喬慶鵬

(河南財(cái)政金融學(xué)院 人工智能學(xué)院，河南 鄭州 450046)

0 引言

Chromebook筆記本和iPad是國(guó)外教育市場(chǎng)廣泛使用的教學(xué)設(shè)備。目前各大PC廠商都推出了基于云平臺(tái)的Chromebook產(chǎn)品線，大多價(jià)格在 200～400 美元之間。聯(lián)想也在2018年1月推出3款新型筆記本電腦設(shè)備Chromebook，分別是聯(lián)想500e、300e和100e。100e是3款中最實(shí)惠的，售價(jià)僅為219美元。得益于其低成本等特點(diǎn)，截至2017年底，Chromebook 在美國(guó)教育市場(chǎng)擁有較高的市場(chǎng)占有率。

國(guó)內(nèi)，因?yàn)榻虒W(xué)方式的不同，以及一些客觀因素的制約，雖然在課堂上已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了多媒體教學(xué)，但在實(shí)驗(yàn)課上，電腦或教育類平板使用的普及率還相對(duì)比較低，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室大多缺乏多媒體設(shè)備和操作終端。

物理學(xué)作為一門(mén)建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的自然學(xué)科，在社會(huì)科學(xué)技術(shù)體系中有著不可代替的重要地位。大學(xué)階段，物理實(shí)驗(yàn)相對(duì)中學(xué)階段而言更為系統(tǒng)和專業(yè)，它從屬于大學(xué)物理課程, 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與理論課程結(jié)合非常緊密[1]。電路實(shí)驗(yàn)作為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課中重要的一環(huán)，因?yàn)槠渥陨淼囊恍┨攸c(diǎn)，或許是最需要多媒體設(shè)備進(jìn)行輔助教學(xué)任務(wù)的課程之一。本文探討如何利用課堂內(nèi)外的已有設(shè)備和條件，把多媒體教學(xué)和移動(dòng)數(shù)碼通信設(shè)備以及云平臺(tái)有機(jī)地結(jié)合在一起，從而提高大學(xué)物理電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，達(dá)到事半功倍的效果。

1 電學(xué)仿真軟件的使用

電路實(shí)驗(yàn)室中采用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備大多是模塊化，事先集成好的，學(xué)生需要遵從講義的說(shuō)明和步驟進(jìn)行連接組裝，繼而調(diào)試測(cè)試，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這個(gè)操作過(guò)程，在很大程度上是機(jī)械地重復(fù)和驗(yàn)證課本上已有的結(jié)論和定律。缺少了挑戰(zhàn)性和新鮮感，學(xué)生不可避免地會(huì)感覺(jué)到枯燥。這是當(dāng)前大學(xué)物理電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中普遍存在的且需要解決的一個(gè)問(wèn)題。

考慮到學(xué)生的興趣和特長(zhǎng)的差異化, 一個(gè)解決方案是在完成必須完成的實(shí)驗(yàn)之外，給出數(shù)個(gè)選作的“小型設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn)題目，讓學(xué)生根據(jù)自己的特點(diǎn)和愛(ài)好選做其中的兩個(gè)，使他們?cè)趯?shí)驗(yàn)題目的選擇上有較大的自由度，以滿足差異化的需求和自由發(fā)揮的空間，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，擴(kuò)大知識(shí)面,提高他們的學(xué)習(xí)積極性, 從而實(shí)現(xiàn)因材施教的教學(xué)目的。

但是增加了選做實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容, 對(duì)實(shí)驗(yàn)室的空間、時(shí)間以及儀器資源方面提出了更高的要求，就不可避免地存在著比較多的限制，對(duì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的需求產(chǎn)生了制約。

電學(xué)仿真軟件的引入則較好地解決了上面所說(shuō)的一些問(wèn)題。常用開(kāi)發(fā)的電學(xué)仿真軟件有：NIMultisim[2]和MATLAB[3]等。

電學(xué)仿真軟件具有實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀生動(dòng)的特性，可充分挖掘?qū)W生的觀察分析能力，而且還可以讓學(xué)生利用它的開(kāi)放、交互以及強(qiáng)大的仿真特點(diǎn)大膽地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。在課前階段，學(xué)生可以利用仿真軟件預(yù)習(xí)將要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容，找出難點(diǎn)和不確定的地方，從而可以在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課的時(shí)候跟老師和其他同學(xué)進(jìn)行交流討論，提高實(shí)驗(yàn)效率。另外，仿真軟件也可應(yīng)用在課后作業(yè)的布置上，從而完善實(shí)驗(yàn)考核機(jī)制。利用仿真軟件，選修實(shí)驗(yàn)設(shè)備的套數(shù)可以相應(yīng)減少，開(kāi)設(shè)新實(shí)驗(yàn)的顧慮也可以降低。通過(guò)仿真軟件，可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作上的由淺入深、由易到難的循序漸進(jìn)的過(guò)程，從而達(dá)到既定教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)。

