基于互联网视域的高校物理实验教学模式的创建.pdf

第 39 卷 第 6 期2023年6月商 丘 师 范 学 院 学 报JOURNAL OF SHANGQIU NORMAL UNIVERSITYVol.39 No.6June,2023收稿日期:2022-01-15;修回日期:2022-03-15基金项目:教育部产学合作协同育人项目(220900783201703,202101003039);安徽省高等学校省级质量工程资助项目(2020jyxm1389,2020 xsxxkc328)作者简介:李世刚(1976),男,安徽肥西人,阜阳师范大学高级实验师,硕士,主要从事实验教学和原子与分子物理的研究.基于互联网视域的高校物理实验教学模式的创建李世刚,赵晓云,韩修林(阜阳师范大学 物理与电子工程学院,安徽 阜阳 236037)摘 要:高校物理实验教学存在教学内容模式简单、教学资源利用率低、考评方式不完善等问题.在“互联网+教育”背景下,高校物理实验教学实现了优质资源共享,明确信息技术在“互联网+”教育领域的应用目标,创建高校物理实验教学模式具有较高的可行性,对于教育信息化和现代化发展有着重要的意义.目前物理实验网络教学平台在多所高校已经建立并投入使用,但落实情况差别大、教学效果参差不齐.研究介绍高校物理实验教学的特点,针对高校物理实验教学现状,分析了互联网在高校物理实验教学中的应用可行性,总结互联网视域的高校物理实验教学模式创建经验,以期为高校物理实验教学提供借鉴.关键词:互联网;高校物理;实验教学;教学模式;微课;网络预习系统 中图分类号:G642;O4-4 文献标识码:A 文章编号:1672-3600(2023)06-0092-04作为高校理工科专业学习物理知识的有效途径,物理实验教学直接影响着学生掌握物理知识的水平,在高校物理教学中有着重要的地位.传统物理实验教学以课堂教学为主,存在诸多缺陷与不足,课堂效率低、学生学习兴趣不高1.我国教育信息化十年发展规划(2011-2020)中明确提出信息技术对现代教育有着革命性影响,是实现高等教育创新、提升教学质量的有效途径2.利用现代信息技术,可以有效实现师生角色互换,打破传统时间、空间等的限制,在调动学生学习积极性、主动性及参与性等方面能够达到事半功倍的效果.在高校物理实验教学中引入互联网技术,创建新型教学模式是高校物理实验教学的必然趋势,同时也是提升高校教学质量的内在要求.1 高校物理实验教学的特点实验是物理教学赖以生存的基础,同时也是响应素质教育的重要因素.高校物理实验教学质量在很大程度上由实验教学的基本规律决定.作为高校理工科专业实践性教学环节,物理实验贯穿了物理教学全程,在教师指导下通过实验对物理概念及物理规律予以学习、理解,具有直观性特征,实验过程需要用到仪器设备,呈现出的是客观的现象,能够加深学生对知识的理解与记忆.经过课本理论知识的学习,学生对知识有一定的认识,而通过实验这一实践过程,则能够达到知识的深化,进而达到运用.理论知识往往是在一定条件下习得的,要想认清实验现象的本质,需要教会学生进行规律查找、思维判断,对问题予以分析与解决3.物理实验教学为学生提供了极大的空间,较理论课程更为自由、独立,学生需要通过亲自组装与调试,获得数据,整理分析实验内容,整个实验在教师指导下由学生自己掌握,充分体现了学生是教学的主体.近年来,高校在物理教学中增加了自拟、设计及探索实验项目,高校实验室对外开放,为培养学生的独立性、探索性创造了良好的条件.2 高校物理实验教学现状高校物理实验课程旨在培养具有创新意识及实践能力的专业人才,传统物理实验课程难以满足高素质人才培养及科技发展需求,在实验内容及教学模式方面均存在一定的不足,学生的学习积极性不高,参与度低,课堂效率低下.2.1 对物理实验重视度不足受传统教学观念的影响,物理实验往往被作为物理教学的辅助手段,长期以来未能受到重视,部分教师认为物理实验可有可无,对学生帮助不大.通常完成实验原理讲解后,教师要求学生进行实验,但未加以有效引导或组织,师生之间关于物理实验缺乏沟通与互动,多数学生为获得学分参与物理实验,导致学生对物理实验缺乏兴趣.此外,部分院校尽管开设了物理实验课程,但安排的课时较少,每周一次实验,仅有 3 节物理实验课,在有限的课时内培养学生操作能力及创新能力实际为空谈4.2.2 物理实验教学方法单一由于各大高校对物理实验重视度不同,在教学硬件设备方面也存在一定的差异.