MOOC背景下大学物理基础实验教学方法创新与实践

李丛 李雪莹 宋戈 常英立 张建军 贾凌春

[摘           要]  大学物理实验作为大学生入学的第一门实践课程，对后期进行的专业能力训练起到了基础和引领作用。结合MOOC优秀资源，以超声声速测量实验为例探索大学物理基础实验的教学方法和有效考核途径，探索激发学生学习兴趣的方法。

[关    键   词]  大学物理基础实验;MOOC;创新精神;教学方法

[中图分类号]  G711                   [文献标志码]  A                    [文章编号]  2096-0603（2020）07-0048-02

新工科[1]背景下，作为大学生入学的第一门实践课程大学物理实验肩负着学生构建知识、增强技能以及培养实事求是、严谨踏实的科学态度的教学目标。目前大学物理基礎物理实验教学模式单一，实验教学资源难以有效利用，考核方式存在较大弊端[2]。我们借鉴复旦大学基础物理实验教学先进理念，培养学生的创新能力和综合素质。在实际教学实践中把结合大学物理基础实验教学和MOOC课程优点[3-8]结合起来，形成课内与课外相结合、线上与线下相结合的教学模式[9]进行教学改革。

一、大学物理基础实验的教学任务

首先，培养学生掌握大学物理基础实验的基本知识、方法和技能[10]。在大学物理基础实验教学过程中注重培养学生借助教材或仪器说明书正确使用实验常用仪器的能力;通过实验过程中对物理现象的观察、物理量测量掌握物理实验基础知识、方法和技能;通过观察、思考和对实验的分析总结，加深对物理规律的理解。其次，在教学过程中，尤其是进行实验操作时，有意识地提高发现问题、思考问题、分析解决问题和自主学习的能力，在实验过程中发现问题、鼓励学生尝试独立思考问题、查阅并理解实验相关资料，分析解决问题。再次，培养学生实事求是、严谨踏实、诚信的科学态度。如培养学生敏锐的观察力，以及规范地记录和处理实验数据、科学严谨地展示结果、撰写实验报告的能力，也称为实践基于证据的学术讨论。最后，学生通过本课程的训练，学生能较自信地参与实验探究和创新。学生在没有教师的指导下独立进行实验，实际上是科学实验全过程中的初步训练，学生在具备借助教材或仪器说明书正确使用实验常用仪器的能力基础上，学会根据实验数据、图表，数据分析建立物理量之间函数关系，并科学地展示结果。

二、以超声声速测量为例，充分利用先进技术进行教学方法创新

根据上海海洋大学双一流建设强化本科教育及工程认证要求，把大学物理基础实验分为四大类：海洋类、食品类、信息类、工程类。以海洋类实验超声声速测量为例进行教学改革。

（一）课前预习三步法，提升预习质量和自学能力

1.预习实验：充分利用先进技术，如把实验安全管理、实验预备知识、操作步骤等通过微信、QQ、蓝魔云班课、EOL等及时公布，提前给学生布置预习任务，根据教材《大学物理实验》超声声速测量相关内容进行预习。

2.网上MOOC学习优秀资源：建议学生参考中国大学MOOC上国防科技大学的相关资源进行课下辅助学习，效果更佳。

3.请学生进行实验测试，创建蓝墨云班或课，提前给学生布置声速测量实验预习题，或思考题，建议学生手机上进行测试，两次机会，截止日期是进行实验的当天。

（二）结合实际物理意义进行课堂导入，提高学生对本实验的认同感

超声飞行器飞行速度接近声速时[11]，会出现阻力剧增、声爆、操纵性能变坏和自发栽头的现象，飞行速度也不能再提高，因此人们曾以为声速是飞机速度不可逾越的障碍，称为“音障现象”。因此声速的准确测量非常重要。声速又称“音速”，本质上是介质中微弱压强扰动的传播速度，与密度、温度、压力等有绝对关系。声波根据频率可以分为：频率小于20Hz的声波为次声波，20Hz～20kHz的为可闻声波，超声波的频率大于20kHz。由于声波在空气中的传播速度与声波的频率无关，依据声波特性选择声波。由于超声波没有噪声，一般的音频对它没有干扰，波长短方向性好，因此可以选择超声波。超声波是指频率大于20kHz的声波，广泛应用于声呐、雷达、探伤、石油勘探、医学等领域。

（三）体验式课堂学习，激发学生的求知欲和好奇心，加深对共振现象的理解

很多时候，在学生上超声声速测量实验的时候，有的专业的大学物理课程不包含机械振动、机械波的知识，或者即便包含此部分内容，但是由于课时受限也不会讲到共振的知识点。大多数学生对共振的理解还停留在中学阶段或者概念上水平上。在基础物理实验中利用鱼洗实验介绍共振，请学生体验共振现象。

