大学物理实验复合教学探索

作者:|发布时间:2020-05-07|浏览量:
     

2020年春,突如其来的疫情打破了人们原有的生活和学习秩序,为确保疫情进一步得到控制,国内高校延迟开学。根据教育部“停课不停教、停课不停学”的要求,各高校充分利用已有课程积累和网络资源,积极开展线上授课和线上学习等在线教学活动。

《大学物理实验》课程是高等院校理工科专业的必修基础课程,包含力学、热学、光学、电磁学、电工学和近代物理学实验.通过知识学习,培养学生科学实验素质、基本实验技能、严谨认真的态度、良好的学习习惯、理论联系实际的精神以及实事求是的作风。通过观察、测量和对实验进行完整的分析报告,初步掌握实验思想方法,提高分析问题和解决问题的能力。

本学期,物理与电子信息学院需要承担本学院、化学工程学院和食品与药品学院10个专业1065人(食品科学与工程,应用化学,化学工程与工艺,通讯工程、电子信息工程、电气工程及其自动化、过程控制、物理学等专业)普通物理实验和近代物理实验,生均12课时。按照教学计划,所有实验将从新学期第二周开始陆续开设,至第十五周结束。若推迟实验授课,待学生返校后再进行,会因为实验教学任务繁重,实验室设备有限,造成实验课程安排拥堵乃至无法按计划完成。学院结合实验教学实际情况,为确保实验教学计划能够保质保量完成,特制定出细致的教学计划,以下是具体实施方案

一、 理论授课

在学院确定了实验教学内容后,实验负责老师提前做好在线课程教学的充分准备,包括参加课程平台使用培训,做好网络课程教学资源完善;对于资源不全的实验项目,补充包括实验讲义、PPT、测试试题等相关内容。老师们精心准备,持续优化和调整教学手段。洛阳师范学院物理与电子信息学院《大学物理实验》理论课的授课计划安排在每个实验开始前30分钟,授课教师使用腾讯会议等软件进行网上直播讲解(如图1),同时,老师也会加入到班级群里,以便随时有针对性地在线答疑。我院精心组织,周密策划,确保学生在家顺利开展实验课程学习的同时,也尽力保证网上教学能够取得良好效果。

 

图1 使用腾讯会议软件进行实验理论在线直播授课

二、虚拟仿真授课

为了使学生尽可能直观的感知实验设备和操作流程。通过全方位调查研究和广泛联系,在学院未购置虚拟仿真实验平台的情况下,积极联系科大奥瑞虚拟仿真厂商,免费争取到一批高质量且涵盖力学、热学、电学、电磁学、光学以及近代物理的优质虚拟仿真实验教学资源的使用权限(图2)。同时考虑到学生在家可能会存在计算机硬件不足等问题,学院和厂商共同努力,开设了云平台虚拟计算机通道。学生仅需要通过计算机或者平板电脑上的浏览器,即可在云平台上实现虚拟仿真实验的高质量的完成。

图2 虚拟仿真实验教学资源

虚拟仿真系统可以保证学生在充分预习之后才能进行实验,实验操作可多次尝试,操作成绩取最高,考虑到考勤单有预习分数,系统中预习环节也有成绩记录,统一要求学生进入实验预习系统完成预习并答题。实验结束后,为了及时反馈学生实验情况,统一要求学生通过实验报告智能评阅系统提交报告,方便教师批阅。(图3)

图3 虚拟仿真系统

每次实验,授课老师都会督促学生在规定时间内及时完成任务点,并对其他实验资料进行学习,对讲义内容进行复习,直到学生对实验原理、实验仪器、实验操作等知识点都掌握为止。通过虚拟仿真系统,从实施过程和达到的总体目标来看,基本实现了“夯实原理”、“熟悉仪器结构及各个部件的功能”、“掌握实验内容和操作步骤”等老师们预设达到的效果。(图4)

 

图4 系统访问量统计

三、居家实验

实验课程更强调学生的动手操作能力,所以仅通过在线实验教学是不完备的。从实验角度来看,实验离不开具体的设备、材料,学生居家学习,无法利用实验教学仪器,在此情况下,如何利用身边的设备完成实验是我们所思考的重要问题。

通过参加各类学术讨论会议(图5),我们选择一款软件Phyphox,用来完成实验的关键是测量,该软件使用智能手机的各类传感器测量数据,如:加速度、压力、时间、磁力计、光强、GPS、陀螺仪等,利用这些传感器可以实现力学、热学、电学、光学等实验数据的测量。同时利用手机的摄像功能结合视频图像处理软件的数据分析,可以实现以前实验教学过程中难以完成的一些实验,如两维碰撞分析,单摆的非线性分析等等。(图6)

图5 参加线上学术讨论会议

图6 实验软件及指导记录

大学物理实验教学在不同高校、同一所高校不同学科间的教学水平存在差异,需综合考虑各校的师生、学科差异、系统设计,来提升教学效果。我院采取虚拟仿真实验+在线直播+学生居家自主设计实验的线上线下、理论和实践相结合新型教学模式取得了理想的教学效果。


 
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