大学物理实验教学改革措施论文

2021-06-18 论文

　　摘要：社会经济的高速发展在某种程度上给微时代的发展提供了契机，微信、微电影等一些列微时代产品不断涌现。新时代下，教学领域发展的大趋势就是网络微课与传统教学方式的结合。因此，大学物理实验教学也应顺应时代发展的潮流，利用微课教学的优势来弥补传统教学手段上的不足，以便提高实验教学水平和人才培养质量。文章分析了普通工科院校中大学物理实验传统教学模式中存在的不足，分析了微课教学的特点，提出把传统授课方式和微课教学相结合的新型大学物理实验教学模式，并针对辽宁工业大学大学物理实验的具体情况给出了实验教学改革建议。

　　关键词：微课；大学物理实验；教学改革

　　当今时代，网络信息技术的迅速发展和日益普及的智能移动终端设备，使信息的传播更加快速和便捷。社会发展的快速与高效也使得人们越来越喜欢主题鲜明、短小精悍、使用方便的信息资源。不知不觉“微时代”已悄然来临。微课作为新型教学模式正越来越受到教学领域的推崇。所谓微课是指按照课程标准和教学实践要求，以教学视频为载体，围绕某个知识点或教学环节而进行教学设计并开展的教学活动[1]。微课与传统的课堂的最大不同，在于其短小精悍、使用方便。它能够满足学生的个性化学习需求，让学生能随时随地进行自主地学习，是传统课堂学习的一种重要补充[2]。大学物理实验是当代中国大学生工科所有专业必须开设的一门基础必修课程，在培养高水平工程技术人才中有着不可取代的重要作用。这是学生升入大学后接受系统实验方法和实验技能训练的开端。通过参与各项实验教学活动，学生可以对力、热、电、光等各种物理现象进行更直接的观察、分析，对所学物理理论知识有更深刻的理解，真正实现理论知识向实践能力的巧妙转移[3]。然而，由于实验时间的不足，和大学生人数的逐年增加，大学物理实验课程教学存在着许多不足越来越明显的暴露出来。针对这些不足，已有越来越多的学者提出了把微课与传统大学物理实验教学相融合的方法来提高大学物理实验的教学水平和质量[4，5]。考虑到不同院校之间的教学设置和学生的差异性，本文以辽宁工业大学为例，分析其在大学物理实验教学上存在的不足之处，并结合微课的特点及优势，提出并探讨基于微课模式的大学物理实验教学改革方向及具体措施。这在本校物理实验教学改革的具体实施方面具有重要的指导意义，也为和本校有着类似情况的其他工科院校提供借鉴。

　　一、大学物理实验教学改革的必要性

　　我校大学物理实验课的基本程序包括：实验课前的预习、课上进行实验操作和课后撰写实验报告。目前，阻碍我校物理实验教学质量和水平提升的主要因素有以下几个方面：

　　（一）学生课前预习不充分

　　在大学物理实验教学中，学生必须在课前撰写预习报告，对实验目的、原理、仪器及操作方案进行必要的熟悉和了解，找到可能存在的问题，这样在课堂上才能抓住实验的关键，能够在实验操作过程中及时、准确、迅速地获得数据，提高课堂操作效率。但实际情况并非如此，学生对实验的预习程度远远达不到能独立按要求完成实验。原因有三：一是学生重视程度不够。因为大学物理实验多是考察课，所以很多学生重视程度不够，写预习报告只是为了应对老师课上的检查；二是学生的物理理论基础不够。大学物理实验课程与大学物理的理论课程是同步开设，都集中在学生大一的下学期和大二的上学期，这就导致有些实验的相关物理理论知识学生还没有学到，势必导致学生在对实验原理的理解上存在障碍，影响学习兴趣；三是条件限制，单纯通多实验指导书上抽象的理论公式，和简易的原理图，对于一些比较复杂的物理实验学生很难做到真正的理解，对实验操作步骤也很难达到有个整体的把握。

