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摘要：本論文方案以MOOCs教學(xué)模式、VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)為代表的現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)相融合，實現(xiàn)了一種新的教學(xué)模式，突破傳統(tǒng)的學(xué)生物理實驗的培養(yǎng)模式與方法，促進(jìn)物理實驗教學(xué)的重心轉(zhuǎn)移，收到了良好效果，從而充分發(fā)揮了物理實驗的教學(xué)意義。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實驗課程；互聯(lián)網(wǎng)；教學(xué)改革；創(chuàng)新能力培養(yǎng)

一、大學(xué)物理實驗教學(xué)存在的問題

從本質(zhì)上來講，物理學(xué)是一門實驗科學(xué)。作為科學(xué)實驗的先驅(qū)，物理實驗所反應(yīng)出的問題，也是很多科學(xué)實驗?zāi)芊磻?yīng)的共性問題。作為一門基礎(chǔ)性實驗課程，大學(xué)物理實驗由于其實驗原理、操作、結(jié)果討論的多樣性，在培養(yǎng)學(xué)生的科研能力，面對問題找到方法解決以及勤奮的精神具有突出作用，這也是其他課程所不具備的。在大多數(shù)的中國高校中，大學(xué)物理都是在低年級階段必修的最重要的基礎(chǔ)課程。而物理學(xué)中的很多定理、公式，則需要大學(xué)物理實驗來將理論與實際結(jié)合起來。在完成實驗課程的過程中，學(xué)生得到的科研能力以及意志品質(zhì)的培養(yǎng)對其成長有很大作用?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展以及社會對創(chuàng)新型人才的大量需求，要求大學(xué)物理實驗教學(xué)也要與時俱進(jìn)地改革創(chuàng)新。

面對時代與社會的需要，近年來，很多高校針對大學(xué)物理實驗課程進(jìn)行了全方位、多方面、多視角的改革。然而，由于主觀及客觀多方面原因，現(xiàn)在各高校所進(jìn)行的大學(xué)物理實驗教學(xué)無論從課程設(shè)置、教學(xué)模式以及很多方面還存在一定問題，帶來的最顯著影響就是制約了大學(xué)物理實驗，這門本應(yīng)在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面表現(xiàn)突出的課程發(fā)揮重要作用。經(jīng)過作者對幾所不同層次高校物理課程設(shè)置的調(diào)查，一般大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)主要集中在以下步驟：課前預(yù)習(xí)、實驗報告、具體操作、數(shù)據(jù)處理、評分成績。而其中的問題也主要表現(xiàn)在：從實驗教學(xué)內(nèi)容上看，相對較落后，早已跟不上科學(xué)高速發(fā)展的今天的要求；而從實驗教學(xué)手段來說，形式相對單一、現(xiàn)代化教學(xué)技術(shù)應(yīng)用不足，很多儀器及課件都購買于上世紀(jì)80年代。以上這些具體的問題，也直接反映出了大學(xué)物理教學(xué)方案及內(nèi)容設(shè)置的問題，作為整體課程來說基礎(chǔ)性實驗題目過多，這類實驗大多是一些驗證性工作，而與物理學(xué)專業(yè)相關(guān)的比較偏于應(yīng)用性的實驗以及創(chuàng)新性實驗和研究性實驗不足，而這類實驗往往非常有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。由于現(xiàn)在學(xué)生大多數(shù)已成長在互聯(lián)網(wǎng)時代，對于他們學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)，依靠過去的實驗內(nèi)容、實驗儀器及教學(xué)模式難度很大，與實際更為貼合的創(chuàng)新性實驗題目的缺失也是一個很大的問題。學(xué)生本應(yīng)該是教學(xué)的主體，整個教育工作應(yīng)該圍繞學(xué)生展開，但現(xiàn)在教學(xué)工作中，整個教學(xué)過程基本以教師為主，學(xué)生反倒處于被動的從屬地位，只能在教師的指導(dǎo)下，完成實驗，按部就班地依照實驗步驟，盲目地操作，因此在教學(xué)工作中始終缺乏獨立思考的空間，更無法與教師完成必要的互動及展開相關(guān)學(xué)術(shù)交流。物理學(xué)教育作為培養(yǎng)學(xué)生科研能力、創(chuàng)新能力的主要方式，因為以上缺失，在功能及作用上大打折扣，學(xué)生更在整個實驗過程中產(chǎn)生依賴性、懶惰型、盲目性。實驗課程結(jié)束后，學(xué)生成績考核方式有待商榷。以核物理實驗為例，由于每個實驗項目人數(shù)較多（15～20人），其中多數(shù)題目4人為一組進(jìn)行實驗，在實驗課程中教師無法了解每位學(xué)生的實驗操作情況，因此，實驗數(shù)據(jù)、實驗報告便成了成績評定的重要參考，這種方式往往不是客觀評定學(xué)生在實驗過程中表現(xiàn)優(yōu)劣的好方法。

