導(dǎo)語：疫情下大學(xué)物理實驗課程教學(xué)探討一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：2020年受肺炎疫情影響，在學(xué)生不能返校的情況下，各高校實驗教師研究大學(xué)物理實驗課程線上教學(xué)方案，充分利用信息資源，及時上線網(wǎng)絡(luò)課程和虛擬實驗、開發(fā)居家實驗，實現(xiàn)課程教學(xué)“實物+虛擬”結(jié)合、“居家實驗+線上指導(dǎo)”結(jié)合的形式，形成實驗教學(xué)新常態(tài)，引發(fā)實驗課堂教學(xué)組織和設(shè)計模式的變革。

關(guān)鍵詞：線上教學(xué)；虛擬實驗；居家實驗

2020年初，肺炎疫情擾亂了原有的生活秩序，為了全力防控，堅決防止疫情在學(xué)校蔓延，國內(nèi)高校不得不推遲開學(xué)。教育部提出要利用網(wǎng)絡(luò)平臺，實現(xiàn)“停課不停教，停課不停學(xué)”。各校教師積極摸索利用各類網(wǎng)絡(luò)直播平臺、視頻會議軟件開展線上教學(xué)，國內(nèi)高?；緦崿F(xiàn)了按計劃開課。相比于理論課，實踐類課程需要有場地、器材支持，實現(xiàn)線上教學(xué)較為困難。大學(xué)物理實驗課程是理工科院校設(shè)置的一門必修實踐類課程，授課對象具有數(shù)量大、年級多、專業(yè)多的特點。如何實現(xiàn)實驗課程線上開設(shè)、如何將實驗場地轉(zhuǎn)換到居家環(huán)境、線上教學(xué)能否滿足教學(xué)大綱要求，這些問題都需要實驗教師逐一攻克。

一、疫情下各高校大學(xué)物理實驗開課概況

近幾年，國內(nèi)較多高校探索線上線下混合式教學(xué)，大力提倡信息化教學(xué)，倡導(dǎo)借助技術(shù)手段輔助教學(xué)。經(jīng)過近年的教育平臺建設(shè)和相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)，我國在線上教學(xué)方面具有良好的前期基礎(chǔ)，主要體現(xiàn)在平臺和軟件兩個方面。平臺方面，中國有幾大慕課平臺，最知名的有高教社中國大學(xué)MOOC和清華大學(xué)學(xué)堂在線，還有上海交通大學(xué)好大學(xué)在線、北京大學(xué)華文慕課、全國地方高校聯(lián)盟等平臺。軟件方面，目前被各高校廣泛使用的有清華大學(xué)雨課堂、超星學(xué)習(xí)通等。為做好疫情防控期間在線教學(xué)組織與管理，各高校充分利用慕課平臺、實驗資源平臺和各級各類在線課程平臺、校內(nèi)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間等，積極開展了線上授課、演示、指導(dǎo)、討論等在線教學(xué)活動，做到了“停課不停教、停課不停學(xué)”。上述大部分平臺及方法之前已用于高校的基礎(chǔ)課、專業(yè)課教學(xué)，高校依托各平臺已建成大量的理學(xué)、計算機、外語、文史等課程。實踐類課程的開展需要學(xué)生利用工具、測量儀器或外出調(diào)研形成實施方案獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，有的甚至要團隊協(xié)作完成。實踐類課程的特質(zhì)決定了課程開展不是學(xué)生坐在電腦前看直播或視頻學(xué)習(xí)能夠完成的，大學(xué)物理實驗課程的線上開課不是一件容易的事情。常規(guī)的實驗課必須在實驗室中進行，在嚴(yán)格控制環(huán)境情況下采用專用儀器獲取一定精度和數(shù)量的數(shù)據(jù)。疫情下學(xué)生宅在家，實驗教學(xué)的基本條件得不到滿足。在其他課程紛紛開課的壓力下，各校從事實驗教學(xué)的教師們意識到疫情下不能坐以待斃，必須積極開展研究，尋找開展實驗課網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的對策。在教育部高等院校大學(xué)物理實驗教學(xué)指導(dǎo)委員會推動下，國內(nèi)高校以中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、南開大學(xué)等高校為首率先提出了各校的居家物理實驗教學(xué)方案，其他高校也積極學(xué)習(xí)和跟進。疫情期間為籌備實驗課程線上教學(xué)，2020年3月至4月部分高校采用騰訊會議形式承辦了“全國高等學(xué)校物理實驗在線教學(xué)研討會”（東北大學(xué)承辦）、“湖北省實驗課程在線教學(xué)研討會”（武漢大學(xué)承辦）、“黑龍江省高等學(xué)校物理在線實驗教學(xué)研討會”（哈爾濱工業(yè)大學(xué)承辦）、“西南地區(qū)高校物理基礎(chǔ)課程線上教學(xué)交流會”（西南交通大學(xué)承辦）等會議。這些會議的召開使得實驗教師們針對線上教學(xué)、居家實驗開展廣泛交流、實現(xiàn)思想碰撞和激發(fā)，為開展線上物理實驗教學(xué)提供了思路和舉措。另外，東北大學(xué)、東北師范大學(xué)等高校緊急在中國大學(xué)MOOC平臺、超星學(xué)習(xí)通平臺上線了大學(xué)物理實驗?zāi)秸n。廣大實驗教師利用各類互動直播平臺開展實驗教學(xué)及指導(dǎo)答疑，實現(xiàn)了物理實驗課在線上順利開課[1-2]。目前，在大學(xué)物理課程教學(xué)指導(dǎo)委員會和物理實驗雜志網(wǎng)站上已公布40余項居家實驗方案，表1為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)網(wǎng)上開設(shè)的20項實驗項目[3-4]。