電學(xué)仿真軟件具有強(qiáng)大的仿真分析功能、使用簡(jiǎn)單、操作方便以及不依賴實(shí)驗(yàn)設(shè)備、可以進(jìn)行大電流大電壓等危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有非常好的輔助作用，可以成為電路實(shí)驗(yàn)的有益補(bǔ)充。

2 微信云平臺(tái)和群功能的靈活使用

上面也分析到，物理電路實(shí)驗(yàn)應(yīng)該具有靈活多變開(kāi)放式的特點(diǎn)，是讓學(xué)生參與和主導(dǎo)的教學(xué)過(guò)程。這就需要在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方面，開(kāi)設(shè)一些選作的實(shí)驗(yàn)題目，讓學(xué)生事先進(jìn)行選擇。但隨之而來(lái)的一個(gè)問(wèn)題是，在預(yù)選過(guò)實(shí)驗(yàn)題目后，隨著教學(xué)進(jìn)度和學(xué)習(xí)內(nèi)容的深入，一些學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的興趣和選擇也開(kāi)始有了相應(yīng)的變化，那么教師就不能只給學(xué)生選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的機(jī)會(huì)，還應(yīng)該給他們改變選擇實(shí)驗(yàn)題目的機(jī)會(huì)。

此外，多數(shù)電路實(shí)驗(yàn)不是一個(gè)人能夠獨(dú)立完成的, 需要由兩人或三人一組分工合作才能夠完成實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)。一般以兩個(gè)學(xué)生為一組，以培養(yǎng)相互合作的團(tuán)隊(duì)精神，分組的依據(jù)大多是根據(jù)點(diǎn)名冊(cè)順序或者學(xué)號(hào)。這樣就出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題：不但選做哪些實(shí)驗(yàn)，什么時(shí)間做什么實(shí)驗(yàn)，是由教師來(lái)決定的，而且實(shí)驗(yàn)分組也是預(yù)先確定好的。

如上所述，每學(xué)期開(kāi)始就讓學(xué)生選定自選實(shí)驗(yàn)題目，并在實(shí)驗(yàn)分組上整個(gè)學(xué)期也保持不變，就顯得不太適合教學(xué)的實(shí)際需求了。我們需要一個(gè)相對(duì)靈活的、具有可調(diào)整性、即時(shí)性的選課和分組模式。

微信群和討論組給了學(xué)生彼此之間以及學(xué)生和老師之間一個(gè)靈活的即時(shí)溝通方式，教師可以通過(guò)建立微信群和討論組的形式，通過(guò)投票系統(tǒng)，讓學(xué)生選擇選做實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)分組，使他們具有靈活的選擇權(quán)。微信群和討論組還可以用于意見(jiàn)反饋和疑難解答，有問(wèn)題第一時(shí)間反饋，第一時(shí)間解決，不遺留問(wèn)題，做到真正意義上的即時(shí)溝通和交流。

實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，還存在著另一個(gè)問(wèn)題：在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)課的考核機(jī)制下，一個(gè)實(shí)驗(yàn)的完成要求每個(gè)學(xué)生都上交一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，同時(shí)結(jié)合考勤以及實(shí)驗(yàn)中的操作完成情況綜合打分。但在批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告中發(fā)現(xiàn)，一些學(xué)生抱著應(yīng)付的態(tài)度，實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容大多雷同，甚至有抄襲的現(xiàn)象。所以，這種考核機(jī)制也需要改進(jìn)。

現(xiàn)有的考核機(jī)制忽略了預(yù)習(xí)對(duì)實(shí)驗(yàn)的重要作用。如果在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前學(xué)生并沒(méi)有仔細(xì)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，或者根本不具備實(shí)驗(yàn)的基本理論知識(shí)，很可能會(huì)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中手忙腳亂，浪費(fèi)時(shí)間，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求。同時(shí)，對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)而言，操作不規(guī)范也存在著安全隱患。

教師可以利用微信云平臺(tái)，對(duì)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)譬如微積分和誤差計(jì)算，一些常用電腦軟件的簡(jiǎn)單使用，實(shí)驗(yàn)室安全用電，示波器等電子設(shè)備的功能和使用進(jìn)行介紹，把一些常用儀器的操作方法和注意事項(xiàng)等做成課件或者視頻，直接上傳到微信群，視頻也可以先上傳到優(yōu)酷等云視頻網(wǎng)站，再把鏈接分享到微信群里，并提出相關(guān)問(wèn)題，給出一個(gè)簡(jiǎn)短的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)作業(yè),并要求在每次實(shí)驗(yàn)課前上交。

這樣不但解決了考核機(jī)制單一的問(wèn)題，還提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效率，并提高了實(shí)驗(yàn)的安全性。

3 多媒體教學(xué)設(shè)備替代方案的探討

理想的電路實(shí)驗(yàn)室要求每個(gè)實(shí)驗(yàn)室都配有教師授課用電腦及其配套的書(shū)寫(xiě)投影儀或多媒體投影儀等輔助教學(xué)設(shè)備。但實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和設(shè)備更新是一個(gè)長(zhǎng)期的、需要大量資金投入的過(guò)程，實(shí)施起來(lái)會(huì)受到各種因素的影響和制約，不能達(dá)到立竿見(jiàn)影的效果。

