【内容摘要】建立大学物理实验网络教学平台，采用线上线下混合式教学模式，各个环节都提高学生学习的兴趣。制定科学的成绩评价体系，评定更加公正合理。同时，通过举办物理实验竞赛，培养学生的自主性和创新性。经过近三年的教学实践，与传统的课堂教学相比，线上线下混合式教学模式具有明显的优势，教学效果良好，受到教师和学生的一致好评。
【关键词】大学物理实验;传统教学;线上线下
一、引言
大学物理实验是理工科学生必修的公共基础课程，不仅能够培养学生的动手能力、实验能力和创新能力，还能够培养学生坚持真理、实事求是的科学精神，提高理工科学生的科学素质。学好大学物理实验，既锻炼了学生的实验操作能力，又为后续专业课程的学习打下坚实的基础。现在互联网技术发达，学生人人都有一部手机，通过网络可以学习获取各方面的知识。同时，网络的普及也给教育带来了机遇和挑战，如何利用网络平台提高教育教学效果是每一位教师面临的共同问题。目前，线上教学主要是大学物理理论课程，关于大学物理实验课程的线上教学资源非常少。肖沛等［1］利用微信平台辅助大学物理实验教学，但是微信中的文件内容很容易被手机定期清除，不利于长时间的保存;曹显莹等［2］尝试把学习理论知识放在慕课中，实验操作部分放在传统的课堂中以调动学生学习的积极性;欧阳建明［3］等利用慕课理论知识、虚拟仿真实验为线上资源，并且与线下实验教学相结合的教学模式，取得了一定的教学效果。根据河北农业大学理学院大学物理课程的特点，对大学物理实验课程进行一系列的改革和实践，优化大学物理实验内容，建立大学物理实验网络教学平台，制作实验微课视频，微课视频中不仅讲授物理实验的理论知识，还有详细的仪器介绍和实验操作讲解，并且采用线上线下混合式的教学模式，既吸收传统教学的优点，又避免传统教学的弊端，各个环节都要提高学生学习物理实验的兴趣。
二、传统的大学物理实验教学的弊端
传统的大学物理实验课程教学主要以课堂讲授为主，大多数实验课堂是教师讲，学生听，教师先演示操作过程，然后学生再做实验［4］。有的学生由于课前没有预习，全凭教师课堂上的讲授，对教师的依赖性非常强，学习的主动性比较差。学生做实验的过程中，往往会出现这种情况，教师反复地对同一个问题做出解答，甚至手把手教，课堂效果不是很好。例如做电位差计测电池电动势实验时，传统的实验课堂上，都是教师一组一组的检查，学生连接无误后才能继续做实验，由于连接线路比较多，教师和学生检查起来非常麻烦，效率非常低。如果学生一开始的实验操作就有问题，没有及时发现并纠正，一堂实验课下来，学生测得的实验数据误差很大。例如以前做三棱镜折射率实验时，测三棱镜的最小偏向角，虽然教师在课堂上讲授了如何找最小偏向角的方法，但是仍有一部分学生无法准确测量最小偏向角，导致学生做实验非常被动，对实验的学习也失去了耐心和信心。
三、线上线下混合式教学改革与实践
(一)对大学物理实验内容进行优化组合。首先优化实验内容，重新编写《物理实验教程》。新编的教材分为基础性实验、综合性实验、设计性试验、创新性实验和数值模拟实验，试验由简单到复杂，逐步培养学生的综合实践能力。仪器设备及时更新换代，淘汰一些旧的实验项目，增加新的实验项目。例如以前的悬丝偶合法测材料的杨氏模量的实验需要测出基点的频率，由于基点不产生共振，需要测出周围点的频率，利用作图法估算基点的频率，因此实验误差比较大。因此及时更换新的实验仪器，利用光杠杆放大法测量材料的杨氏模量，这种方法的误差比较小。同时减少验证性的实验，增加设计性试验，例如增加了铜电阻温度计的设计、利用传感器设计电子秤的实验项目。(二)建立大学物理实验网络平台。平台上包含所有的实验项目，每一个实验项目都有:预习导读、PPT课件、实验视频、预习测试、思考题、实验讲义、实验报告模板、课后拓展等。PPT课件配有语音讲解，学生通过网络学习就能了解整个实验的相关知识。实验视频聘请专业团队录制，不仅讲授物理实验理论知识，还有详细的实验操作讲解，学生通过播放视频学习实验内容，如临其境般做了一遍实验，使学生提前熟悉实验的操作过程。预习题紧扣实验内容，如果预习题过关，说明学生基本掌握实验内容。思考题库供学生课堂讨论或课后完成。课后拓展实验有利于学生进一步研究、设计新的实验方案，开展实验创新。(三)线上线下混合式教学设计。线上教学通过登录大学物理实验网络平台来完成，线下教学以实际操作实验为主。将大学物理实验教学分为线上学习、课堂教学、线上交流讨论、实验报告、课后拓展、线上测试六个阶段。下面以声速测量的实验为例，介绍线上线下混合式教学设计与实践。1．线上预习。教师在课堂实验前几天在网上发布任务点，任务点包括声速测量的实验视频和预习测试题，要求学生在规定时间内完成线上预习。学生通过手机下载学习通，就可以线上预习。教师通过网站的任务点统计情况，及时了解学生的预习情况。对于没有预习的同学，教师可以提前一天在网上发布学习预警，督促学生及时线上预习。这样在课堂操作之前，学生通过观看实验视频、做测试题，基本了解声速测量的实验内容，为下一步的课堂实验做足准备。