　　（二）课上时间分配不合理

　　物理实验课应该以学生动手操作，学生通过预习课上自主完成实验任务主，但是由于课前预习不够充分，课上需要老师利用一定的时间对实验内容和要求进行详尽的讲解，一个实验至少需要30分钟以上的时间，才能对实验有比较完整介绍。而大多数工科院校的实验课时间都很有限，以我辽宁工业大学为例，物理实验课的上课时间只有110分钟（包括课间休息10分钟）。这就导致学生动手操作的时间减少了，再加上短时间内的实验理论知识的灌输学生也很难消化吸收，这也必然导致学生在做实验的时候一头雾水，等刚刚把实验过程理顺明白，调节好实验仪器并开始动手操作，时间已所剩无几。有些动手能力差的同学甚至到下课时间也未能完成实验数据的测量。目前，为了学生可以在有限的时间内完成实验，很多老师采取方法就是减少实验内容，而实验内容的减少必然会制约对学生动手能力和思维能力的培养，违背了开设大学物理实验课程的最初的目的。

　　（三）学生课后撰写实验报告不认真

　　大学物理实验区别于高中物理实验的一个显著特征就是对实验数据的处理要求上升到了国际标准：不确定度的计算方法[6]、有效数字的运算规则及数据处理的各种手段。掌握误差分析理论和数据处理方法是开设大学物理实验课的重要目的之一。尽管实验数据处理方法在绪论课中给学生进行了统一讲解，但每个实验都有各自的具体要求。紧张的上课时间导致学生不得不把实验数据带回去处理。但是由于之前的预习环节和课上操作环节都未能达到最佳效果，因此在数据处理方面学生也必然会遇到问题。但这一环节是由学生课后独立完成，所以即使遇到问题也找不到实验指导老师请教。这就造成许多同学处理实验数据彼此相互“借鉴”，实验数据处理过程错误百出也依然将错就错。综合分析以上几个方面，可以看出物理实验教学中存在的问题严重地影响到了其教学效果。为了提高人才培养质量，适应社会的发展，充分地发挥大学物理实验应有的作用，对大学物理实验传统教学模式的`改革势在必行。

　　二、微课在教学中的优势分析

　　微课是指按照课程标准和教学实践要求，以教学视频为载体，围绕某个知识点或教学环节而进行教学设计并开展的教学活动[1]。网络信息技术的迅速发展和智能手机、平板电脑等移动终端的普及使得微课作为新型教学资源正越来越受到教学领域的推崇。与传统教学模式相比，微课有其诸多优点：

　　（一）教学时间短

　　微课的一般时间长度都在10分钟左右，这是大多数人能保持精力高度集中的时间，因此微课能够实现短时间内的信息高效传输，提高学习者的学习效率。

　　（二）教学内容集中

　　传统的授课模式往往在一节课上要讲解许多的内容，知识点比较分散，不利于学生记忆。而微课的授课内容通常只集中在某一个知识点或教学环节上，短时间内对某一个知识点的讲解会让人印象深刻。

　　（三）生动形象

　　微课的制作是以教学课件为基础，通常我们所用的PPT中有文字、图片、音乐以及动画演示，还可以穿插视频。这些表达方式的运用可以让教学内容更加生动形象，引发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性。

　　（四）内容丰富

　　大学物理实验包含力、热、电、光、近代物理等各方面的内容，而且和大学物理课程不同步，为了学生能够顺利的完成实验，上课老师多数的讲解集中在对操作方法、注意事项等问题上，而对实验的基本原理和实验的背景只能做简单介绍。通过微课，可以对实验的背景、发展和原理进行比较详尽的介绍，有助于学生对物理知识的理解，和提高对物理学习的兴趣。

　　（五）使用方便

　　基于网络信息技术的发展和智能手机的普及，学生几乎可以随时随地查阅网上的信息，因此学生可以根据自己的个性化学习需要随意选择观看微课的时间，不受传统课堂固定时间固定地点的制约。考虑到微课在教学中的优势，如果把大学物理实验课的原理讲解、仪器介绍、具体操作步骤和实验注意事项等配以视频制作成一系列的微课上传到网络平台上，让学生可以随时上网或下载观看，将会大大提升学生的实验预习效果，并进一步缓解课上操作时间有限，课后处理实验数据不认真等问题。

