甘亮勤，　楊上供，　周承仙，　穆瑞珍

(廈門理工學(xué)院 光電與通信工程學(xué)院，福建 廈門 361024)

0　引　言

大學(xué)物理實驗是針對高等學(xué)校理工科學(xué)生進行科學(xué)基本訓(xùn)練的一門獨立的必修基礎(chǔ)課程，是學(xué)生進入大學(xué)后受到的系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓(xùn)練的開端，是學(xué)生進行科學(xué)實驗訓(xùn)練的重要基礎(chǔ)[1]。因此大學(xué)物理實驗的教學(xué)研究一直受到各學(xué)校和廣大師生的高度關(guān)注。隨著信息化時代，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已不能滿足新時代培養(yǎng)人才的需要，微課、翻轉(zhuǎn)課堂、MOOC等新型教學(xué)模式應(yīng)運而生[2-5]。如何將新型教學(xué)模式的優(yōu)點與傳統(tǒng)教學(xué)模式的經(jīng)典結(jié)合起來，達到一個最優(yōu)課堂教學(xué)的效果，是每個老師所關(guān)注的[6]。本文在福建省高校在線課程聯(lián)盟的政策關(guān)懷和經(jīng)費資助下，通過實踐，構(gòu)建了基于“微課”的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，以提高大學(xué)物理實驗的教學(xué)效果。

1　傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗教學(xué)模式中存在的問題

1.1　教學(xué)模式單一，學(xué)生學(xué)習(xí)被動，教學(xué)效果欠佳

傳統(tǒng)教學(xué)模式主要以學(xué)生預(yù)習(xí)文字教材；課堂教師講解示范，學(xué)生按部就班地被動做實驗；課后寫實驗報告的形式來完成。此教學(xué)模式的缺點在于：①課前學(xué)生針對大量的文字資料進行預(yù)習(xí)，形式較為枯燥，且需要學(xué)生自主學(xué)習(xí)，很多學(xué)生敷衍了事，更有部分學(xué)生直接沒預(yù)習(xí)就來上實驗課；②因課堂講解占用了較多時間，很多學(xué)生實驗時間很緊張，遇到問題直接找老師，沒法好好地思考和探討問題；③課后缺乏一個交流互動的機會，也無法知道學(xué)生的實驗掌握情況，不同層次的學(xué)生更是缺乏一個溫故和提高的平臺。

1.2　場地、設(shè)備、課時等資源限制了課程的開設(shè)

目前部分院校特別是理工科院校，開設(shè)大學(xué)物理實驗課程的班級較多，受場地、設(shè)備，課時等限制，沒法針對不同的專業(yè)開出與之專業(yè)相側(cè)重的實驗項目，甚至有的實驗課程也沒法和大學(xué)物理理論課程步調(diào)一致，導(dǎo)致個別專業(yè)的學(xué)生在上大學(xué)物理實驗課程時，其理論知識可能還沒學(xué)過的脫節(jié)現(xiàn)象，教學(xué)效果欠佳。

2　“微課”的課程特點

微課是以視頻為主要載體記錄教師圍繞某個知識點、專題、實驗活動作為選題，針對教學(xué)中常見的，典型的，有代表性的問題或內(nèi)容進行的簡短、完整的“小而精”的教學(xué)活動[7]，類型包括講授類、解題類、答疑類、實驗類、活動類等，同時還包含了與該教學(xué)主題相關(guān)的教學(xué)設(shè)計、素材課件、教學(xué)反思、練習(xí)測試及學(xué)生反饋、教師點評等輔助性教學(xué)資源。微課可以通過電腦和網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，學(xué)生也可利用手機隨時隨地下載學(xué)習(xí)，打破了時間、空間和內(nèi)容的局限[8-9]。且微課可設(shè)置不同的問題來滿足不同層次學(xué)生的需求[10]，把實驗中的理論講解移出課堂，讓實踐性內(nèi)容進入課堂，大大延長了課堂的實踐操作時間。

3　“微課”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)

