大学物理实验的信息化教学研究与实践

赵 曼，赵 昶

（北京石油化工学院致远学院，北京 102617）

0 引言

大学物理实验课程是培养大学生科学素养、科学的思维方式及动手操作能力的必修课程。北京市从2020年起实行了“3+3”的高考模式，2021年8省首次推行“3+1+2”的高考模式。物理学科在各省的高考选科问题不尽相同[1-2]。我校出现的典型问题是部分工科专业招录了一部分未选考物理的生源，如环境工程，制药工程等，基础薄弱的同学和这部分近三年未上过物理课的学生在大学物理类课堂中明显出现了断层现象，上课如同在听“天书”，期末考试成绩更是与平均值出现非常明显的差距。和大学物理同步开设的大学物理实验课也存在类似的问题。如何解决学生学习与发展中出现的问题和困难，是我们在教学设计中重点考虑的问题[3]。针对学生学习中遇到的新的问题和困难，我们将大学物理实验课程在课前预习、课堂教学、课后反馈三个环节分别进行了设计和整合，利用大学物理信息平台、云班课、企业微信等平台形成严格的过程化管理和评价体系，有针对性地提高基础薄弱学生的科学素养和科学的思维方式，提高他们的动手操作能力和协作能力，打造出高效的信息化的大学物理实验课程。

1 大学物理实验的课程设计

大学物理实验课程设计包含课前、课中、课后三部分，如图1所示。信息化不断强化学习的过程不仅体现在课堂实践上，在课前预习和课后的数据处理和成绩信息反馈和修改上面也都得到了强化和改善，真正落实了实验考核的过程化。学生利用手机或笔记本电脑等预习、操作、处理数据等时间延长，积极的数据反馈也让学生有动力去认真处理数据和改进实验报告，得到更好的实验成绩，达到提高学生综合实验能力的目的。

图1 基于OBE的大学物理实验课程设

1.1 课前预习环节

每学期开学前，大学物理实验信息平台由负责教师及时排好大学物理实验的学生分组及实验顺序，实验时间地点，实验教师通过企业微信提前组成实验学习群并建立相应的云班课，通过统计来了解各专业学生的情况，如：笔者所带课程班，接近2/3学生属于新高考未参加物理考试的同学，通过提前的沟通得知这部分学生的物理基础非常薄弱，针对这种情况，做好预习环节设计尤其重要。

预习环节的资源由教师在云班课发布，如图2（P125）所示。结合大学物理实验信息平台及刚刚出版的云教材和云班课平台给学生提前布置预习任务。云教材和云班课资源提供了即将进行的实验的背景知识实验原理和相关预习视频等素材，提升学生学习兴趣，增加学生实验预习的主动性。

图2 预习环节的设计

1.2 课堂实验环节

预习环节主要采用了线上的方式，实验教师通过云班课和预习报告来检查预习情况，通过后允许学生签到。其中凡是可以通过学生自学的部分，都不再进行课堂讲授方式，记入预习分，学生及时得到反馈，随时感受学习的成果。

“部分翻转课堂”让实验课能够让学生有更多的时间动手动脑进行实验，强化实验重点环节适当采用“小组讨论”探索式实验方式。利用反向课程设计法根据学习和实践预期目标进行针对性的设计。首先教师进行实验演示时一部分的学生看出清楚操作的画面，如：示波器面板按钮及功能繁杂；落球法实验中下落的小球直径只有1mm，如图3所示，稍远的学生便看不到，自然就更不知道何谓规范操作。在视频中操作画面每个同学都可以随时用手机登录云班课看到，学生反映在观看手机时注意力会提高，等同教师1对1的辅导效果，不仅规范操作步骤，还能节约时间提高效率。部分实验由小组合作进行；对学有余力的学生提高要求，布置更有挑战性的任务如：迈克尔逊干涉仪实验中的白光等厚干涉条纹的演示等，完成额外任务可获得加分奖励；在实验中提出问题驱动学生动手动脑，激发学生解决实际问题的兴趣，引导他们围绕解决问题去探索新的知识，加强学生合作动手能力和思维辨析及创新能力。

图3 落球法测量液体变温粘滞系数实验操作视频截图

1.3 课后反馈环节

课后实验报告的完成、成绩评定及反馈，课程组教师指导同学们开发了实验数据处理的excel表格，可以替代部分繁复的实验数据计算，完成的部分实验数据输入相应表格可以及时得到实验结果的反馈，对不理想的实验数据及时安排补做和补充；视频中对数据处理的讲解和要求对基础薄弱、接受知识较慢的学生非常有帮助，也让实验课教师更加有余力加强监督和帮助学生，增加了辅导时间，实时解决实验数据处理中的疑问，实验操作的评价更加科学和公正。

2 大学物理实验的信息化教学特色与实践情况

实验课教师的授课方式原来主要采取了PPT讲授和实验操作演示相结合，教师的讲解和操作演示步骤稍多一些，大部分同学就会出现记不住或听不懂的情况；分多次讲解又会出现学生实验操作进度不同等情况；课程信息化教学实践过程中充分利用了手机+云班课实验资源，学生根据实验进展情况的需要观看相应的原理讲解、实验操作或数据处理等视频资料，注意力会大大提高，不仅可以规范操作步骤，避免误操作，节约时间提高效率。操作视频的录制是由丰富实验教学经验的教师精心录制，特别有针对性，对容易误操作的地方加以强调，对小的画面调节放大，后期处理再录屏之后上传云班课，与课程组教师共同合作把所有用到的实验操作都录制完成，视频分享给课程组所有实验课教师共享使用。

如表1（P126）所示，从调查问卷的结果可以看出，使用实验操作视频的学生在课程学习中获得了较大的帮助。课程总体满意率为96%,通过与对照组课程班（高考选考物理）对比，环201、202课程班（高考约2/3未选考物理）总评平均成绩84.6，与对照组平均成绩84.6相同，且高于总平均成绩。以成果为导向，教学活动的根本目的是为了让学生“学会和会学”。学生在实验课的每个环节取得的明显进步，使学生学习的兴趣大大提高，学习的自觉性与主动性明显加强。

表1

图4 21春大学物理实验总评成绩对比

3 结论

大学物理实验课程的信息化教学模式为学生学习提供了丰富的学习资源，加强了对学生课前课中课后学习情况的全程监控，使学生更加注重平时知识的积累，对学生在学习兴趣及学习主动性的提高方面很有帮助。对大学物理类课程在新高考模式下的教学改革有促进作用，对学生形成科学的思维方式和科学的学习习惯，全面提升学生科学素养有较大帮助。