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大学物理实验中混合式教学模式的实践探讨

2020-08-12 184 上传者：管理员

摘要：对大学物理实验教学情况的分析发现,混合式教学在减轻教师工作压力之时,对培养学生学习能力、动手能力和创新能力有一定的优势.通过分析吉林大学公共物理教学中心传统教学和混合教学模式下培养的学生成绩,得到混合式教学模式的成绩明显高于传统教学模式,这说明混合式教学模式对教师的教和学生的学都有益处.

关键词：
大学物理
大学物理实验
混合式教学模式
物理教学
线上和线下
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随着科学技术的发展,将网络技术引入教学过程已成为一种有效手段[1,2,3,4].与以往的传统教学比较发现,过于单一和无趣的教学模式和方法不仅影响了教学质量,还降低了效率,也压抑和束缚了学生对知识的好奇心、积极性、创造性和思维的多向性,这在很大程度上影响了对学生创新能力的培养[5].物理学科是一门以实验为基础的自然学科,因此,大学物理实验教学在大学物理教学结构中应占有主要地位.目前,哈尔滨工程大学、中国农业大学、南京理工大学、西安石油大学等大学都提出了对物理实验用现代化信息技术构建移动学习平台的教学方案[6,7,8,9].因此,对实验类课程采取多元化教学模式已经成为实验教学改革的发展趋势.

物理实验是一门以操作为主的自然学科,其教学视频在国内外各教学平台上都很贫乏且不成熟.如在国外教学平台“Coursera”搜索发现,仅有物理理论课和生活物理类的教学视频,而无实验类教学视频;国内的“爱课程”、“好大学在线”慕课平台中出现的大学物理实验类视频不仅少,且视频中大部分内容是以PPT形式讲述实验理论,真正的实验操作过程往往仅为一些片段,忽略了实际操作过程中的真实性、完整性和连续性.因此,对于大学物理实验教学,应根据教学模式的实际需求,建设一套以实验操作为主的教学视频,并对在线学习方案、课堂教学策略、线上线下交流以及课程考核进行综合和优化设计,使在线学习、课堂学习、线上与线下交流有效结合,从而实现学生线上自主学习为主,课堂中教师一对一操作指导和创新引导为辅的针对式教学模式,这在减轻教师工作压力的同时也提升了教学质量.目前笔者已对吉林大学2017级49名学生的大学物理实验课程进行了混合式教学的初步改革,即实现了线上自由和反复学习与实体课堂操作指导混合式教学模式,并取得了初步成效.

1、传统大学物理实验教学存在的问题

吉林大学公共物理教学中心的大学物理实验教学流程为:所有学生正式走进实验室前有6学时实验理论课,内容主要包括实验前后的操作流程,实验中采用的测量方法及数据处理等理论内容,结束后发放统一的试卷,并在课外完成,一周后上交,教师进行批阅,之后再次返还,其他操作性实验则在上课时间完成即可.目前大部分高校的实验教学都包括课前的预习、课中的实验操作和课后的实验数据处理[10].课前预习时学生需把学习内容写在预习报告上;课中教师先讲解实验目的和原理、操作步骤以及注意事项,之后学生按照教师所讲内容以及配备的操作说明进行实验,实验数据经教师检查合格后才可离开实验室,如不合格需重新操作;课后对实验数据进行误差处理及思考题解答,并上交报告;教师在规定时间内进行批阅和登录成绩.在从事实验教学工作中发现这种传统的教学模式存在以下几个方面的问题:

1.1 实验理论课考试试卷单一,抄袭严重

由于实验理论课结束后所发放的试卷为统一且非闭卷,因此在部分学生中会出现抄袭现象,而理论知识的缺失又直接影响了课堂实验的完成度和准确度[11].另外,学生领取、上交和再取回试卷的过程占用了学生学习的有效时间.

1.2 预习方法不对,学习效率低

在以往的教学中发现,非物理专业学生的物理理论功底相对较弱,并且大部分学生认为所学知识属于非本专业领域,对实验前的预习往往采取不思考只抄书的形式,导致不能准确掌握实验中的重点和难点,学习效率大幅度降低.同时,对于同一实验中的多种测量方法,由于学生并不知道所用测量仪器型号和对应采取的测量手段,预习侧重点就会偏离,这也会导致学习效率降低.

1.3 学时有限,依赖性强,创新性差

通常的实验教学环节是教师先讲实验原理、操作流程、注意事项和数据处理,随后学生照做.但是对于大部分物理理论功底薄弱的工科学生来说,不可能要求他们在4个学时的实验时间内既要完整的完成实验,又要在实验过程中独立的观察思考、互相讨论,并在此基础上有所创新.实验中,学生通常只是按照教师的教授进行操作,当遇见较难实验时,学生是难以独立完成,这就导致学生依赖性强,动手能力和独立性差.

1.4 实验教师工作量繁重,重复性高,引导性差

由于大学物理实验是一门基础学科的实验,因此,大部分工科类学生都需修习.笔者所在学校的公共物理教学中心每年所面临的学生高达2000人(仅一个校区),学校每年共开27个实验供学生选择,每位学生需选择17～22个实验,而本校教学条件允许的教室容量仅是16或32人,教师在保证完成理论课工作量的同时,只有6人能够进行实验教学,这就导致每位教师一年需要进行130次左右的实验授课,这种工作不仅强度高,重复性也强,时间久了便导致教师工作激情降低,教师思想也被禁锢,很难对学生进行引导和创新性教学.