尽管互联网技术在教育领域的影响已经受到了重视,但仍有部分高校对新型技术缺乏正确的认识,物理实验设备不足,再加上学校条件的限制,未能开展丰富的物理实验教学.采用传统实验教学模式,教师作为课堂的主导,学生被动地接受知识,按照老师的要求完成各项课堂任务,未对现有教学模式进行创新,按照传统课前预习、课堂教师统一讲解、学生按照步骤完成实验、课后上交实验报告这一模式,一方面影响学生自主探究能力的提升,另一方面限制了学生创新能力发展,课堂效率低,与物理实验教学目的相悖.2.3 学生实验素养参差不齐基于学生个体性差异,其物理实验素养也呈现出明显的不同,作为物理教学的重要组成部分,物理实验教学对学生的能力要求有所不同,部分学校强调学生动手能力的提升,通过亲自参与实验总结经验有利于提升基本素养.部分学校则为学生提供实践操作的机会少,不利于培养学生的创新能力和实践能力.在高校物理实验教学过程中,采用大面积统一教学模式,未能照顾到学生的个体差异,影响物理实验教学效果.2.4 物理实验与理论有脱节目前,高校物理实验教学多采用理论与实验分开的方法,由不同的教师授课,理论教师将相关知识在课堂上进行讲解,然后实验教师在物理实验室指导学生进行实验操作,这期间间隔时间相对较长,容易导致理论与实践的脱节,在进行实验授课时缺乏针对性,不能了解学生的学习重点与难点.3 互联网在高校物理实验教学中应用的可行性互联网信息技术的发展推动了现代教育模式的改革及教育理念的更新,在物理实验教学中融入互联网技术,其优势如下:缩小学生实验素养差异.将所有实验相关知识发布在网络平台,为学生提供观看与下载的服务,不同素养学生结合自身情况选择相应的内容进行学习,能够解决自身存在的不足,通过学习缩小与其他学生的差异.借助互联网平台对学生进行实验素养检测,了解掌握教师可以掌握学生的学习情况及对知识的掌握情况,从而调整教学计划,满足学生需求.丰富实验内容.互联网技术下能够为物理实验教学提供丰富的素材与学习资源,教师可以根据教学大纲及教学目标有选择的发布学习内容,学生也可以根据自身的兴趣爱好进行实验尝试与锻炼,在掌握物理知识的同时,丰富情感体验.有利于培养学生自主学习能力.互联网视域下,高校物理实验可以分模块展开,根据物理实验类型划分为基础型、综合型与设计型等,便于实现个性化教育与因材施教,学生根据爱好及专业能力进行实验类型选择,更加灵活,有利于锻炼学生自主学习能力,提升综合素养.图 1 互联网视域下高校物理实验教学模式4 互联网视域下高校物理实验教学模式经验总结互联网信息技术为现代教育改革的发展提供了必要的技术支持.在高校物理实验教学中引入互联网技术已经成为不可阻挡的趋势,通过高校物理实验教学网络体系的构建,能够弥补传统实验教学的弊端,提升课堂教学效率,互联网视域下高校物理实验教学模式如图 1 所示.4.1 网络预习系统的创建作为高校物理专业的基础课程,物理实验主要针对的是大一、大二学生,学生拥有不同的学习背景及实验素质.传统教学模式下学生的个体差异性得不到体现.在现代互联网信息技术支持下,可以建立一个网络预习系统,每位学生都能够在系统上结合自身实际情况选择相应的内容进行教材预习.网络预习系统应囊括预习教材板块、教学视频及仿真实验等,并提供答疑解惑平台,使学生在课前对实验内容有一定的了解与认识.不仅如此,观看相关教学视频后学生对物理实验仪器也能够有进一步认识,有利于学生对实验流程的熟悉与掌握.通过预习,学生能够了解自身存在的不足,在课堂上有目的的进行学习与提升.即便实验素养不高的学生通过网络预习也可以缩小与其他学生的差距.不仅能够提升物理实验课程的效率,而且便于因材施教,达到教学目标5,6.4.2 物理实验课程的制作物理实验课程的构建可以从两个方面出发,一类为以教师讲解为主的课程,另一类为互动型课程.首先在以教师讲解为主的课程建设时,应注意与线下课程进行区别,尽可能选择难度较大的实验,覆盖范围广,以满足不同程度、不同兴趣学生的需要.其主要目的是对学生物理实验进行知识补充.第二类课程则强调师生互动,要求在课堂实验环节教师应作出及时的引39 第 6 期李世刚,等:基于互联网视域的高校物理实验教学模式的创建导与答疑解惑,帮助学生解决难题.在课程制作时可以利用 Dreamweaver 软件与 Flash 软件,教师可以结合实验教学的内容提前写好脚本,然后制作成为课件,必要时可由计算机专业人员进行制作,使得课程更为生动、丰富7.4.3 创建多元化教学模式4.3.1 慕课教学模式的应用慕课是互联网技术与现代教育改革的产物,师生不仅可以在“云端”浏览数以万计的优质教学资源,还能够运用这些资源进行教育教学方式改革,开展网络教研等工作.