綜合來說，從內(nèi)容、方式、評定來著手對傳統(tǒng)教學(xué)模式來進(jìn)行改革，借以提高大學(xué)物理實驗教學(xué)質(zhì)量，從而完成對學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性的激發(fā)及創(chuàng)造性的培養(yǎng)，是目前新時期高校物理實驗教學(xué)面臨的新問題。

二、大學(xué)物理實驗教學(xué)改革方案

該方案將以MOOCs教學(xué)模式、VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)為代表的現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)相融合，實現(xiàn)了一種新的教學(xué)模式，即“教學(xué)視頻.自主學(xué)習(xí).教師面授”。MOOCs，英文全稱為Massive Open On.line Course，可解釋為大規(guī)模開放在線課程，最初為一種簡單的教育資源的開放形式，逐漸發(fā)展為面對社會的一種免費的、開放式的網(wǎng)絡(luò)課程。近兩年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及移動終端的普及，在以年輕人為主體的高校中，受到廣泛的關(guān)注與普及。MOOCs是對傳統(tǒng)高等教育的一次挑戰(zhàn)，但也是對教育模式注入一種新的思維，這是高等教育模式的一種進(jìn)步與完善，作為高等教育改革發(fā)展的前沿與先鋒，學(xué)習(xí)從被動枯燥的行為變成自發(fā)行動，并充滿了個性化，在教育資源傳播方面的扁平化傳播也是高等教育面臨新的問題。通過VR技術(shù)，虛擬物理實驗得以實現(xiàn)，在虛擬環(huán)境下，為了解決現(xiàn)實實驗教學(xué)中難以解決的問題，通過現(xiàn)代技術(shù)，模擬物理實驗場景，并充分發(fā)揮VR技術(shù)在物理實驗教學(xué)中體現(xiàn)出的優(yōu)勢。但是現(xiàn)今，VR技術(shù)還只能比較淺層地應(yīng)用于教育領(lǐng)域，正因如此，更為深入研究VR技術(shù)與大學(xué)物理實驗結(jié)合的新教學(xué)模式具有很大的研究價值與廣泛的研究意義。

吉林大學(xué)核物理實驗室涵蓋了核譜學(xué)、核探測器、核電子學(xué)、核技術(shù)應(yīng)用、低本底測量、氡氣測量、相對論效應(yīng)實驗平臺、蒙特卡洛模擬、工業(yè)CT、穆斯堡爾譜、中子技術(shù)等實驗平臺等儀器設(shè)備。目前，任課教師在在校碩士研究生的配合下，已完成了康普頓散射等5個本科生核物理實驗、y射線吸收等6個碩士研究生核物理實驗的操作視頻錄制及后期制作。

基于現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)教學(xué)模型有如下特點。

在課堂時間之前，學(xué)生自主學(xué)習(xí)、通過觀看實驗理論知識講解與實驗演示視頻，利用相對“碎片化”的時間完成預(yù)習(xí)，進(jìn)而觀看實驗原理和操作部分的視頻。教師與學(xué)生進(jìn)行師生交流與生生交流均可通過網(wǎng)絡(luò)平臺完成，這是通過知識傳授的新方式，對學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力最大化地培養(yǎng)與激發(fā)。

課堂時間內(nèi)，老師只進(jìn)行簡短的實驗原理講解以及操作部分的演示，大部分時間進(jìn)行答疑解惑，這種“一對一”的指導(dǎo)，本質(zhì)是對學(xué)生完成實驗的一種協(xié)助，是對學(xué)生面對問題解決問題的能力的培養(yǎng)。同學(xué)與老師探討互動，深化對物理原理、實驗設(shè)計方法等內(nèi)容的理解，從而完成知識的內(nèi)化過程。由于課堂時間的限制，原本屬于教師講授的時間減少，而教師與學(xué)生交流時間大大增加。作為基本教學(xué)內(nèi)容，由傳統(tǒng)模式下的課堂教學(xué)變成課前預(yù)習(xí)交流，課堂上，更多的時間與精力來進(jìn)行師生就物理問題的探討，這種模式更有利于學(xué)生對知識的理解。

課后，網(wǎng)絡(luò)平臺也會提供一些有關(guān)實驗的相關(guān)知識點的視頻供學(xué)生觀看，完成知識的進(jìn)一步深化，課堂最后，教師也會預(yù)留一些難度更深的問題，有興趣的同學(xué)研究后，可以通過互聯(lián)網(wǎng)方式進(jìn)行交流與分享。課后的進(jìn)一步深化對增強學(xué)生興趣及鍛煉學(xué)生獨立思考能力發(fā)揮了很大作用。這種新的物理實驗教學(xué)改革方案在核物理實驗室所承擔(dān)的教學(xué)課程上進(jìn)行了試驗，從學(xué)科推廣、教學(xué)效果、成績反饋等方面，均收到很好的回應(yīng)。