2、吉林大学“大学物理实验”混合式教学所解决的问题

2.1 线上随机考试,即时批阅试卷,增加重视度,节约有效时间

笔者依托吉林大学在线学堂平台,建设了实验理论测试试题库,并设置了试题随机组合、考试时间倒计时、答案防复制、提交试卷后不可回看等功能.学生在教师规定时间内线上随机抽取试卷进行答题,由于答题时间一致、有限,且试题随机抽取,在避免同学间相互抄袭的同时,也有效提高了学生对实验内容的重视程度.另外,学生提交试卷后教师随即便可以批阅,对于客观题,电脑可自动给出分数,教师还可根据学生作答情况添加指导性评语.成绩给出后,学生第一时间便可查阅,并根据教师评语知道问题所在.因此,这种线上考试方式有助于增加学生的重视度,也为教师减轻一定的工作量,为学生节省有效时间.

2.2 多元化预习方式,提高学习效率

笔者所在教学中心的各位教师经过调研和商讨,主要针对力学、电学、光学等实验制作了视频,讲解实验目的与原理、实验仪器、操作步骤、测量结果数据处理与分析以及注意事项.在仪器介绍环节,对常见和非常见的仪器都进行详细介绍;在操作步骤环节,则注重实验的真实性,教师一步步操作直到出现完整的实验现象和结果;对实验中经常出现的问题,在视频中也会详细介绍和解释.为防止学生观看疲倦,每个视频时间都控制在4分钟内.学生利用电脑或手机可随时、自由、反复观看.观看后,学生需在题库中抽取相应测试题在限定时间内作答,测试分数作为实验成绩的一部分.同时,平台上也会向学生提供电子版预习资源:教材、实验要求、课后习题以及知识应用性拓展等.因此,这种多元化线上教学方式,使学生能轻松、快速、有效、针对性预习,有助于实验的完成.

2.3 课堂引导性教学,课后创新性拓展讨论,激发学生学习兴趣

通过对实验主要内容的线上预习,学生在实验时能较好的理解教师对重点和难点内容的讲解,且一些简单的常识性知识,教师只要点到即可,不需要占用过多的课堂时间,所节约的时间可以锻炼学生的自主学习能力和动手操作能力,即学生以独立、小组讨论的形式完成实验内容,教师负责一对一引导性解答,并对学习和接受能力强的学生进行创新性引导,激发学生创新思维.课后教师在线上发布供大家讨论的开放性话题,学生也可以把自己的问题放在线上让教师和其他学生帮忙解答.最后,对活跃度高,且所回答问题正确、观点新颖的学生适当给予分数奖励.因此,在线上和线下混合式教学基础上,形成以学生自主学习为主,教师指导和创新引导为辅的教学模式,从而激发学生的学习兴趣和效率.

3、混合式教学改革的初步实践成果

吉林大学公共物理实验教学中心对2017级49名学生进行混合式教学,发现其实验成绩较以往传统教学模式下的同等水平学生高.随机抽取某级传统教学模式下31名学生和2017级49名学生实验理论课成绩进行分段分析:分为60～70,71～80,81～90和91～1004个分数段,如图1.其中,P=N1/N总,N1为处于该分数段的学生人数,N总为总学生人数[12].发现虽然传统教学模式的学生成绩主要集中在81～90分,且60～70,71～80,81～90分数段学生比例高于混合教学模式学生,但混合教学模式的成绩大部分集中在91～100分的高分数区间,且比例明显高于以往教学模式.再对两种教学模式成绩进行整体分析(图2),发现混合教学模式学生成绩的最低分数,上4分位分数、中位数、平均分数、下4分位分数、最高分数都明显高于传统教学模式成绩,同时,其方差也较小,说明成绩较集中,如表1.因此,从学生所获得的成绩来看充分说明混合式教学模式对学生成绩的提高是有益的.由于教师在混合式教学模式下不仅把基本知识教给学生,还会激发学生的创新思维,在教师指导下开展进一步研究[13].

图1传统教学模式和混合教学模式实验理论知识测试各分数段分布图

图2传统教学模式和混合教学模式实验理论知识测试分数对比图

4、结论

混合式教学模式应用于物理实验,可以实现因材施教的高效率教学,提高学生学习兴趣和学习成绩,最终达到以学生自主学习为主,教师指导和创新性引导为辅的新时代教学模式,这种教学模式对学生学习能力、动手操作能力和创新性的培养是一个有效途径.

参考文献：

[1]赵丽特,王喜建,范海陆,等.数字化､网络化的大学物理实验教学改革探讨[J].大学物理实验,2015,28(1):113-114.

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[3]蒋逢春,吴杰,王海燕,等.大学物理实验及仿真翻转课堂的实践[J].物理通报,2019,3:80-90.

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[7]何志巍,李春燕,徐艳月,等.“互联网+”下的大学物理实验课程的构建与实践[J].物理与工程,2016,26(Z1):194-197.