二、疫情下實驗課程組織形式

作者對復(fù)旦大學(xué)、東北大學(xué)、東南大學(xué)等15所高校的線上實驗教學(xué)案例進行分析?？傮w上各高校依據(jù)自身實際情況將“網(wǎng)絡(luò)課程”“在線直播”“居家實驗”“虛擬仿真”四種形式相互組合開展教學(xué)。具體措施如下：1.網(wǎng)絡(luò)課程。線上課程包括MOOC平臺中已有網(wǎng)絡(luò)課，也有學(xué)校自建網(wǎng)絡(luò)課。例如，在中國大學(xué)MOOC平臺上國防科技大學(xué)大學(xué)物理實驗課程同時面對本校學(xué)生和校外學(xué)生開放，主要用于學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)、課上實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂、課后提交作業(yè)、問題討論。在成績組成和評定方式上，校內(nèi)與校外學(xué)生有所區(qū)分。2.在線直播。實驗教師利用釘釘、Zoom、騰訊會議、企業(yè)微信、微信群、QQ群等互動直播平臺開展教學(xué)。直播課主要用于講授實驗緒論課、誤差理論和數(shù)據(jù)處理方法、實驗課之前的理論及實驗進行中的指導(dǎo)答疑。為貼近學(xué)生網(wǎng)絡(luò)習(xí)慣，部分教師在較受學(xué)生喜歡的嗶哩嗶哩直播平臺直播授課，通過彈幕與學(xué)生交流，學(xué)生對實驗課興趣迅速增加[5]。3.居家實驗。依據(jù)課程學(xué)習(xí)目標(biāo)要求，實驗教師開發(fā)居家實驗項目，經(jīng)過討論、預(yù)先測試確保方案可行，再給學(xué)生并附上一定提示和指導(dǎo)資料。居家實驗項目能夠?qū)崿F(xiàn)具有三個特點。一是完成實驗的材料容易獲得，來源于日常用品[6]。例如，固體表面的浸潤實驗用到口罩；衍射實驗用到了激光筆、頭發(fā)絲、光盤；三線擺測物體轉(zhuǎn)動慣量實驗可以利用家里的蒸鍋等等。二是實驗裝置需要學(xué)生根據(jù)各自家里現(xiàn)有條件自行搭建。例如，有的學(xué)生搭建光路用到方木條，蛇擺的設(shè)計借用家里的晾衣桿。這些裝置的搭建都需要學(xué)生有前期規(guī)劃、較強的耐心和解決問題的分析能力。三是測量及分析數(shù)據(jù)工具易得。居家實驗測量工具主要借助于家用電子稱、手機Phyphox（物理手機工坊）app、Tracker（視頻追蹤）等軟件實現(xiàn)，如圖1、圖2所示，學(xué)生在實驗前要熟悉或?qū)W習(xí)相關(guān)軟件的使用[7-8]。4.虛擬仿真。在上述形式基礎(chǔ)上各校還結(jié)合虛擬仿真項目開展在線實驗，有效地彌補了居家實驗儀器精度差、測量干擾性大等問題[9]?，F(xiàn)有虛擬仿真實驗包括軟件公司聯(lián)合高校開發(fā)仿真軟件、國家虛擬仿真實驗平臺、手機虛擬實驗APP等，如圖3所示。

