虚实结合、多元评价的“物理实验”教学改革研究与实践

聂宜珍，鲁广铎，熊 伟，周 芹

（三峡大学 理学院，湖北 宜昌 443002）

在当今信息化时代，在国家大力发展新工科，大力推进一流本科专业和一流课程建设的今天，高校亟须创建能紧跟时代需求、且能突出教学特色的大学“物理实验”优质教学模式。随着互联网技术在教学中的广泛应用，许多教师开始研究利用网络资源提升“物理实验”课程教学效果［1-4］。项目组在全面调研的基础上，全盘思考，谨慎实施，从教学形式、教学方法、教学内容、评价模式等多层面对实验教学模式进行改革，将线上教学、网络资源、即时工具与传统的实物实验教学相结合，为学生提供多层次教学服务，形成了虚实结合、便捷全面、合理有效、多元评价的“物理实验”教学模式。

一、教学改革目标

虚实结合多元评价的“物理实验”教学改革，以学生为中心，以问题为导引，在教学中有机地融合知识、能力和素质，期望达到多形式、可并行、强互动、全天候的学习过程。课前采用线上模式，教师通过交互平台对每个实验给出引导性思考，引导学生在仿真实验平台提前熟悉实验手段，促进学生自主扩展学习实验的相关背景、理论及不同解决方案等；课中线上线下相结合，通过课堂翻转将知识内化，加强能力培养与锻炼；课后通过互动平台收集学生反馈，给出进一步的学习建议。

通过高阶性课程教学设计，创新性教学方法，适当拔高的课程内容；通过富有挑战性的考核模式，加强物理知识的应用与专业的结合，加强理论联系实际，从而实现学习兴趣浓厚、学习方式灵活、学习内容丰富、学习效果良好的课程教学改革目标，以适应“互联网+”时代对人才的要求。

二、教改流程简介

教学改革班授课对象为自愿报名参与教学改革的学生，每班40人，分为A、B两轮，每轮20人，每人一套实验仪器。每轮实验的20人分为两组，每组推选一位组长，由组长组织小组成员完成课前要求及课中讲解。项目组教师大胆改革、谨慎实施，教改流程简介如下：（1）项目组教师定期讨论交流，集体备课，不断完善课程的内容、教学方法、课程组织形式，并到国家一流线上线下混合式课程的课堂观摩取经，教学研究贯穿课程始终。（2）学期初对学生发布本学期教学安排，引导学生在虚拟仿真实验云平台对本学期实验项目进行在线学习、在线操作，使学生了解实验原理、熟悉仪器结构、掌握实验内容，为课堂内实物操作做好课前准备。虚拟仿真实验云平台可24小时在线，学生可在线多次测试同一实验项目，实验时间逐步缩短、得分越来越高。教师通过各种分类统计，实时了解学生学习情况。学生学习不再受时间、场地限制。（3）教师针对下次课的实验背景和实验项目特色在每次课前一周给学生发布课前要求，引导学生不仅要夯实基础知识，更要恰当地对课程内容进行拓展提高。（4）学生课前积极准备，上传小组课件，师生在QQ群中互动交流，修改完善待讲解的课件，讨论虚拟仿真实验中遇到的问题。（5）课中，学生自主讲解分析课程主要内容，分享自己拓展所得，师生互动，拓展内容通常涉及科技前沿、时政、技术应用，激发学生学习兴趣；学生讲解、讨论，教师引导、点评，并利用课堂派小程序互动答题，实时检验学习效果。讨论讲解完毕，学生每人一套仪器独立实操，完成实验内容，教师根据学生的操作情况给出操作分，课程评价方式更为多元。（6）改进考试方式，在操作考试中加入线上限时答题，不仅考核内容更全面，而且利用课堂派等辅助教学工具自动评分和汇总分析，减轻教师阅卷负担，使教师有更多的时间和精力关注教学本身。（7）期末，项目组针对教改模式和非教改模式编写两套调查问卷，分别收集学生反馈，比对分析并解决存在的问题，总结经验，为更好地进行下一轮教学做准备。

三、教学改革特色

（一）虚实结合，多维度多角度提升教学效果

充分利用现代信息技术进行合理的教学设计，将线上线下教学相结合，课前线上预习；课中线下操作，同时利用课堂派等翻转课堂工具，师生互动，随堂做线上检测；课后QQ群随时答疑交流，通过互动平台收集学生反馈，给出进一步的学习建议。从平面教材、到虚拟仿真实验、再到实物实体操作，帮助学生全方位、多层次认知仪器结构和实验原理，以学生为中心，多维度提升学习体验，多角度提升教学效果。

（二）多元评价，多角度多层次进行教学考核

考核方式由线上线下两部分组成，贯穿课前、课中、课后整个教学过程。课前学生在云平台进行线上实验预习和模拟操作，预习成绩由虚拟仿真实验系统自动评判；课中教师根据学生预习成果及课内交流互动情况给出课内交流分，利用课堂派等即时工具评判学生对知识点的掌握情况，并根据实物操作情况给出操作分；课后教师依据学生实验报告完成情况给出报告分。期末考试在原实物操作考试之外，增加限时线上答题，使考核内容更加全面。学生可自愿参加物理实验创新设计竞赛，在各级竞赛中获得名次后可获得相应加分。课程考核方式及评定标准见表1。

