云课堂辅助教学模式探索

2024-06-20张秀彦禤汉元肖荣军周江朱基珍

中国教育技术装备 2024年10期

张秀彦禤汉元肖荣军周江朱基珍

*项目来源：广西高等教育本科教学改革工程项目“大学物理智慧实验室的建设与应用”（基金编号：2020JGB248）。

作者简介：张秀彦、禤汉元，实验师；肖荣军、周江，高级实验师；朱基珍，教授。

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.10.008

摘要牛顿环干涉实验原理复杂，步骤烦琐，传统教学模式难以达到预期效果。通过对该实验引入云课堂辅助教学模式，丰富学生的学习手段，拓展学生的学习空间，激发学生的学习兴趣。学生可以随时随地利用“装在口袋里的实验室”围绕特定的知识点进行交流学习，有效解决传统实验教学模式中教法单一、只能被动接受的问题，极大提高学习积极性，从根本上培养自己的自主学习能力和创新思维。

关键词大学物理实验；牛顿环干涉实验；云课堂；微课

中图分类号：G642.423 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2024）10-0008-03

0 引言

牛顿环干涉实验是典型的分振幅法干涉实验，在大学物理实验课程中广泛开设。它物理图像直观，测量精确，在实验过程中，学生不但可以获得对光的波动性的直观图像化认识，还能体会光的干涉现象的实际应用。如利用此实验测量平凸透镜的曲率半径，检测光学球面的平整度［1-2］，利用已知波长的单色光相对地测量未知入射单色光的波长[3]，以及测定填充在平凸透镜和平板玻璃之间透明液体介质的折射率等［4］。但该实验原理复杂，步骤烦琐，注意事项较多，在大学物理实验课程中属于难度较大的实验之一。采用传统实验教学模式开展教学，教法单一枯燥，实验内容难以一一讲解到位，不能很好地激发学生的学习兴趣。传统教学模式存在的这些问题必须通过改进教学方法，推行新的教学模式来解决。

近年来，随着计算机技术的发展和网络的普及，各高校的教育工作者纷纷探索利用信息化手段丰富教学过程，拓展教学空间，尝试构建基于云平台的云课堂辅助教学模式[5-9]。

云课堂是一种基于计算机技术的全时、便捷的辅助教学平台，能够补齐传统的灌输式课堂讲授教学模式的短板。学生在学习过程中可以根据需要，自主、方便、快捷地利用云课堂查询所需的学习资料，与教师随时沟通，与同学实时分享和讨论，实现教学时间和内容的开放，教学资源、教学方法和教学手段的开放。这种教学模式能很好地发挥学生的主体地位，有效地开发学生的思维能力，增强教学效果，满足新时代全方位人才培养的需要。

1 广西科技大学物理实验教学中心的云课堂

系统

广西科技大学物理实验教学中心（以下简称实验教学中心）的云课堂系统包含硬件和软件两部

分［10］，硬件系统主要由校园网平台、服务器、公用一体机等设备组成，软件系统由实验教学管理系统和自主建设的线上教学资源构成，软件与硬件配套，为学生的自主深入学习提供必备的条件。

教师在云课堂建设中将实验教学过程的各个知识点制作成独立的微课视频，通过自主建设的教学网站实现微课发布、与学生在线交流等功能。学生可以随时随地利用电脑或智能手机登录大学物理实验云课堂教学网站，进行在线预习、自我测试、在线讨论交流等学习活动，使实验教学灵活、开放，真正实现全程浸润式教学。

平台方面，为了便于没有个人电脑的学生访问云课堂，实验教学中心提供了全天开放的公共计算机，学生可以使用公共计算机登录教学网站，对云课堂进行访问。同时，随着智能手机在大学生中的全员普及，学生随身携带智能手机已经成为一种习惯，在大学生越来越习惯使用智能手机从网络渠道获取信息的趋势下，引导学生使用智能手机辅助实验学习将成为一个必然的趋势。通过在实验台上张贴该实验对应云课堂二维码的方式，引导学生自主使用智能手机扫描该二维码，打开存储在实验教学中心服务器上的教学资源，针对特定的知识点进行学习。

内容方面，鉴于牛顿环干涉实验原理复杂，实验仪器调节烦琐，单纯利用课堂时间难以达到较好的教学效果，因此，根据云课堂碎片化的特点，将相干光的基本概念、光程与光程差、读数显微镜仪器结构及仪器使用、空转误差的来源及消除、测量牛顿环曲率半径原理公式的推导、实验流程、实验数据的规范处理、实验的注意事项等若干个细化的知识点，利用PowerPoint、Camtasia Studio、视频编辑专家等软件，围绕各知识点制作微课视频，视频时长控制在3～8分钟。这样建设的教学资源目标性更明确，每个知识点涉及的教学资源更精短，有利于学生进行特定知识的获取和围绕特定知识点进行交流讨论。教师在云课堂中用微课对普遍性问题进行统一解答，节省了大量课堂时间，有更多的精力针对学有余力的学生进行个性化的指导，因材施教，从而达到更好的教学效果。

教材方面，云课堂与教材的融合可以更好地为学生的自主学习提供有利条件，因此，实验教学中心出版的自编教材《大学物理实验（基础部分）》中，在已建设完成云课堂教学资源的实验项目的标题处添加了该实验相应内容的云课堂二维码，学生在使用教材过程中可以通过扫码观看该实验对应的微课视频。该模式在学生使用教材的过程中提供了视频化的学习资源，可以明显提高学生的个性化学习效率。