三、疫情下實驗課程特點

疫情下各校物理實驗課線上開課，受條件限制課程各方面與以往有較大變動，主要包括以下三個方面：

（一）目標(biāo)與計劃的調(diào)整

原實驗課程目標(biāo)注重于實驗規(guī)范、調(diào)整測量精度，實驗方案具有統(tǒng)一性，采用專用教學(xué)儀器實現(xiàn)，結(jié)果誤差較小。但居家情況下實驗受條件限制，均是就地取材、自主搭建，部分實驗內(nèi)容無法實現(xiàn)，同時精度不足導(dǎo)致測量誤差較大。針對于居家實驗，設(shè)置課程階段性目標(biāo)主要偏重開闊學(xué)生思維、培訓(xùn)動手實踐能力、提高分析解決問題的能力。有的實驗僅要求能夠?qū)崿F(xiàn)并觀測現(xiàn)象，對數(shù)據(jù)精度和誤差分析方面不做過多要求。物理實驗教學(xué)在不同高校、對不同專業(yè)的教學(xué)水平有所區(qū)別，需考慮各校的師生、學(xué)科差異，在線教學(xué)需要系統(tǒng)設(shè)計、綜合考慮，保證教學(xué)目標(biāo)的達成。在大學(xué)物理課程教學(xué)指導(dǎo)委員會大學(xué)物理實驗專項委員會及國家級示范中心聯(lián)席會物理學(xué)科組的共同努力下，設(shè)計并推出64學(xué)時的線上物理實驗方案。該方案由緒論、DIY實驗、探究性實驗、虛擬仿真實驗、自定趣味性實驗幾部分組成。由于各校教學(xué)目標(biāo)不同，各?？筛鶕?jù)自己的實際情況，優(yōu)化組合方案，完成本校的疫情防控期間的實驗教學(xué)。表2為64學(xué)時線上教學(xué)方案[10]。

（二）教與學(xué)的變化

在常規(guī)實驗課教學(xué)中，教師在課上講解實驗主要關(guān)注實驗方法、步驟，強調(diào)操作的安全性和規(guī)范性。而居家實驗，實驗教師的指導(dǎo)范圍非常廣泛，包括實驗方案分析、材料選擇和加工、問題現(xiàn)象分析、裝置改進等。學(xué)生不再是按部就班地完成任務(wù)，需要不斷嘗試、改進，在一次次失敗中探索前行。教師和學(xué)生都會遇到前所未有、意想不到的問題，需要通過共同討論分析完成。在這個過程中，教師深刻體會到教學(xué)相長，學(xué)生也體會到實驗成功的喜悅，認識到物理實驗課程對自身實踐能力、科學(xué)素養(yǎng)的提升作用，認同課程價值。