　　三、大学物理实验教学中微课应用的具体分析

　　（一）物理实验微课的制作

　　首先，注重教学趣味性的增加。可以通过字幕的灵活运用来调动学生学习兴趣，微课应摆脱传统教学模式的单一、死板，通过多种字体与动画方式的运用来快速集中学生注意力。也可以通过幽默的教学语言，多融入一些网络时尚语言来增强学生学习兴趣，或者是有机整合新知识与最新新闻来引起学生的关注。另外，也可以通过分篇展示的微课形式，多结合一些相关图片数据来加深学生理解。其次，构建微课支持互助平台。微课的运用不仅要将原本复杂、抽象的学习资源转变的更加简单，还应积极挖掘、整合更加丰富多彩的学习资源。传统的视频点播系统通常可以适应数据资料在上传、发布与管理等一系列功能，而微课系统则可以在相应的基础平台上，为学生提供人机互换的学习环境，从而为学生的自主管理上提供一定便捷，且可以结合学生的认知发展需求与特点，构建辨别互动平台，以此来为教育规划者、学习者提供互相交流学习的界面。在大幅度提升学习效率基础上，促进学生积极主动地与他人沟通交流，产生强烈的学习欲望。再者，整合微课与物理实验教学。微课与教学在很多方面都应加强整合，尤其是在理论与实践教学上，可以涉及到数理化结合、也可以与课程设计息息相关等一系列内容，其中尤其显著的就是物理现象反映方面。对于实验教学来讲，实验现象往往都是最关键的，也是学生一直关注的焦点。在传统教学模式下，一些实验变化通常只有教师才能够做出细微的观察与了解，而通过微课教师则可以运用计算机、手机等更直观的演示给学生[7]。

　　（二）体现课堂的实验情境

　　视频是微课的重要载体，往往都是由教师搭配PPT来完成的，而PPT中不仅有文字，还有音乐、图片等多样化的表现形式，且在讲解中教师也可以对照实物做出相应演示。这种教学活动的开展，不仅具有浓厚的趣味性，也能够在课堂教学中快速吸引学生注意力，并引发其做出深入思考，这种优势在大学物理实验教学中体现的尤为明显，实验仪器的熟悉与操作往往都是实验教学中的关键组成部分，但是在学生在预习中，实验讲义涉及到的往往都是一些实验原理，在实验仪器上通常也只有一些名称与图片，但具体的用法却经常处于模糊状态，也那你获得理想的预习效果[8]。而通过微课则可以通过直观的呈现来有效解决这一问题，通过各种仪器的操作演示，教师可以为学生详细的讲解可能出现的情况，有机需要注意的各类问题，让学生获得身临其境的感受，促进预习效果的不断增强。

　　（三）满足学生个性化需求

　　微课通常都是围绕某一知识点来进行设计的，教学目标较为单一，也具有较为显著的指向性，而对于大学物理实验教学来讲，通常都可以分为原理、仪器讲解，以及实验内容等方面，教师可以将这些内容以微课的形式上传于网络上，让学生结合自身认知需求，进行自主学习，如，若缺乏原理知识，便可以将学习重点放在原理部分上，进行反复观看，而若对于仪器较为陌生则可以将仪器部分的学习作为重点等等。这可以充分满足学生的个性化认知需求。

　　（四）提升实验的演示效果

　　传统教学视频上经常存在时间长、容量大等一些普遍问题，不论是在观看，还是下载方面都需要耗费大量时间，而学生的耐心与兴趣极易被下载过程削弱掉，难以获得理想学习效果。而通过微课的运用，其不仅具有短小精悍的特点，也能够全面适应学生的认知规律与特点，既可以帮助学生高效完成学习任务，也能够避免其产生疲劳感，或者是注意力被分散。再加上微课的容量通常都比较小，不仅可以在网络上进行快速观看，对于一些比较难以理解的实验原理等问题也可以下载到移动终端反复观看。