2 云课堂辅助教学模式在牛顿环干涉实验中

的具体应用

在目前使用的牛顿环干涉实验云课堂辅助教学模式中，云课堂主要有以下三个方面的具体应用。

2.1 提供学习平台，实现浸润式教学

通过提供牛顿环干涉实验各个知识点的微课视频，以及教师和学生的线上交流平台，云课堂为学生的自主学习提供了大量的优质资源，并且为学生和教师随时随地的沟通创造了所需的条件。教师在实验教学网站上发布该实验的总体介绍和各个知识点的微课视频，可以使学生对牛顿环干涉实验的仪器、原理和干涉现象有更深入、更直观的认识，有效降低学生的学习难度。学生在学习过程中发现问题可以随时跟教师进行交流，从而大大增强实验预习的实际效果。

2.2 回答共性问题，方便因材施教

学生在牛顿环干涉实验中所提出的问题大致可以分成两大类：实验过程中常见的基础型问题和个别学生基于自己的深入思考所提出的探索型问题。对基础型问题，可以通过云课堂完成统一解答，如通过制作电子文档或者微视频在云课堂网站上统一解答。这样，教师在实验课堂教学过程中就有更多的时间和有深入思考的学生进行深层次的探索交流，真正做到积极引导、因材施教。

2.3 完成课后测试，巩固所学知识

牛顿环干涉实验云课堂中有精选的课后测试题，通过把测试题成绩以一定比例纳入考核成绩的方式引导学生课后完成该部分测试题，从而巩固所学知识，大大增强教学效果。

3 引入云课堂辅助教学模式后的教学过程

基于云课堂在实验教学中的具体应用，将牛顿环干涉实验的教学过程大致分为课前预习、课堂学习、课后巩固三个基本阶段，具体见图1。

在课前预习阶段，学生可以使用实验教学中心提供的公用电脑或者自己的智能手机等工具访问云课堂教学网站，通过查看相应实验项目的总体介绍及各知识点的微课视频，对所要进行的实验形成直观的认识，增加对实验的了解，提高对实验的学习兴趣。

接下来的课堂学习阶段，学生在教师的指导下独立使用实验仪器完成相应的测量，实验过程中遇到的一些常见的问题可以直接通过扫描实验平台上张贴的二维码进入实验云课堂自主查找相应答案，解决不了的问题再和教师进行深入的沟通和讨论，大大加深对该实验的理解。

课后巩固阶段，学生通过查阅云课堂的数据处理范例，使用自己获得的数据，撰写规范的实验报告。学生完成实验报告上交后，教师把批改过程中发现的问题反馈到云课堂中，有针对性地对学生进行指导改进。学生也可以随时通过云课堂与教师讨论自己对该实验的创新性的认识，通过讨论，进一步加深对该实验的掌握。最后，教师根据该班的整体知识掌握情况，将实验的重点、难点及该班学生的易错点上传到云课堂，方便学生进行课后复习。

与传统课堂灌输式讲授教学模式相比，云课堂辅助教学模式的应用带来大量相关度高且易获得的学习资源，大部分学生在实验过程中遇到困难时能自主用手机扫码，通过学习相关知识点的微课来解决问题，极大地提高了学习的自主性。学生普遍反映，采用该教学模式后，自己可以轻松掌握读数显微镜等实验仪器的使用方法和操作细节，并且能够将课堂教学内容和实验现象有机地结合起来，对光的干涉条件、干涉现象，产生相干光的途径、实验的具体操作流程和实际应用有了更深层次的理解，增强了对光的本质的认识。

同时，教师在实验课堂上答疑和指导的工作量相对减轻很多，从而有了更多的时间对有兴趣和有能力的学生进行深层次指导和交流，因材施教，提升学生的学习能力和综合素质，培养学生独立自主学习的能力和积极探索的实验精神。

自2019年牛顿环干涉实验项目引入云课堂辅助教学模式以来，取得很好的教学效果，学生普遍认可、乐于接受，绝大多数学生在课程学习过程中能够充分利用云课堂教学资源辅助实验课的课前预习、课堂学习及课后复习。

结合实验教学中心试卷库抽题系统[11]的考试结果（见图2），可以明显看出学生的实验成绩得到较大提高，学生反映良好。

4 结束语

牛顿环干涉实验云课堂辅助教学模式的应用使学生能够通过云课堂随时随地方便快捷地获取实验教学资源，学生利用“装在口袋里的实验室”随时进行交流学习，从而为实验课程学习提供重要辅助。该模式从根本上改变了传统的填鸭式教学方式，转变了实验教师的课堂角色，提高了学生的学习积极性，取得良好的教学效果。

5 参考文献

[1] 叶紫，马文姣，孟子硕，等.牛顿环实验中一些问题的

探讨[J].大学物理实验，2022，35（1）：50-52.

[2] 尤德红.牛顿环的拓展实验研究[J].科技信息，

2009（20）：438-439.

[3] 亓凯，王杰，杨长通，等.牛顿环测量单色光波长的实验研究[J].大学物理实验，2016，29（6）：73-75.

[4] 张思慧，辛琨，邹俭英，等.牛顿环干涉法测量液体折射率的实验研究[J].大学物理实验，2016，29（4）：49-51.