（三）測量、分析手段的變化

常規(guī)下實驗課測量采用示波器、萬用表、檢流計等專用測量儀器獲得精度較高的實驗數(shù)據(jù)。而居家實驗，大多數(shù)情況下要采用一些新的軟件，例如實驗中需要拍攝圖像、視頻或聲音，然后利用分析軟件對數(shù)據(jù)進行提取，還有利用手機內(nèi)置傳感器測量數(shù)據(jù)。這就需要學(xué)生在實驗前安裝軟件，自學(xué)并快速掌握軟件使用。這種方式鍛煉了學(xué)生信息收集能力和自主學(xué)習(xí)能力，得到與實驗室實驗不一樣的體驗。

四、實驗教學(xué)發(fā)展的思考

（一）線上線下混合式教學(xué)常規(guī)化

教育部高教司司長吳巖指出：“我們在也不可能、也不應(yīng)該退回到疫情發(fā)生之前的教與學(xué)狀態(tài)，因為融合了‘互聯(lián)網(wǎng)+’‘智能+’技術(shù)的在線教學(xué)已成為中國高等教育和世界高等教育的重要發(fā)展方向?！贝舜畏窝滓咔榘盐锢韺嶒炚n程推上了線上教學(xué)的浪潮，教師與學(xué)生都感受到線上教學(xué)對實驗課程的沖擊。廣大物理實驗教師同解決問題的能力。有的實驗僅要求能夠?qū)崿F(xiàn)并觀測現(xiàn)象，對數(shù)據(jù)精度和誤差分析方面不做過多要求。物理實驗教學(xué)在不同高校、對不同專業(yè)的教學(xué)水平有所區(qū)別，需考慮各校的師生、學(xué)科差異，在線教學(xué)需要系統(tǒng)設(shè)計、綜合考慮，保證教學(xué)目標(biāo)的達成。在大學(xué)物理課程教學(xué)指導(dǎo)委員會大學(xué)物理實驗專項委員會及國家級示范中心聯(lián)席會物理學(xué)科組的共同努力下，設(shè)計并推出64學(xué)時的線上物理實驗方案。該方案由緒論、DIY實驗、探究性實驗、虛擬仿真實驗、自定趣味性實驗幾部分組成。由于各校教學(xué)目標(biāo)不同，各?？筛鶕?jù)自己的實際情況，優(yōu)化組合方案，完成本校的疫情防控期間的實驗教學(xué)。表2為64學(xué)時線上教學(xué)方案[10]。

（二）教與學(xué)的變化

在常規(guī)實驗課教學(xué)中，教師在課上講解實驗主要關(guān)注實驗方法、步驟，強調(diào)操作的安全性和規(guī)范性。而居家實驗，實驗教師的指導(dǎo)范圍非常廣泛，包括實驗方案分析、材料選擇和加工、問題現(xiàn)象分析、裝置改進等。學(xué)生不再是按部就班地完成任務(wù)，需要不斷嘗試、改進，在一次次失敗中探索前行。教師和學(xué)生都會遇到前所未有、意想不到的問題，需要通過共同討論分析完成。在這個過程中，教師深刻體會到教學(xué)相長，學(xué)生也體會到實驗成功的喜悅，認識到物理實驗課程對自身實踐能力、科學(xué)素養(yǎng)的提升作用，認同課程價值。

（三）測量、分析手段的變化

常規(guī)下實驗課測量采用示波器、萬用表、檢流計等專用測量儀器獲得精度較高的實驗數(shù)據(jù)。而居家實驗，大多數(shù)情況下要采用一些新的軟件，例如實驗中需要拍攝圖像、視頻或聲音，然后利用分析軟件對數(shù)據(jù)進行提取，還有利用手機內(nèi)置傳感器測量數(shù)據(jù)。這就需要學(xué)生在實驗前安裝軟件，自學(xué)并快速掌握軟件使用。這種方式鍛煉了學(xué)生信息收集能力和自主學(xué)習(xí)能力，得到與實驗室實驗不一樣的體驗。