慕课实现了优质教育教学资源的互动共享,各学校、各学科可以提炼出多元化、个性化的智慧课堂教学模式.在授课前,应将所需传授的物理知识进行统一整理与归纳,设计出具有代表性及个性化的教学知识点,根据物理实验章节设计教学内容,也可以基于物理知识结构设计内容.如在进行某一物理实验时,以实验涉及的知识为主,无需按照教材先后顺序每一个知识点都学习后再开展实验教学,可以进行实验跳跃8.将复杂、繁琐的物理实验分为实验器具、实验流程及实验原理几个方面,制作成为对应的视频展开系统教学.同一物理实验设施在课堂实验中应用,也可以应用于其他实验,教师可以进行发散式讲解,通过几个不同片段系统的学习该实验设备的特点9.如电磁打点计时器在磁场实验中应用,也可以应用在打点计时器测速度实验中,针对电磁打点计时器进行针对讲解与实验,能够提高学生的兴趣,进一步掌握该器具的特点及使用方法.每讲解完一个内容后,可以通过 2 3 个题目检验学生的掌握情况,引导学生思考.4.3.2 微课教学模式的应用利用云平台和大数据技术,打通课程资源共享最关键的一环,将教师、学生、教学资源等纳入到一个有机体系中,形成良性互动和迭代积累,是推动教学资源均衡发展,提升高校物理实验教学效果的积极探索.目前,微课在高校物理教学中已经得到了应用,其在物理实验教学中同样适用.教师可以根据实验教学目的,将实验操作步骤及相关注意事项以视频的形式予以呈现10,11.课堂前 10 min 可指导学生对实验内容预习,采用音频、视频与阅读材料多种形式相结合的方式,丰富教学内容.学生通过视频观看能够掌握实验流程及原理,对物理实验有一个感官上的认识与了解,掌握实验先后顺序,为实践操作奠定基础.最后可为学生播放动画演示,将实验可能产生的现象制作动画予以呈现,使学生了解哪些可做哪些不可做,怎样的操作会引起实验数据偏差,然后组织学生进行交流、探讨,将无法解决的问题反馈给教师,重点进行讲解,为学生答疑解惑,然后进行实验操作12.另外部分难以观察到的物理现象,如电子自旋共振等,学生难以掌握,且仪器结构复杂,为便于学生掌握,可以将实验微观变化制作为动画,作为实践操作的辅助,帮助学生理解.在该教学模式下,学生成为学习主体,首先对课堂知识点在课前进行主动学习,课堂上教师作为组织者,增加师生、生生互动,共同探讨、解决问题,并将学习成果予以汇报,教师作出总结,找出共性问题予以强化巩固13,15.4.3.3 虚拟实验平台的构建在现代互联网信息技术支持下应用虚拟现实技术能够打造虚拟实验平台,将实验室硬件软件化,在电脑端或手机客户端予以呈现16.从技术方面看,在动态学习和复杂教学交互场景下,流式数据交互更加多元化,其具有直观性、互动性的特征,有利于培养学生的动手能力、想象能力及创新能力.教师可根据实验内容构建虚拟实验平台,使学生在正式授课前通过手机端或电脑端感受到实验仪器,能够对实验结果进行预判17,18.仿真实验可帮助学生掌握仪器的使用方法及操作注意事项,在实验课堂上能够得心应手,减少出错.尤其是对于实验室不容易完成的实验如制流电路、分压电路对二极管特性测量,可以采用虚拟仿真实验模式,学生可以随时随地利用网络进入实验平台,进行仿真操作与练习.需要注意的是虚拟仿真技术仍需优化系统算法,使其能更及时挖掘学生动态学习变化过程,及时让教师掌握学生学习状态.随着技术进步,通过更加快速、及时的信息反馈体系,让基于数据驱动的大规模因材施教成为可能19.4.4 师生多层次交流互动目前,智能手机、电脑的使用大大方便了人们之间的沟通交流,因此在互联网背景下的高校物理教学中,教师可以利用互联网随时与学生进行沟通交流,进而对学生的学习状况有一个大致的把握,最终根据学生的实际情况制定出合适的教学方案.教师还可以利用互联网提前将上课内容透露给学生,让学生进行自主预习,逐渐锻炼学生自主学习能力.由于课堂的时间有限,导致部分学生在课堂上有些问题不能得到充分的解决,因此,在物理实验结束后,教师还可以依靠互联网来进一步解决学生的学习疑惑.无论是课前的预习还是课后的解答都有助于学生物理知识的掌握,对物理实验的效率提升具有重要意义.4.5 递进课堂与课后评价完成课堂教学后,应为学生提供课后训练与沟通的平台,开设微信公众号,上传关于物理实验的文章、短视频,学生可以利用零碎时间进行学习.