摘要:在阐述“互联网＋”概念以及分析大学物理实验教学现状的基础上,探索构建“互联网＋”背景下的大学物理实验教学体系,提出“互联网＋”背景下的大学物理实验教学模式改革策略,以期改进传统实验教学模式,推动大学物理实验教学改革.
关键词:互联网＋;大学物理实验;教学模式
１“互联网＋”教育教学
在２０１５年３月的第十二届全国人民代表大会第三次会议上,李克强总理提出制定“互联网＋”行动计划,指出通过该计划,深入推进“互联网＋”教育,促进优质教育资源的共享利用.所谓“互联网＋”,是指以互联网为主的新一代信息技术(包括移动互联网、云计算、物联网、大数据等)在经济、社会生活各部门的扩散、应用与深度融合的过程,这将对人类经济社会产生巨大、深远而广泛的影响.“互联网＋”的本质是传统产业的在线化、数据化[１].互联网＋传统集市,淘宝出现了;互联网＋传统银行,支付宝出现了;互联网＋传统交通,滴滴打车出现了等,也就是说,“互联网＋”是用互联网思维、技术对传统行业进行改造,改造的结果是新行业形态的出现[２].在教育领域,“互联网＋”的结果,将会使未来的“教”与“学”活动与互联网紧密结合.
２大学物理实验教学现状及存在问题
大学物理实验是高等工科院校各专业课程体系中一门重要的基础课程,其内容涉及面广、实用性强,便于学生掌握并了解各种物理实验背景、基本原理,各类实验装置的工作原理及使用方法,旨在培养学生独立思考、查阅资料,确定实验原理、方法,物理过程公式推导、实验方案设计、合理选择实验仪器设备等能力[３Ｇ４].当前大学物理实验教学模式普遍存在以下问题:(１)实验教学模式单一.由于实验课程学时有限,大学物理实验教学中以“教师为中心”的现象比较普遍[５].实验过程中,教师讲学生做,导致学生被动地完成实验,师生间的互动、交流较少,难以启发学生的创造性思维.因此,这种单一的实验教学模式,不利于创新人才培养.(２)实验教学资源难以有效利用.传统的大学物理实验教学资源分散在各高校,各高校自行其政,大部分实验资源管理模式较为落后,实验室开放率较低,很难实现高校间实验资源有效整合和共享,降低了实验资源的利用率.(３)考评方式存在较大弊端.目前,大部分高校对大学物理实验的考评采用传统方式,即以学生每次实验上交的实验报告为依据,汇总后得到最终成绩.导致很多学生将更多的精力放在实验报告上,甚至有些学生实验过程中不认真学习,课后抄袭他人实验结论等.这种考评方式不能真正体现学生的实验水平,也无法准确地反映出学生的个人科研创新能力,难以激发学生的创造性思维和做实验的积极性[６].
３大学物理实验教学IT架构设计
在分析了大学物理实验教学现状及其普遍存在的问题的基础上,为有效提高大学物理实验的教学效果、更好地提升学生的综合能力,结合我校教学实际情况,我们提出“互联网＋”背景下的大学物理实验教学体系模型(见图１)在“互联网＋”背景下的实验教学中,高校学生、实验教学的教师作为模型中的主体,是实验教学的直接参与和受益者;高校实验管理人员和信息化技术支撑人员,对实验教学起着重要的管理和技术支持作用.
３．１技术支撑层
本层主要是应用大数据、云计算、物联网、移动互联等先进的技术,构建起支撑大学物理实验教学的软、硬件环境,使实验教学整个过程更加智能.例如基于“云计算”技术构建的实验教学与资源服务平台,从互联网为用户提供大量构建实验教学和服务所需的资源,而无须将资源下载或安装到本地,实现实验教学和服务的网络化、虚拟化和集成化,优化实验教学环境并部署在云环境上,从而打破现有实验条件和环境的限制,解决当前实验资源不足问题[７Ｇ８],更好地实现资源共享.在“云计算”环境下,探究型、协作型等教学模式将得到更广泛的应用;应用大数据技术充分挖掘学生的学习风格,跟踪学习进度,及时根据学生的喜好和特点,按需为其推送信息、推荐实验教学资源与设备等,提供个性化实验教学服务;随着智能手机的功能越来越强悍,WiFi等网络连接方式越来越普及,手机里的APP应用及优质学习资源也越来越丰富,为学生利用智能手机查找实验资料、看实验微课视频、与实验教师和同学交流信息、发微信、录音录像等提供了方便.这些技术的应用,主要依靠高校专门的信息化技术服务部门构建数字化校园环境,或者依托于校外企业技术支持.
