物理实验虚实结合的模式初探

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摘要：随着新冠疫情的影响深入，线上线下结合、虚实相结合的实验教学模式越来越被重视，农业院校的大学物理实验要紧跟时代的步伐。要通过加强线上教学师资队伍的培养、平台资源建设、学生自主学习设备配置等方法，开展线上线下虚实结合的混合式大学物理实验教学。

关键词：物理实验；虚实结合；模式

随着我国大学的快速发展，大学教育进入大众化阶段，大学教学改革一直伴随着大学的发展。大学教学改革中大学物理教学实验教学改革一直是教学改革的重点和难点，大学物理实验是大学物理配套实验课程，是理工类院校、农业院校、医学类院校及院校新工科专业的必修实验课程。大学物理实验，主要承担着培养大学生学习的科学态度，解决专业问题的能力，培养学生分析问题的科学素养，以及大学生动手能力培养等任务，通过大学物理实验，培养大学生“发现－分析－解决”问题或验证问题的能力。随着我国通信技术的发展，尤其是我国５Ｇ网络技术的快速发展，虚拟实验教学平台，虚拟仿真实验教学，平台直播教学飞速发展等，理工类、农业类院校正在积极构建全新的大学物理实验教学体系。各种大学物理实验教学正在被积极摸索或试用，为形成一套虚实结合的线上线下大学物理实验教学作准备。为此，我们课题组结合２０１９年底亲冠疫情爆发前后大学物理实验教学变化的实际情况，对“线上线下混合式”，即“虚实结合”的大学物理实验教学模式进行探讨。

一、大学物理实验室教学的短板

（一）大学物理实验场地的制约

大学物理实验通常是在固定的实验室内开展，线下实验首先要有充足的实验室，大学物理实验室的建设通常在２０世纪末已基本配齐，随着高等教育在２１世纪的快速发展，原有的线下大学物理实验固定教学实验室，很难满足当前高等学校专业发展对大学物理实验教学的要求，部分高等院校已经开始新建工程实验中心来统筹高校各类实验教学资源，以满足大学物理实验等理工类实验教学的需要。但因大学物理实验涉及的项目类型多，实验器材种类既有传统的验证性实验耗材，也有创新类实验器材，种类多，还需要定期的更新。也有部分高等院校对大学物理实验室仍然保留了原来的实验室，新建的工程中心只对新增设的实验进行布局，或者工程中心不规划物理实验教学。尤其是高等农业院校近些年专业发展相对滞后，条件建设没能跟上学校发展速度，大学物理实验的建设就更是滞后。进入十四五时期，高等农业院校加快了新专业的建设和传统专业升级的步伐，但新专业的发展，新技术的应用对大学物理实验室的规划建设也提出了新要求。

（二）大学物理实验设备的制约

随着高等院校新工科、新专业的开设，原有的大学物理实验承载的培养大学生科学精神的任务实现起来越来越难。因为实验设备比较陈旧，实验误差相对较大，实验结果失真失效的概率较高，严重影响大学物理实验设备的使用效果。而且传统实验器材的配件补充非常困难，造成很多物理实验课程开设变得越来越难，有的只能将就着做，严重影响大学物理及大学物理实验课程培养目标的实现。但与此同时与专业相结合的新大学物理实验设备正在被研制出来，这些新研制的大学物理实验设备能很好地解决新专业与大学物理实验的教学关系，能够适应学科及专业发展需要，有效实现课程培养目标。但要上新设备不仅需要增加实验场地，还需要源源不断地增加购置和维护经费，这对于当前快速发展的高等农业院校而言无疑提出了新的挑战。

（三）大学物理实验教学难以形成闭环

传统的大学物理实验教学通常包括实验预习—实验准备—教师课堂讲授—学生动手实验—学生撰写实验报告—老师批改—实验报告归档—实验成绩告知等教学环节，这一传统延续几十年。但随着信息化时代的到来，高等教育的信息量也已大幅提升，课堂课程在逐步压缩，这种传统单向性流程的实验教学过程，大学生在知道实验成绩后，对物理实验中自己存在的不足难以充分认识，对于实验中错误也很难在后续实验学习中纠正，容易形成错误惯性，对于提高实验实习效果作用非常小。大学物理实验室教学是固定时间、固定场所、固定人员、固定设施的实验教学，而随着学分制的普遍实施，大学生分散式学习成为新常态，对传统的大学物理实验教学提出了新的挑战。