（四）课中利用多媒体、视频讲授实验预备知识、原理15分钟

利用多媒体可以图文并茂、结合动画生动形象地介绍压电陶瓷超声换能器、正压电效应、逆压电效应和驻波的概念。结合示波器测量两相邻波腹间的距离就可测定波长。同时可以给学生介绍各种乐器，包括弦乐器、管乐器和打击乐器，都是由于产生驻波而发声，因此为得到最强的驻波，弦或管内空气柱的长度必须等于半波长的整数倍。

（五）采用“三步走”带实验，尽可能全部指导到位，减少掉队学生

大学物理基础实验课，班级人数一般为30人左右，一名教师同时指导30名学生进行两个实验，容易出现的是学生听不清楚、不理解操作步骤、得不到实验现象，出现掉队的问题。因此，实验过程中要按照“教师演示—学生吸收理解进行操作—教师、学生相互检查确认”的步骤进行。首先回顾一下示波器的调节与使用，演示仪器连线，给学生10分钟的时间消化吸收，并成功进行超声测度实验的接线操作，请同学们相互检查连线，教师再次检查，确定无误后进行下一步;接着谐振频率调节，驻波、相位差法依次按三步走来做实验。

（六）提升学生的合作能力和物理表达能力

实验过程中学生分组实验，两个人一起合作，相互讨论进行实验，实验结束后，讨论、实验原理、应用扩展。采用计算器、Origin、Excel等进行数据处理，实验分析;兴趣为主，选择感兴趣的相关小课题进行文献检索、撰写综述。

三、考核方式多元化，增加持续学习能力和科研创新能力

为了激发学生的学习兴趣，增强学生的持续学习能力和科研创新能力，在基本实验考核的基础上，如预习报告30%;实验操作30%;数据处理与分析20%;总结讨论、实验感想20%。增加加分奖励机制，如：持续学习能力提升：大学物理实验MOOC学习，加分5%～10%;科研提升：根据大学物理体验或者感兴趣课题撰写课程论文，加分5%～10%;创新能力提升：凭兴趣参加物理类课外创新活动并取得一定成果，加分10%;表达能力：课堂讨论表现优秀，做报告优秀，加3%。

四、改革效果以及结论

通过教学实践后，对468名学生进行问卷调查，283名男生，185名女生。调查结果见下表。

数据表明教学改革促使学生的积极性有所提高，对预习的重视比改革前大有提高，经过四个实验循环下来以后，学生的自学能力、表达能力、团队协作能力，尤其是动手能力有了很明显的提升。教学改革有效增强了学生构建知识的能力，书写实验报告、用科学术语提问及回答问题、参加讨论积极性，学习兴趣和创新精神有了较大的提高。

但是也存在一些问题，课堂指导实验三步走，确保学生不掉队的做法，学生的实验操作主动性会有所降低，做完一步后，被动等待老师讲第二步。这时候可以让这些操作能力强的学生作为老师的助手去志愿帮助其他同学，或做超声声速的拓展实验。利用时差法测量速度，既可以提升学生对知识能力的理解，又可以培养学生的责任感和创新精神。

参考文献：

[1]吴爱华.面向未来，主动谋划，以新工科建设引领高等教育变革[R].北京，2018.

[2]李松，刘秀琴.“互联网+”大学物理实验教学体系构建[J].实验技术与管理，2017（1）.

[3]JustinReich.Rebooting MOOC Research[J].Science，2015，

347.

[4]冯新，许伟.高校教学引入MOOC成效与策略分析究[J].教育教学论坛，2018（34）.

[5]李丛，周少松.MOOC、游戏化思维结合的大学物理教学改革探究[J].教育现代化，2016（11）.

[6]何焰兰，彭刚，刘振祥.大学物理实验MOOC及教材的建设与探索[J].物理实验，2018（1）.

[7]曲智丽，韩佳妤，陈悦，等.影响大学生对MOOC适应性因素研究[J].教育教學论坛，2017（8）.

[8]王祖源，倪忠强，王瑜，等.从OC到MOOC大学物理课程建设再思考[J].中国大学教学，2014（6）.

[9]张凤琴，刘强，林晓珑.信息技术与大学物理实验深度融合的教学模式研究与探索[J].实验技术与管理，2019（6）.

[10]凌翠翠，郭天超，祝磊.“一带一路”视野下以创新能力培养为导向的留学生物理实验课程设计与实践[J].实验技术与管理，2019（6）.

[11]Halliday.ResnickandWalker，FundamentalsofPhysics[M].张三慧，李椿，译.6版.北京：机械工业出版社，2019.

◎编辑 陈鲜艳