微信平台是物理实验课堂的延伸,可以将物理实验延伸到更为广阔的领域,供感兴趣的学生学习.另外平台提供小组作业、头脑风暴、综合测试、技能考核及学生轻直播等功能模块,教师利用这些功能模块最大限度的实现对学生综合测评20.为帮助教师更好的了解学生的学习情况及对知识的掌握情况,应充分发挥跟踪监控模块的优势,学生可以在平台上反馈自己遇到的问题,教师也能够了解学生的知识掌握程度,从而有目的的设计教学内容,提高课堂教学效果.学生学习成绩评估应适当增加物理实验课前与课后学习的比重,每个物理实验教学过程均为学生打分,主要评估内容包括课前预习情况、课堂表现、实验报告及实验完成情况等,加强实验教学过程中管理与评价.49商丘师范学院学报 2023 年5 结束语在当代互联网技术不断发展完善的背景下,高校物理实验教学与互联网的融合是的一种必然趋势.教师遵从教育教学规律,转变传统实验教学理念,加强对学生的合理化引导,有利于调动学生的积极性与主动性,促进创新能力及合作意识的提升.教师应加强互联网知识学习,不断提升自身综合素质,借助教学信息化手段的日新月异,推动高校教育教学改革,高效实现物理实验教学目标.参考文献:1姜珊,刘鹏.基于 Matlab 的大学物理实验仿真模拟与数据处理:以牛顿环干涉实验为例J.建筑工程技术与设计,2019,12(28):4123.2李伟,窦国慧,田爽.STEAM 课程理念下的高中物理实验设计:以基于 Arduino 探究小车速度随时间变化规律为例J.物理实验,2019,39(06):59-63.3沈春阳.大数据背景下计算机技术在大学物理实验教学中的应用策略J.计算机产品与流通,2019,25(11):231.4蒋志洁,阳生红,张曰理,等.运用 Matlab 辅助大学物理教学,提高教学质量J.物理与工程,2019,29(S1):69-72.5潘懿洋,江小丹,徐妙华,等.微信公众号辅助大学物理实验教学的探索与实践J.大学物理实验,2021,34(02):111-114.6李松,刘秀琴.“互联网+”大学物理实验教学体系构建J.实验技术与管理,2017,34(01):172-174.7肖郑颖,林金忠,李阳娟.翻转课堂与现场实践结合的大学物理实验教学模式探索:以近代物理实验“光电效应法测普朗克常数”为例J.科技与创新,2021,18(10):39-41.8王星,陈建勇,谢东.设计基于 LabVIEW 的大学物理虚拟实验:以“惠斯通直流单臂电桥测电阻”为例J.科学咨询(科技管理),2021(03):184-185.9李晓杰,王渺渺,唐顺磊.应用型本科高校大学物理实验教学改革研究:以齐鲁理工学院为例J.青春岁月,2019(32):158-159.10袁吉仁,胡萍,韩道福,等.地方综合性高校国家级物理实验教学示范中心示范辐射方式的探索与实践J.大学物理实验,2019,32(03):132-134.11牛海波,刘会玲,李育新,等.问题启发式教学在应用型高校物理实验教学中的实践J.创新教育研究,2019,7(06):781-785.12刘丽,赵晓明,冯庆付,等.“大众创业,万众创新”指引高校创新型实验教学实践J.实验室研究与探索,2019,38(11):174-178.13柯磊.中德应用型本科大学物理实验教学对比J.实验室研究与探索,2019,38(11):165-168.14高华.物理与材料实验室教学和科研双重功能的建设思考J.实验技术与管理,2019,36(04):253-256,281.15黄丽,刘伟龙,赵海发,等.“同向同行”的大学物理实验课程思政教学设计与探索J.物理与工程,2019,29(S1):37-39.16张皓月,何彦雨,陈菁.基于 PPP 模式的高校物理实验基础设施建设项目研究J.项目管理技术,2019,17(01):61-64.17章艳,毛建西,黄斌,等.基于创新能力培养的建筑物理实验教学改革J.科技创新导报,2019,16(17):222-223.18雷以柱,万亚荔,冯静,等.“双创”教育背景下应用型本科院校物理化学实验教学改革初探J.山东化工,2019,48(19):222-223.19张勇,宋逸俏,陶霞,等.“工程教育专业认证”背景下大学物理实验专业分类教学的探索与实践J.科技资讯,2019,17(27):89-91.20葛镜,余泽太,严建桥,等.高校实验教学和管理新模式探索J.实验室研究与探索,2019,38(03):234-236.责任编辑:孟团结59 第 6 期李世刚,等:基于互联网视域的高校物理实验教学模式的创建