二、物理实验教学虚实结合的利与弊

（一）有利于实现课时精简

随着高等农业院校新专业新工科新课程的开设，大学物理实验课程已经被大大压缩，高等农业院校大学物理实验已经从原来的３２学时压缩至１６学时，压缩５０％，而且开设的大学物理实验也从原来的１６个实验压缩到现在的８个实验。这其中主要的原因是课时的不断压缩和实验设备耗材保供率不足等造成的。然而，如果采用线上线下虚实结合开设大学物理实验，就能够大大提高线下实验室实验课程教学的效率，缩短线下教学时间，如采用虚实结合的实验教学模式，就现在的１６学时，也可以在现在开设８个实验的基础上增加４个实验，提高实验数量５０％，这样既能提高实验的广度，也能提高实验的效能，有利于保证大学物理课程教学目标的实现。

（二）有利于克服场地的受限

大学物理实验虚实结合可以大大缩短大学生线下实验的时间，提高实验效率，从而提高实验室场地的使用效率，有利于克服场地不足的限制。大学生可以通过虚拟实验教学平台自主地根据虚拟实验熟悉实验设备进行实验预习、掌握实验原理；在线下实验室实验学习中能很快地进入角色，开展实验，提高实验效果效率和效能，在实验结束后如发现实验中还存在疑问，或实验中有错误，可以利用课余时间在线上虚拟进行再次实验，以进一步学懂弄通大学物理实验的原理。对实验报告中老师提出的批改意见也可以通过线上虚拟实现再现实验情景，查找问题原因，以培养大学生严谨的实验精神，实现大学物理和大学物理实验在所开设专业的学科建设和专业建设中的课程培养目标。

（三）有利于提高实验教学效果

线上线下虚实结合的大学物理实验教学，能够有效克服大学物理实验的单向性，大学生在大学物理实验学习中可以自主地根据实验学习的需要进行实验线上预习，实验操作和线下实验后的实验温习等。在得出实验结论、提交实验报告后，对实验中存在的误差甚至是错误，可以通过线上虚拟实验重做实验进行验证，将大学物理实验学习过程形成闭环。因此，可以提升大学生物理实验学习的主观能动性，提高大学物理实验的教学效果，提供教师指导大学物理实验的平台，为师生在实验教学中增强互动，提升实验教学的效能提动了有益的平台，同时为大学物理实验改革提供了途径。

（四）有利于提高设备的效能

大学物理实验教学中教学设备是主要因素之一，然而新设备的购置一是周期长，二是费用高，三是占地多。当前高校发展普高缺钱，然而大学物理实验面对的学生非常之多，需要设备及耗材的数量较大，很难一次性配置大量的新设备。而线上线下虚实结合的物理实验教学形式，可以大大提高大学生对实验设备的认识程度，缩短线下熟悉实验设备的时间，从而让大学生在较短的时间内，高效地完成实验。通过线上线下虚实结合的实验形式，提高实验设备使用效能，以达成用较少的设备，较短的时间，高效地实现大学物理实验教学的目的，从而实现当前大学物理实验课时压缩后，尽量保证实验开足率。

（五）物理实验教学虚实结合的难点

线上线下虚实结合的实验教学与混合式教学形式上是一样的。所不同的是物理实验教学不能仅在线上虚拟操作，而不进行线下实验，否则很难达到实验教学的效果。但虚实结合的实验教学对线上线下各个环节都提出了更高的要求。首先是对师资提出了要求，要求大学物理实验教师不仅要能熟练开展线下实验教学，还必须熟悉线上实验教学，掌握线上实验的技能，线上教学易错点，误差元素等等，这对于部分年龄偏大的实验教师更是严峻的挑战。其次是线上虚拟实验需要硬件及软件支持，硬件是大学生需要笔记本电脑，软件是学校需要购买实验平台。购置笔记本电脑对于家庭困难的大学生来说无形中增加了经济压力，学校应适当增加图书馆或公共机房的机位，以保证大学生线上学习的基本条件。学校还需要要购买相关的实验教学软件，但这种投入相对购买新设备而言是非常值得的。

三、线上线下虚实结合物理实验教学的模式探究

线上线下虚实结合的物理实验教学区别区其他理论教学的线上线下混合教学。实验教学承载着科学实践精神的培养和塑造功能，线上实验教学在虚实结合的物理实验教学中主要承担预习、熟悉、复习等任务，而不能替代线下实验教学。而２０１９年的新冠疫情爆发，也把线上教学全部赶上了架，成熟不成熟的一起上了网，在网上进行优胜劣汰，在后疫情时代，线上教学将会长期成在。因此，开展物理实验线上线下混合式教学，课题组通过实践研究，认为应注重以下几方面。

