喬慶鵬

(河南財政金融學院 人工智能學院，河南 鄭州 450046)

0 引言

Chromebook筆記本和iPad是國外教育市場廣泛使用的教學設備。目前各大PC廠商都推出了基于云平臺的Chromebook產(chǎn)品線，大多價格在 200～400 美元之間。聯(lián)想也在2018年1月推出3款新型筆記本電腦設備Chromebook，分別是聯(lián)想500e、300e和100e。100e是3款中最實惠的，售價僅為219美元。得益于其低成本等特點，截至2017年底，Chromebook 在美國教育市場擁有較高的市場占有率。

國內，因為教學方式的不同，以及一些客觀因素的制約，雖然在課堂上已經(jīng)基本實現(xiàn)了多媒體教學，但在實驗課上，電腦或教育類平板使用的普及率還相對比較低，傳統(tǒng)實驗室大多缺乏多媒體設備和操作終端。

物理學作為一門建立在實驗基礎上的自然學科，在社會科學技術體系中有著不可代替的重要地位。大學階段，物理實驗相對中學階段而言更為系統(tǒng)和專業(yè)，它從屬于大學物理課程, 實驗內容與理論課程結合非常緊密[1]。電路實驗作為大學物理實驗課中重要的一環(huán)，因為其自身的一些特點，或許是最需要多媒體設備進行輔助教學任務的課程之一。本文探討如何利用課堂內外的已有設備和條件，把多媒體教學和移動數(shù)碼通信設備以及云平臺有機地結合在一起，從而提高大學物理電路實驗教學的效果，達到事半功倍的效果。

1 電學仿真軟件的使用

電路實驗室中采用的實驗設備大多是模塊化，事先集成好的，學生需要遵從講義的說明和步驟進行連接組裝，繼而調試測試，記錄實驗結果。這個操作過程，在很大程度上是機械地重復和驗證課本上已有的結論和定律。缺少了挑戰(zhàn)性和新鮮感，學生不可避免地會感覺到枯燥。這是當前大學物理電路實驗教學過程中普遍存在的且需要解決的一個問題。

考慮到學生的興趣和特長的差異化, 一個解決方案是在完成必須完成的實驗之外，給出數(shù)個選作的“小型設計”實驗題目，讓學生根據(jù)自己的特點和愛好選做其中的兩個，使他們在實驗題目的選擇上有較大的自由度，以滿足差異化的需求和自由發(fā)揮的空間，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，擴大知識面,提高他們的學習積極性, 從而實現(xiàn)因材施教的教學目的。

但是增加了選做實驗的內容, 對實驗室的空間、時間以及儀器資源方面提出了更高的要求，就不可避免地存在著比較多的限制，對學生主動學習的需求產(chǎn)生了制約。

電學仿真軟件的引入則較好地解決了上面所說的一些問題。常用開發(fā)的電學仿真軟件有：NIMultisim[2]和MATLAB[3]等。

電學仿真軟件具有實驗現(xiàn)象直觀生動的特性，可充分挖掘學生的觀察分析能力，而且還可以讓學生利用它的開放、交互以及強大的仿真特點大膽地設計實驗。在課前階段，學生可以利用仿真軟件預習將要進行的實驗課內容，找出難點和不確定的地方，從而可以在進行實驗課的時候跟老師和其他同學進行交流討論，提高實驗效率。另外，仿真軟件也可應用在課后作業(yè)的布置上，從而完善實驗考核機制。利用仿真軟件，選修實驗設備的套數(shù)可以相應減少，開設新實驗的顧慮也可以降低。通過仿真軟件，可以實現(xiàn)學生在實驗操作上的由淺入深、由易到難的循序漸進的過程，從而達到既定教學培養(yǎng)目標。

電學仿真軟件具有強大的仿真分析功能、使用簡單、操作方便以及不依賴實驗設備、可以進行大電流大電壓等危險實驗等優(yōu)點，對電路實驗教學具有非常好的輔助作用，可以成為電路實驗的有益補充。

2 微信云平臺和群功能的靈活使用

上面也分析到，物理電路實驗應該具有靈活多變開放式的特點，是讓學生參與和主導的教學過程。這就需要在實驗內容方面，開設一些選作的實驗題目，讓學生事先進行選擇。但隨之而來的一個問題是，在預選過實驗題目后，隨著教學進度和學習內容的深入，一些學生對實驗內容的興趣和選擇也開始有了相應的變化，那么教師就不能只給學生選擇實驗內容的機會，還應該給他們改變選擇實驗題目的機會。

此外，多數(shù)電路實驗不是一個人能夠獨立完成的, 需要由兩人或三人一組分工合作才能夠完成實驗的教學目標。一般以兩個學生為一組，以培養(yǎng)相互合作的團隊精神，分組的依據(jù)大多是根據(jù)點名冊順序或者學號。這樣就出現(xiàn)一個問題：不但選做哪些實驗，什么時間做什么實驗，是由教師來決定的，而且實驗分組也是預先確定好的。

如上所述，每學期開始就讓學生選定自選實驗題目，并在實驗分組上整個學期也保持不變，就顯得不太適合教學的實際需求了。我們需要一個相對靈活的、具有可調整性、即時性的選課和分組模式。

微信群和討論組給了學生彼此之間以及學生和老師之間一個靈活的即時溝通方式，教師可以通過建立微信群和討論組的形式，通過投票系統(tǒng)，讓學生選擇選做實驗和實驗分組，使他們具有靈活的選擇權。微信群和討論組還可以用于意見反饋和疑難解答，有問題第一時間反饋，第一時間解決，不遺留問題，做到真正意義上的即時溝通和交流。