針對傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗教學(xué)模式中存在的問題[11-13]，結(jié)合微課的特點和優(yōu)勢，探討了“微課”翻轉(zhuǎn)課堂的大學(xué)物理實驗教學(xué)模式，以逐步提高大學(xué)物理實驗的教學(xué)水平和質(zhì)量。基于“微課”翻轉(zhuǎn)課堂的大學(xué)物理實驗教學(xué)模式主要以課前微課學(xué)習(xí)、課堂實踐操作+分析討論、課后實驗報告+創(chuàng)新和開放性實驗的形式來進行。

3.1　制作微課視頻，提高課前預(yù)習(xí)效果

課前的微課學(xué)習(xí)是大學(xué)物理實驗教學(xué)的基礎(chǔ)，而微課視頻是微課的主要內(nèi)容，微課視頻的質(zhì)量直接影響教學(xué)效果，所以微課視頻的設(shè)置尤為重要。微課視頻具有簡、短、精的特點，時長約為5～10 min，一段微課對應(yīng)一個知識點，學(xué)生可以選擇性地重復(fù)觀看自己需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容[14-15]。大學(xué)物理實驗的微課視頻主要包括以下內(nèi)容：①實驗?zāi)康呐c實驗原理。原理是實驗的基礎(chǔ)，正常情況下，實驗原理在理論課上提前學(xué)習(xí)。但不同專業(yè)的學(xué)生，對實驗原理的理解程度會不一樣，比如“拉脫法測量液體表面張力系數(shù)”的實驗，對于土木專業(yè)的學(xué)生，他對力學(xué)部分的原理會理解比較透徹，但是對于儀器部分的傳感器不是很懂。到底什么是傳感器，為什么要用傳感器？這個時候，就要求教師在制作視頻時，要考慮到不同專業(yè)學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，把各個難重點講解透徹，或者引導(dǎo)他們在實驗中去探索這些理論，讓學(xué)生在實驗過程中自己深入理解知識點。②儀器介紹。儀器介紹主要是引導(dǎo)學(xué)生理解實驗的設(shè)置，比如夫蘭克-赫茲實驗，這個實驗曾獲1925年的諾貝爾獎，非常經(jīng)典，應(yīng)該跟學(xué)生講解這個實驗儀器設(shè)置的成功點與巧妙點，讓學(xué)生在實驗過程中，體會這種創(chuàng)新思維，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識。③實驗操作重難點與注意事項。實驗操作重難點與注意事項這部分主要提醒學(xué)生操作中最應(yīng)該注意的地方，但盡量避免全程演示，應(yīng)給學(xué)生足夠的思考空間，需要動點腦才能完成實驗。比如邁克爾遜干涉儀的調(diào)整與使用，應(yīng)該提醒學(xué)生怎樣才會出現(xiàn)干涉條紋，干涉條紋是怎樣的？④實驗應(yīng)用與實驗拓展。實驗應(yīng)用與拓展用于提高學(xué)生的實驗興趣，培養(yǎng)他們的實驗創(chuàng)新精神，引導(dǎo)學(xué)生：這個實驗?zāi)軕?yīng)用于哪里？有哪些創(chuàng)新點？大家自己應(yīng)用該實驗原理來設(shè)計一個產(chǎn)品等。

微課的制作除了在知識結(jié)構(gòu)上合理設(shè)置外，在錄制視頻時，會添加動畫、實驗效果圖、原理圖等來提高視頻效果。如圖1所示，在錄制牛頓環(huán)的實驗時，用小窗口顯示原理結(jié)構(gòu)圖，配有相應(yīng)的動畫，同時，用大窗口顯示實驗效果圖，這樣學(xué)生一目了然。

微課視頻錄制后上傳到學(xué)習(xí)網(wǎng)站上，學(xué)生可隨時觀看微課視頻，微課視頻學(xué)習(xí)之后，微課有設(shè)置一些簡單的測驗題，學(xué)生需參與答題，并且正確率達到合格要求，方可進入課堂進行實驗操作，這樣能保證一個良好的預(yù)習(xí)效果。