表1 “物理实验”课程考核方式及评定标准

四、教学改革成效

（一）教学形式更加丰富多彩

课前资料查询、线上预习，小组讨论；课中师生互动，使学生成为学习的主导者，对课堂的参与程度更深；知识点讲解完毕，利用课堂派等翻转课堂工具，及时了解学生对知识的掌握程度；学生动手实操时，教师关注学生的操作状态，并适时引导，鼓励学生积极探讨，自主发现并解决问题。

（二）考核方法更为便捷全面

在传统的物理实验操作考试的基础上，在保证学生无法作弊的前提下，加入线上限时答题，利用课堂派即时获得学生答题情况，使得操作考试与理论考试有效结合，考核方式更加便捷，考试内容更为全面。

（三）学生学习态度更为积极

课程的高阶性、创新性、挑战度，贴合实验背景和应用的思政引导，这些都开阔了学生的视野，培养了学生的责任心。学生上传自制课件的时间要求从课前一小时逐渐转变为课前一两天，课件逐渐规范和完善，内容也越来越丰富。

（四）学生综合能力明显提升

针对不同实验项目的内容和特点，教师目标明确地给出课前要求，对学生的知识深广度和能力进行引导，充分体现课程的高阶性、创新性、挑战度。例如，要求学生查找并做PPT介绍高精度或科技前沿装置、思考测量月球半径的方法、查找测量蚂蚁力量的方法、思考使用万用表时的注意事项等，有些需要学生查阅专业资料，有些需要学生简单录制操作视频，课前还需要完成相应项目的仿真实验，学生通过分工合作，学习兴趣更加浓厚，各项能力明显提升。

（五）问卷调查

项目组针对教改模式和非教改模式的两种教学方式发布了2份调查问卷，答题人数35人的为教改班，答题人数308人的为非教改班（如图1所示），两份问卷结果对比发现，教改班学生各项能力较非教改班有不同程度增强。

图1 教改班与非教改班调查问卷结果对比

五、教学改革中的几点思考

（一）课前选题重点要突出

教师给学生指定的课前选题应尽量明确。教师可提供部分参考资料，或者明确查找方向，避免学生漫无目的，抓不住重点。例如对迈克尔逊干涉仪的调整及应用实验，要求学生针对以下内容做课前准备：迈克尔逊-莫雷实验相关的历史背景及意义、迈克尔逊干涉仪的光路分析、等倾干涉与等厚干涉的现象及区别、如何辨别动镜是移向还是远离定镜、介绍1～2种高精度或科技前沿装置；对弦振动的研究实验，要求学生针对赛格大厦晃动的物理解释、弦振动在生产生活中的应用、弦线密度测量公式的推导、如何测量弦线张力等内容做课前准备。

（二）内容需紧扣“两性一度”

教学中对学生的知识深度、广度和能力进行引导，充分体现课程的高阶性、创新性、挑战度。例如在密度测量教学中，引导学生思考如何测量极大物体如月球的半径、天体的密度，微小量的测量中如何测蚂蚁的力量，折射率的应用中如何鉴定珠宝，弦振动中桥梁共振频率的计算方法，太阳能电池特性中基于太阳能的房车供电系统设计等。

（三）课程思政应无缝对接

例如在太阳能电池特性及应用实验中，将太阳能电池的研究与双碳、节能减排相结合；在以精密操作为主题的分光计实验中，学生课前自行准备了高精度光刻机内容讲解，提示学生将该内容与华为芯片事件结合，将FAST（天眼）等中国制造与世界发展结合，激发学生的学习兴趣和主人翁意识。

（四）教学过程虚实互补交融

课前采用线上模式，教师通过交互平台对每个实验给出引导性思考，引导学生提前熟悉实验手段，促进学生自主扩展学习实验的相关背景、理论及不同解决方案等；课中线下模式与实时的交流互动相结合，通过课堂翻转将知识内化，加强能力培养与锻炼；课后通过互动平台收集学生反馈，给出进一步的学习建议。

（五）学生能力参差不齐，教师必须及时给出相应的引导

对能力较强的学生，提出更高阶的要求，增设更加富有创新性、挑战度的内容，引导他们走得更远。对基础较薄弱的学生，立足于课堂内教学内容，引导他们学得更稳固。

（六）学生学习态度不一，教师必须增强课程吸引力

例如在液体表面张力系数的测量实验中，让学生自带实物演示多种表面张力现象，让学生自行准备多种不同品种或不同浓度的液体进行对比测量；弦振动的研究实验中，鼓励弦乐爱好者携带弦乐器现场演示解说。在课前引导与实验中结合思政元素，结合生活实际应用，结合科技前沿发展，多方面提高学生的学习兴趣，引导学生主动参与学习。