“大學物理實驗”課程在線教學設計與實踐

李冬萍，張彥敏，姜永清

(中國海洋大學 物理實驗教學中心，山東 青島 266003)

實驗室配備教學儀器完成物理量定量測量和研究一直是物理實驗教學的主要形式和必要手段。2020年疫情打破了原有的物理實驗教學模式，居家學習讓學生的實踐場所由“實驗室”轉到“家庭”，實驗室教學實施陷入困境。為了落實教育部“停課不停學”的要求，積極開展居家實驗課教學模式，遵循教學大綱適當調整教學內容，依托網(wǎng)絡教學平臺和社交媒介，在線講授實驗理論，開發(fā)居家替代實驗項目，錄播實驗室經典項目，保證疫情期間大學物理實驗課程順利實施。

1 在線教學體系的構建

1.1 課程介紹

課程目的是讓學生受到嚴格和系統(tǒng)的實驗技能的訓練，掌握物理實驗的各種方法、測試手段及測量儀器規(guī)范使用；重點培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新思維；注重養(yǎng)成嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和求實求是的科學作風。

1.2 在線實驗教學整體設計

分階段進行實驗教學活動：緒論課+5次居家替代實驗進行在線教學實踐；在線講解居家無法替代的實驗室經典教學項目的實驗原理，錄播儀器視頻，分析實驗方案設計要點，復課后補充相應的實驗室教學環(huán)節(jié)，按教學大綱要求完成實驗教學任務。

1.3 在線平臺選擇

教學平臺以師生教學互動便捷為主[1]，利用校園BB平臺、騰訊會議、QQ分享屏幕直播視頻等形式，拉近師生“教與學”“校與家”的距離；將在線講授內容錄屏傳至校園BB平臺或班級課程QQ群文件，便于學生課后回顧領悟；可通過QQ、微信社交媒介進行一對一助課，隨時指導解答學生疑問；通過QQ簽到，課堂提問考查學生在線實驗參與度等。

1.4 實驗教學在線課堂講授

在線講授環(huán)節(jié)包括：(1)已交報告總結、點評、設計分享，內容拓展等；(2)本次實驗導入：介紹與實驗相關的科技前沿和應用；教師在原理、技術、數(shù)據(jù)處理等方面設計問題，引領學生針對性思考，并通過網(wǎng)絡搜索，互動交流等方式探索實驗方案，完成物理量定量測量[2]；(3)布置下次實驗項目的預習要求，并將講義共享給學生。

2 居家替代實驗

2.1 居家實驗設計原則

(1)不偏離原有實驗教學目標，重點學習實驗測量方法和數(shù)據(jù)處理方法及誤差分析，突出居家實驗科學性；(2)實驗器材和測量工具居家容易獲得且使用無安全隱患，突出居家實驗可操作性；(3)實驗設計方案容易實施，突出居家實驗的興趣性[3]。

2.2 居家實驗項目設計

實驗教學不僅是實驗室再現(xiàn)物理現(xiàn)象，更重要的是學會定量測量，并通過數(shù)據(jù)處理結果評價測量質量，這正是學生從事實驗研究必須掌握的基本技能。物理實驗課程就是通過多個項目的教學實踐，幫助學生夯實實驗基礎，學以致用。立足于實驗定量測量和研究，突出真實操作居家易行，設計5個居家替代實驗項目[4-6]，實驗關聯(lián)對比見表1。

表1 實驗室原定實驗與居家替代實驗對比

2.3 居家實驗教學過程

(1)發(fā)布居家替代實驗項目：錄播實驗原理、指導搭建實驗裝置、指導完成數(shù)據(jù)測量；(2)教師每周及時評閱報告，梳理總結實驗中反映出來的問題，直播反饋錄屏發(fā)布，供學生回顧領悟；(3)與教學班級建立QQ、微信群等，與學生一對一在線互動交流，答疑解惑，輔助實驗教學(圖1)。

圖1 居家實驗教學過程

2.4 居家實驗報告考核

由圖2所示為實驗室和居室實驗圖片對比圖。

圖2 實驗室和居家實驗圖片對比

由此可見，在線實驗教學無法直接跟蹤真實操作，在實驗報告基本范式的基礎上，要求學生插入居家操作圖片見圖2；考核主要分為在線課堂表現(xiàn)與參與度，居家測量操作，實驗報告三部分，所占比例分別為30%，30%，40%。

3 實驗室經典項目在線教學

為彌補居家無法替代的實驗室經典項目，在線講解實驗原理，領悟實驗設計思路，錄制儀器操作視頻，看懂實驗操作步驟，鞏固實驗理論知識。如實驗室錄制“示波器使用”視頻，直播示波器構造和工作原理，連麥互動，幫助學生熟悉示波器；再如邁克爾遜干涉儀測量設計精密，操作技巧性強，分析思考補償板、分束板作用等[7，8]。

實驗室經典項目線上教學多是原理講解PPT，操作視頻和實驗設問等，沒有現(xiàn)場實踐環(huán)節(jié)則無法感知真實操作中出現(xiàn)的各種附加信息，失去了在處理實驗過程中出現(xiàn)的各種問題時可能獲得的經驗，對學生技能培養(yǎng)是遠遠不夠的。

4 結 語

構建在線“居家替代實驗教學”+“線上經典實驗錄播”的實驗教學模式，能緩解疫情下實驗教學的困境。在線教學效果調查問卷中，學生認為居家替代實驗可操作強，利于領悟實驗測量方法，掌握數(shù)據(jù)處理方法，提高自身實驗素養(yǎng)?？紤]到實驗器材的獲取和實驗過程的安全性，居家實驗教學還有很大的局限性。需要教師深入思考，拓展居家實驗內容。