3.2　課堂實踐操作

圖1《光的等厚干涉與牛頓環(huán)》的微課設(shè)置和微課視頻截圖

實踐操作是實驗課程的核心，有了課前的微課學(xué)習(xí)之后，課堂上可節(jié)省大量的講解時間，將時間留給學(xué)生實踐操作，老師只需在課前對一些重難點作適當(dāng)強調(diào)。學(xué)生在課堂上操作實驗、觀察實驗現(xiàn)象、測量實驗數(shù)據(jù)，此外還需在課堂上經(jīng)過實踐、觀察和討論來完成微課上的討論題。比如“光的等厚干涉與牛頓環(huán)”實驗，在微課上布置了4道討論題，分別是：① 怎樣避免螺距誤差？② 為何測量環(huán)紋直徑而不是半徑？③ 顯微鏡放大倍數(shù)的大小對實驗結(jié)果有啥影響？④何為等厚干涉？學(xué)生通過自己操作實驗，觀察現(xiàn)象，小組討論等方式，找出每個問題的答案。比如，學(xué)生通過觀察齒輪結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)動原理來理解螺距誤差的產(chǎn)生，再通過單向測量和雙向測量來理解怎樣避免螺距誤差。課程結(jié)束后，學(xué)生在網(wǎng)上完成討論題，系統(tǒng)會根據(jù)正確率打分。

3.3　課后知識鞏固與應(yīng)用提升

基于翻轉(zhuǎn)式教學(xué)模式的課后環(huán)節(jié)主要由兩部分組成：①實驗報告。所有同學(xué)在實驗結(jié)束后，需按要求完成實驗報告。通過寫實驗報告，來分析測量數(shù)據(jù)的正確性，以及誤差大小，對于實驗數(shù)據(jù)錯誤和誤差較大的數(shù)據(jù)，要求他們重新操作實驗，測量數(shù)據(jù)。②設(shè)計實驗，創(chuàng)新提升。設(shè)有專門的創(chuàng)新實驗室和開放性實驗室，學(xué)生可以自主的在里面設(shè)計實驗，創(chuàng)新實驗。學(xué)生可開展科研型實驗、課外科技制作與發(fā)明以及各項競賽活動。經(jīng)申請，給學(xué)生提供相應(yīng)的實驗器材，有專門的老師提供咨詢和指導(dǎo)工作。此層次主要為成績好、動手能力強、感興趣又學(xué)有余力的學(xué)生提供。重在訓(xùn)練和培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生的創(chuàng)業(yè)精神和創(chuàng)新能力，發(fā)展學(xué)生的個性特長。

基于微課的翻轉(zhuǎn)式教學(xué)模式，其最終的成績由線上和線下兩部分組成，如圖2所示，線上一般占20%(其中視頻成績10%，測驗5%，分析討論題5%)，線下80%(操作成績40%，報告成績40%)。微課的成績管理更合理，改變了由實驗報告定成績的方式。

圖2　微課的成績管理

4　結(jié)　語

針對目前大學(xué)物理實驗教學(xué)中存在的問題，本文提出基于微課的翻轉(zhuǎn)式教學(xué)模式，該教學(xué)模式具有以下優(yōu)點：①將實驗教學(xué)的指導(dǎo)思想轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生學(xué)習(xí)為主，教師指導(dǎo)為輔。②將現(xiàn)代化的微課教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，達到一個更優(yōu)的教學(xué)效果。③該模式可以讓學(xué)生更多地融入課堂教學(xué)中，更大限度地鍛煉和發(fā)揮個人綜合能力，對學(xué)生掌握科學(xué)思想方法、培養(yǎng)創(chuàng)新和探索精神、鍛煉建模能力等方面有重要的作用?？傊?，這種翻轉(zhuǎn)式教學(xué)模式是大學(xué)物理實驗課程教學(xué)的一次改革與嘗試，有利于提高教學(xué)質(zhì)量。如何將基于微課的翻轉(zhuǎn)式教學(xué)模式更好地應(yīng)用于實驗教學(xué)中，還需教育教學(xué)研究者不斷地探索、總結(jié)并逐步完善。

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