考慮到學(xué)生對知識點的接受，所制作的教學(xué)視頻時間一般控制在3～5min，以短且包含內(nèi)容精簡為特點，每一個知識點都有相對應(yīng)的一段教學(xué)視頻，為了便于學(xué)生有選擇地觀看和重復(fù)觀看，對視頻題目、內(nèi)容進(jìn)行了重點標(biāo)注。由于物理學(xué)科的特殊性，需要理論聯(lián)系實際結(jié)合現(xiàn)象。因此，所制作的教學(xué)視頻不但是一種難得的學(xué)習(xí)資源，也可以有效加深學(xué)生對問題的理解。教師在視頻拍攝、制作過程中要本著創(chuàng)新性、教育性、客觀性、完整性、可看性的原則。此外，視頻制作的核心也是為課程以下特點服務(wù)：學(xué)生為教學(xué)工作的中心；實驗設(shè)計注重物理內(nèi)容的表達(dá)，過程盡量規(guī)范化；實驗設(shè)計時，盡量將原理知識進(jìn)行切分，做到一個視頻配合講解一個知識點；盡量使用啟發(fā)性語言，少做結(jié)論性驗證。下面以康普頓散射實驗為例，詳述視頻制作內(nèi)容以及制作重點，見表1。

康普頓散射實驗?zāi)康氖菍W(xué)會康普頓散射效應(yīng)的測量技術(shù)與驗證康普頓散射的能量和微分截面隨散射角變化關(guān)系。首先，將教學(xué)內(nèi)容分成實驗原理與應(yīng)用、實驗儀器介紹、實驗操作步驟三大部分。由于教學(xué)側(cè)重不同，每段視頻制作時的著手點也不同。如在“實驗儀器介紹”的視頻中，先對設(shè)備進(jìn)行全景展示，然后對開關(guān)、調(diào)節(jié)旋鈕等細(xì)節(jié)特寫處理，便于學(xué)生更好地了解儀器情況，關(guān)注相關(guān)操作的問題。

在視頻課程中，還可以引入VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)，其在物理實驗教學(xué)中有顯著優(yōu)勢，集中體現(xiàn)在以下幾方面。①自主性學(xué)習(xí)：儀器設(shè)備可選擇種類更多。②綠色性學(xué)習(xí)：幾乎不消耗實驗材料，不產(chǎn)生污染、浪費。③科學(xué)性學(xué)習(xí)：通過現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)輔助，使得實驗結(jié)果更為直觀準(zhǔn)確。④高效性學(xué)習(xí)：不需要長時間等待實驗結(jié)果，大大提高實驗效率。由于核物理實驗的特殊性，放射源的監(jiān)管及輻射安全的防護(hù)更是重中之重。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用的優(yōu)勢直觀體現(xiàn)在以下方面。①還原物理實體：有一些抽象概念可以直觀顯現(xiàn)出來。②還原實驗現(xiàn)象：將實驗現(xiàn)象進(jìn)行深度加工，如通過對速度、深度、色彩等加強，使實驗現(xiàn)象更加明晰。③還原理論建立：由于物理學(xué)科原理、理論較多，可通過新的模式將理論知識聯(lián)系到實驗當(dāng)中。

在課堂上，教師肩負(fù)著對學(xué)生學(xué)習(xí)欲望的調(diào)動、知識習(xí)得的引導(dǎo)及品質(zhì)精神的磨煉的任務(wù)?？偟膩碚f，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師是教學(xué)過程的服務(wù)者。實驗的思路設(shè)計，具體操作，遇到困難解決問題產(chǎn)生的思考，學(xué)習(xí)思路的開拓，都需要學(xué)生自主自立完成，教師更多起到保障安全及引導(dǎo)的作用。實驗完成后，教師所做的總結(jié)也不可唯結(jié)果論。而實驗后討論環(huán)節(jié)，更使學(xué)生對實驗原理、實驗方法、實驗步驟、結(jié)果分析及一些與物理實驗題目相關(guān)的歷史背景、知識發(fā)展體系、知識當(dāng)代意義和與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)結(jié)合的應(yīng)用有更深的體會與進(jìn)一步的感知。