３．２业务管理层
在先进的“互联网＋”环境下,根据高校大学物理实验教学特点,建设大学物理实验教学与管理平台,主要包括网上选课系统、网上实验教学与资源服务平台、网上实验考评系统,将传统的实验教学业务管理、教学实施、考核评价通过网络平台实现,对实验教学全过程进行跟踪和管理.同时,将相对独立的实验教学人员、软硬件设备、实验教学资源进行优化组合,方便实验管理人员进行一体化管理.
３．３服务展示层
将面向用户的实验教学服务整合起来,构建分布式、标准化的智能型网络实验教学平台,以一站式网络实验教学平台的实验教学为核心,无论使用哪种终端访问,都可为实验教师和学生提供统一的服务展示界面和统一的实验教学服务入口,提升用户使用体验.
３．４用户访问层
在“互联网＋”背景下的实验教学中,学生可通过智能手机、PAD、PC机、智能触摸设备访问实验教学资源,随时随地通过微信、QQ、SNS等社交软件与教师或同学交流,探讨实验过程中的问题;教师可提前布置实验预习内容,将各类实验教学视频、虚拟实验教学素材等上传至教学资源服务平台.
４“互联网＋”大学物理实验教学模式实施
４．１充分利用先进技术,实现教学模式创新
在“互联网＋”时代的教学活动中,学生是实验教学的主体,教师是主导者和组织者.实验教学内容由学生自主选择,“互联网＋”背景下的网上实验选课系统提供学生网上选课及实验预约功能,学生可通过系统选择自己感兴趣的实验,预约实验时间和地点,大数据技术可根据学生喜好和特点,按需为其推送实验相关信息,学生可提前预习,拓展知识深度和广度.在实验教学过程中,上课前,教师将大学物理实验课程的教学内容制作成微视频、实验课件上传到云平台上,并在平台中或者通过微信群、QQ群等社交软件及时公布相关的教学信息,布置需要提前预习的实验内容.实验课堂上,教师根据提前准备的课件内容,简化讲解内容,以解决学生疑问、组织学生分小组开展讨论等方式调动学生实验的兴趣.对一些实验理论较复杂、实验步骤较多的实验,例如用波尔共振仪研究受迫振动实验,可采用网络虚拟实验方式,学生借助网络虚拟环境,通过鼠标或键盘调用相关的设备、仪器、仪表等工具,根据实验要求测量和计算阻尼系数的值,学生测量的实验数据可以通过网络实时地传输给指导教师,教师可及时了解每个学生做实验的进度,实时检查实验数据、存储实验记录,最终得出相应的实验结果[９Ｇ１１].课后布置实验报告等教学活动都可直接在“互联网＋”的云平台上完成.
４．２构建开放、可持续的实验教学资源建设新生态
基于“互联网＋”技术构建的实验教学与资源服务平台可有效整合实验资源,实现资源共享,以改进传统实验教学模式的封闭和限制,实现资源的优化配置和提升使用效率[１２].在大学物理实验教学资源建设中,利用“云计算”技术构建的资源平台,为获取、收集、整理各类实验教学素材、课件等提供了更方便快捷的途径,实验资源可以在网络上无限地添加和更新,所有教师和学生在实验教学过程中都可以不断地改进、充实、动态更新教学资源库,从而构建起开放的、可持续发展的实验教学资源生态环境,更好地实现资源共享和优化利用.
４．３注重实验过程评价,创新实验考核方式
传统的实验教学多采用实验报告＋期末试卷考试的考核方式,在“互联网＋”技术支持下的大学物理实验课程评价上,采用线上评价和线下评价、形成性评价和终结性评价相结合的方式[１３].线上评价可利用网上考评系统中收集的学生课前实验预习情况、对实验资源的学习情况以及在实验教学过程中,学生之间对学习问题展开讨论、交流情况等信息,通过大数据分析学生的在线资源查阅及课程学习信息,给出较为客观的在线学习评价.同时,教师结合平时与学生的在线互动交流情况,给予学生实验课日常评价,汇总后形成线上评价总成绩.线下评价则采用学生实验课堂表现和实验课考试相结合的方式.
５结语
在当前国家大力推进“互联网＋”与各行业深度融合的背景下,探索“互联网＋”大学物理实验教学体系模型构建,提出“互联网＋”大学物理实验教学模式实施对策,将“互联网＋”先进理念和技术应用于大学物理实验教学平台建设,可为用户提供多样化和更为灵活的双向交互形式.海量、及时的信息资源以及更广泛的虚拟学习群体,使网络学习更具个性化、高效率、灵活性,从而提高大学物理实验教学和管理的质量和效率,提升实验教学服务水平,进而推进高校实验教学改革。
作者：李松 刘秀琴 单位：哈尔滨工程大学理学院 哈尔滨工程大学网络信息中心