實際的實驗教學過程中，還存在著另一個問題：在現(xiàn)有的實驗課的考核機制下，一個實驗的完成要求每個學生都上交一份實驗報告，同時結合考勤以及實驗中的操作完成情況綜合打分。但在批改實驗報告中發(fā)現(xiàn)，一些學生抱著應付的態(tài)度，實驗報告內容大多雷同，甚至有抄襲的現(xiàn)象。所以，這種考核機制也需要改進。

現(xiàn)有的考核機制忽略了預習對實驗的重要作用。如果在進行實驗前學生并沒有仔細預習實驗，或者根本不具備實驗的基本理論知識，很可能會在實驗過程中手忙腳亂，浪費時間，達不到實驗教學的要求。同時，對電學實驗而言，操作不規(guī)范也存在著安全隱患。

教師可以利用微信云平臺，對實驗相關的數(shù)學知識譬如微積分和誤差計算，一些常用電腦軟件的簡單使用，實驗室安全用電，示波器等電子設備的功能和使用進行介紹，把一些常用儀器的操作方法和注意事項等做成課件或者視頻，直接上傳到微信群，視頻也可以先上傳到優(yōu)酷等云視頻網(wǎng)站，再把鏈接分享到微信群里，并提出相關問題，給出一個簡短的實驗預習作業(yè),并要求在每次實驗課前上交。

這樣不但解決了考核機制單一的問題，還提高了學生的實驗效率，并提高了實驗的安全性。

3 多媒體教學設備替代方案的探討

理想的電路實驗室要求每個實驗室都配有教師授課用電腦及其配套的書寫投影儀或多媒體投影儀等輔助教學設備。但實驗室的建設和設備更新是一個長期的、需要大量資金投入的過程，實施起來會受到各種因素的影響和制約，不能達到立竿見影的效果。

另外，隨著智能手機的普及，價格的下調，性能的不斷提升，屏幕大小也在逐步達到6寸、6.5寸甚至7寸，觸控使其在某種程度上可以成為教育類平板電腦的代替品。而4G網(wǎng)絡的普及和資費下調以及各種校園上網(wǎng)套餐的推出，也使手機通過移動網(wǎng)絡充當即時的多媒體教學接收終端成為可能。對于一些流量耗費較多的教學視頻，可以通過使用實驗室的路由器、電腦或者教師的筆記本電腦構建WIFI熱點，讓學生免費下載。

具體到電路實驗，大多實驗設備都是集成好的、模塊化的、體積較大的一體化實驗臺。這些實驗臺面板具有線路密集，接口眾多，各種開關、切換器和指示燈也比較多。如果按照傳統(tǒng)的實驗室教課方式，教師需要把電路圖在黑板上面畫好，每個電器元件都標上符號，然后再結合實驗內容的每一個步驟給學生講解線路的連接，設備的切換和調試。這樣不但需要大量的時間畫圖，需要復雜的連線講解，而且因為一個實驗里面包含多個步驟，每一個步驟都需要重新連線，這樣就得把黑板擦干凈重新畫圖，學生們可能記得住后面的操作而忘記了較早的教學內容，或者記得不清晰，造成連線失誤。雖然實驗儀器里面有保險裝置，但還是不可避免地造成一些局部設備的損壞，譬如燈泡的燒毀、保險絲的熔斷等，也會產(chǎn)生其他的安全隱患。

教師可以方便地用自己的手機對實驗設備的相關模塊進行拍照，然后把相關的設備原件或者節(jié)點通過微信或者QQ內置的圖片編輯功能進行標號或者畫圈，以起到強調的作用，這樣會避免學生對電器元件的識別混亂或錯誤而造成的誤連接誤操作，從而保證實驗儀器和操作人員的安全。對于實驗步驟眾多，每一步連線都有區(qū)別的情況，教師可以通過對實驗儀器的照片進行二次編輯，首先把相同的連線和操作進行第一次編輯，然后再對不同的地方進行細分，然后把編輯好的電路圖通過群或者討論組發(fā)給學生，這樣既提高了效率，也避免了混亂?；蛘呖梢圆扇“训谝淮尉庉嫼玫碾娐穲D發(fā)到群里，然后讓學生試著在手機上連接好發(fā)回群里或討論組的形式，提高學生參與討論的積極性，增強實驗教學的投入感和互動性。

4 結論

傳統(tǒng)實驗教學不利于培養(yǎng)學生的探索能力和創(chuàng)新精神，大學物理電路實驗也需要與時俱進，以適應科技知識激增的形勢與培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)與創(chuàng)新能力的需要。除了要讓學生掌握物理實驗的基本知識和能力以外, 還要通過實驗課的學習領略物理學的精彩和魅力，力爭達到減少學時,增強內涵降低難度,提高興趣夯實基礎,保證質量。把枯燥的實驗教學靈活化、特色化。

在先前工作的基礎上[4-6]，探討的解決方案也存在著一些不足和弊端：譬如，學生在實驗過程中玩手機或者微信聊天，分散了筆者注意力，從而影響實驗的效果等。這些問題還需要在后續(xù)的實驗教學過程中不斷完善和總結。教師在實驗課的教學過程中應成為學生學習的幫助者、引導者和促進者，持續(xù)激發(fā)學生的物理學習積極性以及培養(yǎng)學生的主動學習能力。有關大學物理實驗課程教學改革仍有待于進一步深入實踐和研究。