拟实验平台和自助学习资源库的建立为混合式教学奠定了基础。线下教学在实验室进行，以学生实际操作为主，线上教学通过虚拟实验平台完成。整个教学过程可分为课前线上预习、线下课堂教学、课后线上讨论、完成实验报告、课后知识拓展五个部分。

3.1 课前线上预习

课前学生在线上完成预习，通过线上虚拟平台查阅相关资料，了解实验原理和过程，观看实验视频，也可尝试进行线上实验操作并完成预习测试题。学生预习过程中遇到的问题可通过自助学习资源库查找资料解决，也可通过平台进行相互讨论，为课堂实验操作做好准备。教师通过平台记录查看学生预习情况，在线为学生答疑解惑，对学生在预习过程中遇到的集中问题进行记录，在课堂教学中重点讲解。

3.2 线下课堂教学

线下课堂进行分组实验，培养学生动手能力的同时，加强学生的合作意识。课堂教学中，不再采用传统的教学模式，引导和启发学生去讨论探究。首先简单介绍理论知识，与学生交流讨论，讲解学生预习中存在的问题。然后让学生自主熟悉实验仪器，进行实验操作，过程中学生自主发现问题，并通过线上资源和各组相互讨论解决问题。教师不再“手把手”“一对一”地参与到实验课堂中，学生做起实验也更加得心应手。实验操作完成后，教师与学生进行进一步的讨论，加深对理论知识和实验内容的理解。整个过程中学生为主，教师为辅，实现双赢，在提高课堂效率的同时也锻炼了学生的物理实验思维。

3.3 课后线上讨论

课堂时间太过有限，课下学生可以在线上平台展开进一步讨论，教师需建立线上思考题库，为学生讨论交流提供资源。教师鼓励学生积极参与讨论，将这一环节纳入平时成绩的考核中，对于积极发言讨论的学生给予适当的加分。

3.4 完成實验报告

教师将实验报告模板上传到线上虚拟实验平台，学生根据实验报告模板撰写实验报告，对实验测量得到的数据进行分析和总结。实验报告增加原始数据记录和实验心得，分享实验成功的经验以及过程中遇到的问题、解决的过程等，能有效监督学生认真完成每一个实验，锻炼学生科学分析数据的能力，让学生有进一步的成长。

3.5 课后知识拓展

课后教师为学生提供几个与实验相关的拓展方向，让学生自行选择，并进行分组探讨，最后形成研究报告并上传到线上平台，分享给所有学生。学生也可以自己确定拓展方向，包括对实验理论知识的进一步研讨、对实验方法的探索、对实验过程的改进等。除了这些，还可以鼓励学生在实验的基础上，结合专业特点通过开放性实验室和虚拟实验平台去设计创新性实验。在这个过程中，学生可以查阅自助学习资源库，寻找自己需要的资料。教师要及时查看学生的报告是否提交，及时了解学生学习情况。通过课后拓展，让学生把实验与生活和科技发展联系起来，感受物理实验课程的乐趣。

4 改革教学评价

实验课程考核实行多维评价体系，包含线上线下教学的每一个环节，贯穿整个教学过程，这样才能有效地提高教学效果，更真实地反映每个学生的能力水平。将成绩评定标准进行细化，其中线上预习和讨论占25%，线下课堂考勤和实验操作占45%，实验报告占25%，课后拓展占5%，新的考核体系可以综合评价学生的物理实验能力，提高学生的学习动力。

结语

物理实验教学的改革与创新是高校教师需要长期探索的一项工作，本文阐述了大学物理实验课程线上线下混合式教学模式的创新与教学过程，为开展实践性教学提供了思路。混合式教学要求学生做实验时，能够完成自主预习，自主进行实验操作过程，自主分析实验结果，教师只起到辅助作用，适当答疑解惑，对学生最后的结果和分析给出指导，实现自主性开放式教学过程，极大地促进学生独立思考和创新思维的培养。

参考文献：

［1］王睿垠，冯放，金长江.基于CTCL的大学物理实验教学模式与实践［J］.高师理科学刊，2022，42（12）：98101+110.

［2］努尔艾力·阿卜杜外力，阿布都加怕尔·如苏力，郭亮.非物理专业大学物理教学中学科融合的几点思考［J］.高等工程教育研究，2022，197（06）：126132.

［3］赵荣霞，刘慧，贾天俊，等.新高考背景下大学物理实验课探索［J］.物理通报，2023（01）：9396.

［4］白士刚，张宇亮，冯放.基于信息化技术的大学物理实验BOPPPS教学模式［J］.大学教育，2020，120（06）：8890.

［5］张建祥，王倩，罗积军，等.“新工科”和“工程教育认证”双重背景下大学物理实验教学改革与探索［J］.科技风，2022，505（29）：7476.

［6］周政，彭立新，郭刚，等.地方应用型高校大学物理实验教学改革初探［J］.安顺学院学报，2022，24（05）：124128.

［7］欧阳建明，彭刚，罗剑，等.面向新使命的军队院校“大学物理实验”分类教学改革——以国防科技大学为例［J］.物理通报，2022（11）：120123.

*通讯作者：马亚斌（1995— ），女，汉族，甘肃定西人，硕士研究生，助教，在浙江师范大学做访问学者，研究方向：计算物理。