五、實驗教學(xué)發(fā)展的思考

教育部高教司司長吳巖指出：“我們在也不可能、也不應(yīng)該退回到疫情發(fā)生之前的教與學(xué)狀態(tài)，因為融合了‘互聯(lián)網(wǎng)+’‘智能+’技術(shù)的在線教學(xué)已成為中國高等教育和世界高等教育的重要發(fā)展方向?！贝舜畏窝滓咔榘盐锢韺嶒炚n程推上了線上教學(xué)的浪潮，教師與學(xué)生都感受到線上教學(xué)對實驗課程的沖擊。廣大物理實驗教師同時也在思考學(xué)生返校后會給未來實驗課程帶來哪些轉(zhuǎn)變。作者總結(jié)有三點轉(zhuǎn)變。

（一）線上線下混合式教學(xué)常規(guī)化

學(xué)生返校后，物理實驗課程教與學(xué)的模式均會發(fā)生變革。此次疫情促使各校著手建設(shè)與課程匹配的信息資源，并依據(jù)課程推進同步推出相應(yīng)資源?；ヂ?lián)網(wǎng)上物理實驗MOOC、網(wǎng)絡(luò)課程數(shù)量顯著增加。資源的建設(shè)為以后開展混合式教學(xué)提供支撐，經(jīng)過疫情教學(xué)的鍛煉教師們具有掌控各類互動平臺的豐富經(jīng)驗，學(xué)生也樂于和習(xí)慣在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下學(xué)習(xí)和開展討論。因此，物理實驗課程具備了混合式教學(xué)的資源和人員基礎(chǔ)，混合式教學(xué)也會成為實驗課程的教學(xué)常態(tài)模式。

（二）課程內(nèi)容得以拓展

疫情期間，廣大實驗教師開發(fā)的實驗項目是思想相互激發(fā)的成果，讓物理實驗線上教學(xué)由不可能變成了可能，更是一筆指導(dǎo)實驗教學(xué)的寶貴財富。這些實驗方案經(jīng)過整理或加工，可設(shè)置為實操預(yù)習(xí)內(nèi)容，可融入課堂教學(xué)作為引入或演示，也可以作為課后應(yīng)用拓展或進一步開發(fā)成自主探究實驗。例如，在《光柵衍射》實驗中，課前設(shè)計讓學(xué)生尋找生活中常見物品實現(xiàn)衍射現(xiàn)象，課上可通過現(xiàn)象觀測和分析實現(xiàn)對原理深入理解，課后利用激光筆、光盤、手機等物品測量其細微結(jié)構(gòu)參數(shù)。這些居家實驗方案讓實驗教師意識到部分實驗課程內(nèi)容可挪到實驗室外，全部由學(xué)生自主完成，物理實驗可以如此緊密地貼近生活實際，讓學(xué)生體會到學(xué)以致用的成就感。

（三）課堂教學(xué)組織和設(shè)計模式變革

大學(xué)物理實驗線上教學(xué)讓實驗教師看到實驗教學(xué)多種可能性，也認識到學(xué)生的潛在能力。相比之下原實驗課堂教學(xué)顯得程式化較為嚴(yán)重、學(xué)生能力被低估。實驗教師在線上方案啟示下可利用形式豐富的資源和手段，更大膽顛覆原課堂組織和設(shè)計模式。在教學(xué)中遵循以學(xué)生為中心的原則，給學(xué)生最大的自主性，調(diào)動學(xué)生主動性，實現(xiàn)知識的自我構(gòu)建和能力的生成，從而推進實驗課程的課堂革命。

六、結(jié)束語

疫情為大學(xué)物理實驗教學(xué)帶來了挑戰(zhàn)與機遇。實驗教師應(yīng)順勢而上、趁勢而為，積極思考、大膽探索開發(fā)出大量居家實驗，實現(xiàn)實驗課線上開課。物理實驗課程在疫情之下形成了一種“新常態(tài)”的教學(xué)，必將影響未來物理實驗教學(xué)改革和發(fā)展之路，促進實驗教學(xué)模式的變革。

作者：孫艷 于丹 高源 沈洋 單位：空軍航空大學(xué) 航空基礎(chǔ)學(xué)院