2．课堂教学。课堂教学中，教师采用引导式、启发式、讨论式、探究式的教学方法。首先介绍理论知识，让学生举例说明超声波在各领域的应用，例如冬天室内干燥时家庭使用的超声波加湿器，眼镜店利用超声波清洗机清洗眼镜，医院利用超声波体外碎石和B超的检测等，通过交流讨论，既了解超声波的应用，又感受到物理不是空洞的理论知识，是和生活息息相关的。根据学生学的物理理论知识，引导学生理解超声波测声速的原理。然后让学生熟悉实验仪器，实验的操作过程不再是教师手把手的教，而是让学生通过观看实验视频，提出问题，一起探讨解决问题的方法，然后教师及时补充。实验操作过程中，对于一些小的问题，各组学生通过互相讨论就能够解决。与传统物理实验课堂相比，教师不再“手忙脚乱”，学生不再听不懂内容，记不清实验步骤，教师和学生都实现了“双赢”。课堂效率明显提高。操作结束后，教师与学生总结交流实验中发现的问题，如利用李萨如图形测波长时，为什么有的学生测得是半个波长的距离，而不是一个波长的距离?学生根据实验现象总结规律，测得一个波长的距离必须是同一方向的斜直线，如果是不同方向的斜直线，测得的数据实际上是半个波长的距离。通过讨论，既巩固了物理理论知识，又加深了对实验内容的理解。3．线上交流讨论。课堂结束后，为了方便教师与学生的交流，开辟了线上讨论专区。例如，学生学习声测量实验后，教师针对声速的测量提出问题，如形成驻波的条件以及驻波的应用、李萨如图形的特点和应用等，鼓励学生积极参与讨论，对于积极发言讨论的学生可以给予适当的加分奖励。或者学生提出问题，互相交流讨论，加深对声速测量实验的理解。4．实验报告。学生根据网站上的实验报告模板撰写声速测量的实验报告，并对本次实验测量的数据进行分析总结。实验报告最后一项增加了实验过程反思，可以写实验成功的经验，也可以写实验中遇到的困难，从失败中吸取教训，懂得“失败是成功之母”，或者实验过程中思考，提出更好的改进声速测量实验的方案。通过撰写实验报告，锻炼学生科学总结实验成果的能力。5．线下课后拓展。学生可以根据教师提供的拓展题目或方向进一步研究学习。研究报告可以是对实验相关理论进一步的研究探讨，也可以是对实验方法的改进。例如学习了声速的测量实验，可以让学生设计测量水(或者空气)的体积变量的实验方案，写出具体的实验仪器、实验原理以及实验步骤，启发学生设计创新性实验，鼓励学生实验创新。6．线上测试。学生学习完本学期所有的实验项目后，教师可以在网络平台上发布线上测试题，线上测试题主要考察学生对本学期所学实验内容的理解和应用。学生线上提交后，系统自动打分，教师通过分数统计了解学生的实验掌握情况。(四)制定科学的成绩评价体系。以前的物理实验成绩主要以学生的课堂操作和实验报告为主。考核方式单一，不仅不能客观地反映学生的实验操作水平，还让学生觉得物理实验很好通过，产生对实验课程不重视的心理。因此，制定了比较科学的成绩评价体系，成绩评定跟踪学生学习的全部过程，比较准确、真实地反映学生实验能力水平。评定成绩标准进行细化，其中线上学习20%，课堂操作45%，实验报告20%，线上测试10%，拓展创新5%，综合评价学生的物理实验学习能力。
四、鼓励学生创新实验，举办物理实验竞赛
2020年成功举办第一届“玩嗨物理”设计性实验大赛，在全校范围内广泛征集创新实验作品，学生的参与热情很高，选题范围也很广泛。有的选题是学生自行设计，也有的选题选自2020年国际青年物理学家竞赛试题。通过举办物理实验竞赛，既提高了学生学习物理实验的兴趣，又培养了学生的主动性和创新性。五、结语经过三年的教学实践，教师惊喜的发现，以前传统的大学物理实验课堂上出现的问题大大减少，学生操作不规范或者操作错误的情况基本不存在，基本能够在规定的课堂时间内顺利完成操作实验，实验数据的误差减小，学习效果提高。学习的主动性也提高了，对物理实验不再有担心做不好、不知道怎么做的心理。学生越来越喜欢做物理实验，课程网站也受到教师和学生的好评。总之，对大学物理实验课程进行了改革和实践，采用线上线下混合式教学模式，重新调整课堂内外的时间，将学习的主动权交给学生，让学生积极主动地参与到学习中。在这种教学模式下，学生能够更专注更主动地学习实验项目，获得更深层次的理解。同时，通过举办物理实验竞赛，能够激发学生的创新思维，对培养学生实践创新能力，具有一定意义。
【参考文献】
［1］肖沛，林季资，赵越，等．微信公众平台辅助大学物理实验教学的实践与思考［J］．物理通报，2018，3:79～80
［2］曹显莹，曲阳．基于慕课模式的大学物理实验教学改革与创新［J］．物理实验，2016，5:25～28
［3］欧阳建明，彭刚，何焰兰，等．线上线下混合式大学物理实验教学设计———以示波器使用实验为例［J］．物理实验，2020，4:38～41
［4］詹琼．大学物理实验教学改革模式的探讨［J］．大学物理实验，2019，5:112～114
作者：侯志青 刘东州