另外，隨著智能手機(jī)的普及，價(jià)格的下調(diào)，性能的不斷提升，屏幕大小也在逐步達(dá)到6寸、6.5寸甚至7寸，觸控使其在某種程度上可以成為教育類平板電腦的代替品。而4G網(wǎng)絡(luò)的普及和資費(fèi)下調(diào)以及各種校園上網(wǎng)套餐的推出，也使手機(jī)通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)充當(dāng)即時(shí)的多媒體教學(xué)接收終端成為可能。對(duì)于一些流量耗費(fèi)較多的教學(xué)視頻，可以通過(guò)使用實(shí)驗(yàn)室的路由器、電腦或者教師的筆記本電腦構(gòu)建WIFI熱點(diǎn)，讓學(xué)生免費(fèi)下載。

具體到電路實(shí)驗(yàn)，大多實(shí)驗(yàn)設(shè)備都是集成好的、模塊化的、體積較大的一體化實(shí)驗(yàn)臺(tái)。這些實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板具有線路密集，接口眾多，各種開(kāi)關(guān)、切換器和指示燈也比較多。如果按照傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室教課方式，教師需要把電路圖在黑板上面畫(huà)好，每個(gè)電器元件都標(biāo)上符號(hào)，然后再結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的每一個(gè)步驟給學(xué)生講解線路的連接，設(shè)備的切換和調(diào)試。這樣不但需要大量的時(shí)間畫(huà)圖，需要復(fù)雜的連線講解，而且因?yàn)橐粋€(gè)實(shí)驗(yàn)里面包含多個(gè)步驟，每一個(gè)步驟都需要重新連線，這樣就得把黑板擦干凈重新畫(huà)圖，學(xué)生們可能記得住后面的操作而忘記了較早的教學(xué)內(nèi)容，或者記得不清晰，造成連線失誤。雖然實(shí)驗(yàn)儀器里面有保險(xiǎn)裝置，但還是不可避免地造成一些局部設(shè)備的損壞，譬如燈泡的燒毀、保險(xiǎn)絲的熔斷等，也會(huì)產(chǎn)生其他的安全隱患。

教師可以方便地用自己的手機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的相關(guān)模塊進(jìn)行拍照，然后把相關(guān)的設(shè)備原件或者節(jié)點(diǎn)通過(guò)微信或者QQ內(nèi)置的圖片編輯功能進(jìn)行標(biāo)號(hào)或者畫(huà)圈，以起到強(qiáng)調(diào)的作用，這樣會(huì)避免學(xué)生對(duì)電器元件的識(shí)別混亂或錯(cuò)誤而造成的誤連接誤操作，從而保證實(shí)驗(yàn)儀器和操作人員的安全。對(duì)于實(shí)驗(yàn)步驟眾多，每一步連線都有區(qū)別的情況，教師可以通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的照片進(jìn)行二次編輯，首先把相同的連線和操作進(jìn)行第一次編輯，然后再對(duì)不同的地方進(jìn)行細(xì)分，然后把編輯好的電路圖通過(guò)群或者討論組發(fā)給學(xué)生，這樣既提高了效率，也避免了混亂?；蛘呖梢圆扇“训谝淮尉庉嫼玫碾娐穲D發(fā)到群里，然后讓學(xué)生試著在手機(jī)上連接好發(fā)回群里或討論組的形式，提高學(xué)生參與討論的積極性，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的投入感和互動(dòng)性。

4 結(jié)論

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不利于培養(yǎng)學(xué)生的探索能力和創(chuàng)新精神，大學(xué)物理電路實(shí)驗(yàn)也需要與時(shí)俱進(jìn)，以適應(yīng)科技知識(shí)激增的形勢(shì)與培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)與創(chuàng)新能力的需要。除了要讓學(xué)生掌握物理實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)和能力以外, 還要通過(guò)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)領(lǐng)略物理學(xué)的精彩和魅力，力爭(zhēng)達(dá)到減少學(xué)時(shí),增強(qiáng)內(nèi)涵降低難度,提高興趣夯實(shí)基礎(chǔ),保證質(zhì)量。把枯燥的實(shí)驗(yàn)教學(xué)靈活化、特色化。

在先前工作的基礎(chǔ)上[4-6]，探討的解決方案也存在著一些不足和弊端：譬如，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中玩手機(jī)或者微信聊天，分散了筆者注意力，從而影響實(shí)驗(yàn)的效果等。這些問(wèn)題還需要在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中不斷完善和總結(jié)。教師在實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)過(guò)程中應(yīng)成為學(xué)生學(xué)習(xí)的幫助者、引導(dǎo)者和促進(jìn)者，持續(xù)激發(fā)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)積極性以及培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力。有關(guān)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革仍有待于進(jìn)一步深入實(shí)踐和研究。