　　四、基于微课模式的大学物理实验改革措施

　　针对辽宁工业大学大学物理实验教学方面存在的问题，将微课引入到大学物理实验教学中将大幅度提升教学效果。微课的引入会弥补传统教学方式的不足，同时也需要我们基于微课模式对目前的实验教学环节加以调整和改进，具体有以下几点建议：

　　（一）课前实验预习环节

　　把网上观看实验微课视频纳入实验预习环节，让学生通过观看微课视频和阅读教材相结合来对实验内容进行预习，完成预习报告。课上老师除了检查预习报告，最重要的是通过提问的方式考察学生的预习效果和对该实验原理的理解及对操作方法的掌握程度。为了确保学生能足够地重视实验的预习，课前提问环节尤其重要，大约10分钟左右的时间，尽量每个同学都提问到，并给出合理的预习成绩。建议适当增加实验预习成绩满分占总满分的比重，以便提高学生对该环节的重视程度。

　　（二）课上实验操作环节

　　通过提问了解学生预习中存在的问题，老师再进行针对性的讲解，可以大大节约老师上课讲课的时间。给学生提供充裕的操作时间，让学生的动手能力和思维能力得到提升。实验操作过程中，实验指导老师负责做个别指导，在指导的过程中就会发现哪些学生对待实验态度认真，动手能力强，进而给出合理的实验操作成绩。

　　（三）撰写实验报告环节

　　物理实验课的总时间是110分钟，去掉提问时间，剩下100分钟。由于学生对实验的预习给予了足够的重视，这就为课上处理实验数据提供了可能。课上处理实验数据的好处在于学生遇到问题会及时向老师请教，通过不断遇到问题并及时解决问题，学生定能牢牢掌握科学处理实验数据的方法，为将来成为高水平的工程技术人才打下坚实的基础。即使个别动手能力差的同学不能在课上完成实验数据处理的全过程，但至少也能在课上把处理过程中遇到的问题及时找老师帮助解决，未完成的部分带回去处理也不会导致学生"将错就错"的事情发生。这样，学生通过一两个实验的动手实践基本上就能掌握了正确处理实验数据的方法，其他的实验数据处理基本上就不会存在太多的错误。建议适当降低数据处理成绩满分占总满分的比重。

　　五、结束语

　　微课与传统教学模式的融合已成为教学领域发展的大趋势。目前，在大学物理实验方面我们所面临的问题是如何制作出与教材配套的、能应用于实际教学的高水平的系列微课课程。这就需要我们全体从事物理实验教学的老师要深入地研究微课的制作，在实践中不断探索，不断总结。相信不远的将来基于微课模式的大学物理实验课程会充分发挥出其在工程技术人才培养中的不可估量的作用。

　　参考文献：

　　[1]胡铁生.微课：区域教育信息资源发展的新趋势[J].电化教育研究，2011（10）：61-64.

　　[2]李玉平，微课程：走向简单的学习[J].中国信息技术教育，2012（11）：15-19.

　　[3]宋金，黄明燕，李民.物理实验教学与创新能力培养的研究——从牛顿环实验得到的启发[J].实验室科学，2010，13（2）：25-27.

　　[4]唐艳妮，徐军，罗积军，等.微课在大学物理实验教学中的应用探索[J].物理与工程，2014（S2）：57-59.

　　[5]宋海珍，何朝政.微课在地方本科院校大学物理实验教学中的应用[J].南阳师范学院学报，2016，15（3）：66-68.

　　[6]徐翠艳，邱忠媛.牛顿环实验不确定度的研究[J].辽宁工业大学，2014（34）：133-135.

　　[7]邱荣，杨振萍.微课在大学物理实验教学中的应用探索[J].教育界，2016（21）：100-101.

　　[8]宋金，郭新峰，王生钊，等.微课在大学物理实验教学中的应用[J].物理实验，2015（2）：12-17.