課后，是學(xué)生處理實驗數(shù)據(jù)、整理實驗報告的過程。而課上留下的思考問題學(xué)生可以獨立完成，也可以通過平臺交流完成。并且利用網(wǎng)絡(luò)平臺尋找需要解決相同問題的學(xué)生，組成群組，共同討論，從而收到更好的學(xué)習(xí)效果。通過這種交流方式，學(xué)生可以彼此交換想法，物理學(xué)科知識的理解本就不是單方面的，這對學(xué)生思維的拓展以及自主學(xué)習(xí)積極性的調(diào)動都有很大幫助。

三、大學(xué)物理實驗教學(xué)改革效果與意義

基于現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新的大學(xué)物理教學(xué)模式是“教學(xué)視頻.自主學(xué)習(xí).教師面授”方法的應(yīng)用，得到了教師和學(xué)生們的歡迎，也顯著提高了課堂教學(xué)效率。大學(xué)物理實驗的這種教學(xué)模式在激發(fā)學(xué)生的自主性和創(chuàng)新性上顯得更加合理。改革收到了如下效果。①學(xué)生創(chuàng)新能力有了顯著提高，實驗課程后，所收到反饋的問題有很多創(chuàng)新的思維。②新教學(xué)模式下，“教與學(xué)”的關(guān)系發(fā)生顯著變化，學(xué)生變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，成為課堂上的絕對“主角”。③課程評價體系隨之改變，考核方法更趨于多元化。我們希望考核標(biāo)準(zhǔn)能真實反應(yīng)學(xué)生的水平，又可以有效地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。建立合理有效的考核辦法，對實驗教學(xué)有很積極的推動作用。④通過互聯(lián)網(wǎng)平臺的互動交流，加深了師生之間及生生之間想法的分享，也是對原本枯燥學(xué)習(xí)氛圍的有效改善。

傳統(tǒng)教學(xué)模式由于課堂時間有限制，而實驗題目較多，調(diào)節(jié)儀器、測量數(shù)據(jù)成了學(xué)生的主要任務(wù)，大把精力消耗在收集實驗數(shù)據(jù)上，而對于實驗原理、實驗設(shè)計等知識的思考卻有很大欠缺，更不要說學(xué)習(xí)的自主性與創(chuàng)新性。新的教學(xué)模式的引入，有利于學(xué)生對實驗內(nèi)容與實驗儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理的了解，也有利于對儀器設(shè)備的保護(hù)、減少實驗誤差、縮短課內(nèi)實驗時間。在2個學(xué)期內(nèi)分別對2個年級，約60名同學(xué)在不同教學(xué)模式下的實驗主要情況進(jìn)行對比（見表2）。

從表2可明顯看出，基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新的教學(xué)模式的引入，不僅減少了課內(nèi)教師的講授時間，也提高了學(xué)生實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率，使得課堂時間得到最大限度的有效利用。課上完成基本教學(xué)后，教師根據(jù)相關(guān)知識點設(shè)計一些具有更大深度廣度的思考問題，使學(xué)生的學(xué)習(xí)過程一直延續(xù)到課下，變被動灌輸為主動引導(dǎo)。鼓勵與培養(yǎng)學(xué)生課后查閱文獻(xiàn)資料、分析問題的能力，同時也會促使一部分學(xué)生自發(fā)地再次進(jìn)入物理實驗室進(jìn)行有研究目的的實驗探索。

科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展及社會對創(chuàng)新型人才的迫切需求是當(dāng)今時代的主題，國家大力提倡和實施素質(zhì)教育，大學(xué)物理實驗教學(xué)應(yīng)該在該過程中起到更為重要的作用。要努力順應(yīng)時代發(fā)展，把培養(yǎng)高素質(zhì)人才作為目標(biāo)來打造大學(xué)物理實驗課程，而從課程設(shè)置而言大學(xué)物理要反映物理學(xué)科研究對象的本質(zhì)，緊隨時代發(fā)展步伐，教學(xué)手段應(yīng)改變傳統(tǒng)的單一教學(xué)模式，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。大學(xué)物理實驗的教學(xué)改革是一項長期而艱巨，但卻極有現(xiàn)實意義的任務(wù)。虛擬現(xiàn)實VR技術(shù)在物理教學(xué)的應(yīng)用也是響應(yīng)了我國對于深化高校教育領(lǐng)域綜合改革的號召，在建設(shè)“雙一流”高校的大背景下，保持一流物理學(xué)科高質(zhì)量教學(xué)的傳統(tǒng)優(yōu)勢，更要進(jìn)一步突破傳統(tǒng)的對學(xué)生在物理實驗方面的培養(yǎng)模式與方法，從而促進(jìn)物理實驗教學(xué)的重心轉(zhuǎn)移，即從在安全實驗操作下的學(xué)習(xí)模式轉(zhuǎn)移至培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與實踐能力的學(xué)習(xí)模式，從而更為充分地發(fā)揮物理實驗的教學(xué)意義。