大学物理实验的创新实践课程教学设计_刘蕾.pdf

Application 创新应用114 电子技术 第 52 卷 第 5 期（总第 558 期）2023 年 5 月摘要：阐述基础物理实验课程教学中，物理实验慕课与虚拟仿真实验相结合，导入课内创新性实验元素、线下居家实体实验的设计与实践、融入物理类科技活动。关键词：基础物理，创新性实验，虚拟仿真，MOOC。中图分类号：G642文章编号：1000-0755(2023)05-0114-02文献引用格式：刘蕾，罗浩，张海军，周磊，马婷婷.大学物理实验的创新实践课程教学设计J.电子技术,2023,52(05):114-115.物理现象演示实验的开放，作为提高学生实验兴趣的有效手段，大面积产生效益，提高物理实验教学水平，这项活动运行经费和人力投入少，学生参与面广，受益学生多，逐步形成具有本中心特色的实验室开放模式。本团队建设成功了学堂在线大学物理实验课程，提供的在线资源服务48学时的实验课程，建设了16个实验的PPT资源、教学大纲、授课方案。最重要的是32个知识模块的教学视频，每个实验约10min的理论讲解加10min的仪器操作实录。经过三年的教学实践，现已有2万多名学生参加了课程的学习，课程已被评为四川省线上一流课程、四川省线上线下一流课程。物理虚拟仿真实验对学生的全面开放具有4个显著的优势。（1）成本低：在多媒体计算机上建立虚拟实验室,学习者便可以身临其境般地操作虚拟仪器,操作结果可以通过仪表显示反馈给学生。（2）安全性高：物理实验中不方便开设的实验包括有放射性元素的,有强激光的，超高压的虚拟实验教学有绝对的安全性。（3）虚拟实验系统在实际实验前后都发挥着积极的作用：在实际实验前利0 引言虚拟仿真实验系统的全面开放，给学生预习时提供真实的实验场景，也能给学习能力强的学生提供更多的物理实验项目的需要。1 研究背景调研发现当前大学生创新实践能力培养主要存在以下问题：（1）国内高校对物理实验课程的重视程度不够，资金投入不足，设备陈旧老化；（2）创新创业素质的培养存在不足，缺少有针对性的能力培养环节；（3）创新知识基础薄弱，往往不能把握本学科最新发展的动态，所谓的创新也只是重复前人早已发现的旧结论；（4）缺乏教师的持续有效的指导，学生找不到创新的思路，创新创业工作不知从何着手；（5）科学问题的拓展、创新创业方面的深度培养不够，学生核心竞争力不足1。针对以上诸多问题，西南科技大学物理实验中心经过多年的研究，从多方面对物理实验课程进行了创新实践课堂建设。2 基于虚拟仿真的创新实践课程教学设计 2.1 课前预习方式的改进本校近五年演示实验室长期对学生开放，通过大学物理实验的创新实践课程教学设计刘蕾，罗浩，张海军，周磊，马婷婷（西南科技大学 数理学院，四川 621010）Abstract This paper describes the combination of experiment MOOC and virtual simulation experiment in the teaching of basic physics experiment,introducing innovative experimental elements in the class,the design and practice of offline physical experiments at home,and integrating physical science and technology activities.Index Terms basic physics,innovative experiment,virtual simulation,MOOC.Design and Innovative Practice of Teaching Course in College Physics ExperimentLIU Lei,LUO Hao,ZHANG Haijun,ZHOU Lei,MA Tingting(School of Mathematics and Science,Southwest University of Science and Technology,Sichuan 621010,China.)基金项目：国家自然科学基金12204387，教育部大中教育教学研究课题（wx202205），西南科技大学教改项目（22xn0030），西南科技大学素质类教改（青年发展研究）专项课题（21szjg11），西南地区物理学术竞赛类教育教学改革研究项目（SWPTJG 2107、SWPTJG2202）。作者简介：刘蕾，西南科技大学数理学院；研究方向：教学实践。收稿日期：2023-01-04；修回日期：2023-05-11。