（一）创造条件开展虚实结合的混合式实验教学

当前国际社会的竞争日趋激烈，科学技术的竞争已成为大国竞争的主战场，网络技术的发展已经渗透到每个角落，大学校园承担着培养接班人的任务，因此，给大学生创造条件进行线上实验实习非常之必要。随着我国大众创新万众创业的深入开展，随着国家５Ｇ网络技术的发展，开展线上教学实践的条件是比较成熟的，国内线上教学的资源已经比较丰富。然而物理实验课程有具有它的特殊性，线上教学无法替代线下实验操作，因此线上线下相结合的教学模式很适合大学物理实验课程的教学。

（二）加快线上教学资源建设

物理实验的线上线下混合式教学的开展时间不长，线上教学资源比较缺乏，然而线上教学开展是以线上教学资源为基础的，没有线上教学资源，线上教学更是无从谈起。因此，学校一是可以购买一部分线上教学资源；二是对购买的线上教学资源进行本土化和专业化修正，以满足专业教学的需要，以提供线上教学资源的运用使用效果；三是进行校本资源库建设，因为高校办学都有各自的独特性，专业特点等，因此校本线上实验教学资源库的建设显得尤为重要；四是加强学校教学网上平台建设。线上教学不仅仅是线上单个的实验教学，需要有教学平台支撑，不然很难达到线上教学的效果，通过平台建设，为实验教学提供共享的大数据信息，以提高学校线上实验学习的积极性和主动性，提高学生线上实验学习的能动性。

（三）建设线上线下混合式教学师资队伍

线上实验教学与线下实验教学无论是形式和方法都有着本质的区别。农业院校物理实验线上教学，需要根据农业院校的特点和物理实验教师队伍的实际情况，进行线上线下分层师资队伍培养。首先是根据线上物理实验教学的实际，根据青年教师学习能力强，易于接受新知识的特点，动员青年实验教师开展线上教学实践。其次是经验丰富的老教师要开展线上实验教学的基本培训，线下实验教学教师学习和掌握线上实验教学的基本情况，以利于线下实验教学的开展，提升线下物理实验教师队伍主动适应线上线下混合教学的能力，提高线下教学的效率，以达到线上线下相促进相补充的效果。再次要进行跨学科师资队伍组合，组建线上物理实验教学软件开发团队。农业院校物理实验的开设要结合专业特点和线上教学的特点，组合计算机专业、学校特色专业及物理实验等方面的师资，组成线上教学资源开发队伍，对学校购买线上实验教学平台进行审核把关，以及组队自主进行学校的线上实验教学软件开发等。这样可以将现有的师资队伍力量合理地分配到混合式实验教学的线上线下，根据团队建设的实际，合理安排物理实验室的进人计划等。

（四）提供线上教学机房，保障混合式教学开展

根据农业院校学生来自农村生源比较多，贫困生比率比较高的特点。学校在开展线上线下虚实结合的混合式实验教学的同时，需要重点考虑教学设施中学生的环节，部分家庭条件较好的同学能够自置笔记本电脑，但也有相当一部分大学生连学费都是贷款交的，是很难添置笔记本电脑的。学校可以结合校内现有实际机房的容量情况，合理安排机时供贫困生在机房进行线上物理实验学习，当然其他需要的同学也可以使用，这就能够保证线上实验教学的“末端”通畅，从而保障线上线下虚实相结合的物理实验教学的顺利开展。利用现有机房建设适量的线上教学实验室，供需要在公共教学区开展线上学习的同学使用，其他线上教学也可以在此类机房中实现资源共享，开展线上教学。农业院校的大学物理实验教学，具有鲜明的专业特色。开展线上线下虚实结合的混合式大学物理实验教学。除了要加强线上教学师资队伍的培养、平台资源建设、学生自主学习设备配置等外，还需要在农业院校的大学物理实验教学改革中注意以下几点。一是注重大学生自主学习能力的培养，线上学习能够很好地提供大学生自主学习的平台。二是教师自主改革创新能力的培养。线上线下分层师资的培养，有利于激发青年教师加强教学能力的学习，强化团队精神，提高合作意识。三是需要兼顾教学中的各个环节。大学生刚刚从成人，需要自主面对的事情很多，但家庭条件各异，个人成长环境不同，心理承受能力千差万别，需要我们在开展线上线下混合式教学时注意个体差别带来的影响。四是努力提高虚实结合的混合式物理实验教学的效果，以弥补现有实验教学中的不足，以期达到提高大学物理实验的效果，达到强化大学生科学精神，提高科研能力的效果。

作者:胡秀霞 涂海华 胡国进 单位:江西农业大学工学院 南昌师范学院物理与电子信息学院