Application 创新应用电子技术 第 52 卷 第 5 期（总第 558 期）2023 年 5 月 115用虚拟实验进行预习,有助于学生从实验整体到局部建立起直观的感性认识。（4）信息网络化程度高：实验不再局限在物理空间的实验室中，通过网络不受时空限制地利用实验设备进行实验2-4。本校还组织师生一起与公司开展合作，目前已合作开发适合本校的电势差计的使用等六个实验项目，在疫情期间的线上线下教学发挥了关键作用。2.2 课内创新性实验元素的导入（1）院校两级创新基金项目，鼓励学生自主选题，指导其参加院校两级大学生创新创业基金训练，带领学生参加物理实验类年会交流，建立实验仪器设备厂家实习基地，增强学生仪器研发生产实际经验。发动和鼓励学生勤于思考、自主选题，通过院校两级创新创业基金做出科技实体作品。（2）教师参与实验教学仪器研发，立项项目必须切实用于本科生实验教学,项目应该具有一定的继承性、前瞻性和可操作性。学校优先资助有一定创新特色，与我校本科实验教学紧密相关。中心指导学生进行的实验技术研究项目在学校的结题评审中，大多数均获得了结题优秀，并产生了如“半导体PID快速降温仪”等一系列设备，全部已用于一线教学。2.3 线下居家实体实验的设计与实践线下居家实体实验就是让学生在家里或者校园中，在大学物理的范围内，根据自己的兴趣点，利用力所能及找到的生活中的器材，自行设计任何物理实验，并按照教材的模式，拟好实验原理、操作步骤、数据表格，在多次试做和调整中将实验目标实现，并做出合理的分析与讨论。实验项目也可以部分采用老师提供的样本，部分学生自行设计。中心设计了一些典型的力学、电学、热学、光学等居家实验模板提供给学生借鉴，力争做到仪器容易获得、物理知识丰富、操作内容饱满、发散性高具有变化，这样才能有效提高线下实验的质量5。2.4 融入物理类科技活动（1）校内大学生物理实验竞赛。中心定期举行西南科技大学物理实验竞赛，逐步打造品牌赛事。西南科技大学大学生物理实验竞赛是校团委、教务处主办的大学生学科竞赛，至今已由数理学院承办八届，迄今为止已经吸引了理学、材料、信息、国防、环资、土木等学院一大批优秀学生参加，涌现出了一系列优秀作品，反映了我校进行物理实验教学改革的丰硕成果。近年来吸引了华为、杭州大华、杭州精科等公司和四川省军民融合研究院的关注和大力赞助。四川省大学生普通物理知识竞赛，由四川省物理学会主办，多所知名高校联办。在四川省物理学会的倡导下，全省高校积极响应，2015年该项赛事被推广到整个四川省，并于2015年4月成功举办了首届大学生普通物理知识竞赛，受到广大学生的热烈欢迎，引发了广泛的关注。（2）全国大学生物理实验竞赛。指导学生参加西南地区、全国物理学术竞赛，中国大学生物理学术竞赛（CUPT）是中国借鉴国际青年物理学家锦标赛（IYPT）的模式创办的国内全国性赛事。CUPT以其独特的竞赛模式和理念吸引了越来越多的知名高校和物理精英参与，并已成为国内具有重要影响力的大学生物理竞技赛事之一。比赛由国家实验教学示范中心联席会、全国高等学校实验物理教学研究会、中国物理学会主办，旨在培养提高大学生的创新能力、实践能力和团队协作意识，促进物理实验教学改革工作的不断发展，提高物理实验教学的质量与水平，为培养高素质人才奠定基础。比赛分为创新赛和教学赛。本校从2020年开始，参加了该项比赛的所有赛事。迄今为止的15个代表队，共获得全国一等奖3项，二等奖5项，三等奖3项，优胜奖2项。3 结语本校着眼于一般本科院校的平台和现状，从基础物理实验教学出发，采取了一系列的“1+N”型创新实践课堂建设举措，建设有机的线上线下综合教学模式，主要创新点和特色体现在以下几个方面：（1）将MOOC、微课、精品课程等零散的数字资源和虚拟仿真在线教育进行整合，运用于物理实验教学，改变了以教师为中心的灌输式教学模式。（2）采用以虚拟仿真为主体，其他数字资源为辅的在线实践教育模式，可构成开放性的实践教学环境，将高校资源合理的转化成了全社会的资源。（3）精品在线课程具有各高校特色，与各校学生的实际需求完全匹配。（4）建设好可调式线上线下教学模式，疫情及常规学期都适用。参考文献1 朱静.加强实践平台建设 培养创新能力素质J.河北工程大学学报(社会科学版),2017,34(02):92-94+98.2 王旗,朱盼盼.物理虚拟仿真实验教学中心建设与实践J.大学物理实验,2018,31(04):121-123.3 岳耀宾,池荣虎,吴兵.虚拟仿真实验教学中心建设研究与实践J.青岛科技大学学报(自然科学版),2017,38(S1):198-200.4 周世杰,吉家成,王华.虚拟仿真实验教学中心建设与实践J.计算机教育,2015(09):5-11.5 蒲贤洁,吴小志,杨骏骏,王少明,方泽昊.CUPT模式下的居家物理实验线上教学实践J.物理与工程,2021,31(02):100-106.