新冠疫情背景下物理实验线上混合式教学模式探索与实践

李景奎，李春雷，倪海明，崔金刚

(东北林业大学，黑龙江 哈尔滨 150040)

2020年春季，新冠疫情阻止了高校学生开学返校的步伐，为了有效应对疫情的不利影响，教育部发布了《关于在疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见》，要求各高校充分利用在线课程教学资源，并依托各类在线课程平台，积极开展教师线上授课和学生线上学习等活动，努力做到“停课不停教、停课不停学”，成功应对了新冠疫情对教学不利影响[1-4]。本次在线教学开课门数、开课范围、影响程度都达到了史无前例的高峰，创造了我国教育史上的奇迹。

1 物理实验线上教学遇到的困难和问题

由于物理实验课程需要学生进行动手实验，线上教学存在一定困难。在疫情期间，国内很多高校只能将物理实验课进行了推迟处理，最终在开学无望的情况下，才匆忙进行了居家实验、虚拟仿真实验和视频教学等教学活动。虽然高校积极引导物理实验课进行线上教学活动，最终完成该学期物理实验教学任务。但疫情期间物理实验在线教学还是存在很多问题[5-7]。①多数实验教师没有线上实验教学经验，将线下物理实验视频直接搬到线上进行，学生不能动手参与操作，造成线上教学质量较差，学习积极性较低，学习效果不好。②各个高校已经储存了大量线下教育资源，当教师进行线上授课时，在教学资源选择、实验难易程度设计等方面经验不足，但在线教学能力急需加强。③虽然国内存在很多教学平台，但质量良莠不齐，有些教学平台在技术方面还存在很多不足，不能满足教师和学生的个性化需求。特别是物理实验的虚拟仿真供给量严重不足，可选择的虚拟仿真平台也极其有限。④居家实验有效选择较少，家中能够选用的实验配件有限，而且很难统一要求，特别是实验项目过于单一、简单，很难达到物理实验教学培养方案要求。⑤国内现有物理实验虚拟仿真项目建设不够成熟，特别是虚拟仿真实验与实际仪器教学方法相差甚远，直接按照虚拟仿真平台操作方法进行实验，不能达到物理实验教学效果。鉴于疫情期间物理实验教学存在的问题，笔者将在线课程、虚拟仿真实验和课堂教学三者有机结合，打造物理实验线上混合式教学模式，以疫情期间开课的物理学2018-1班为试点，进行物理实验的线上混合式教学，探究物理实验线上教学最佳模式，有效应对疫情对物理实验教学的影响。

2 物理实验线上教学准备及实施过程

2.1 选择虚拟仿真实验平台

在疫情期间，国内新兴一批虚拟仿真实验教学平台，但服务质量和技术水平良莠不齐，必须认真调研物理实验虚拟仿真教学平台状况，最好能够结合本校现有仪器，尽量选择操控性强、技术成熟、使用量大、满足实验教学需要的仿真实验平台，特别应该注重线上服务质量。将物理学2018-1班教学班加入虚拟仿真实验平台，这样学生通过自己学号和密码登录，就可以进行虚拟仿真实验。

2.2 重新编写虚拟仿真实验教学讲义

虽然虚拟仿真实验平台实验项目具有普适性，但平台提供的教学讲义远不能满足实际教学需要，特别有些实验方法、实验原理、实验内容及实验步骤等与实际教学脱节严重，不能完全满足教师实际授课需要。因此，就要求授课教师尽快熟悉虚拟仿真实验仪器操作步骤，重新设计线上实验教学各个环节，在平台提供讲义基础上重新编写满足实际教学需求的实验教学讲义，不能将所有实验教学环节都交给仿真实验平台。在完成讲义编写工作基础上，教师通过虚拟仿真实验平台进行授课，学生通过虚拟仿真实验平台进行仪器操作。

2.3 虚拟仿真实验的在线课程建设

为了方便学生学习虚拟仿真实验内容，需要对虚拟仿真实验进行在线课程建设，将实验预习、复习与线上课堂教学和仿真实验操作紧密结合，把虚拟仿真实验“慕课”视频形式融入线上教学中，授课教师需要完成实验理论教学PPT和仿真实验视频点的制作，力争简单易懂、图文并茂，具体仿真实验在线课程制作流程如图1所示，具体步骤为：

①首先根据虚拟仿真实验讲义，准备仿真实验的理论教学内容，制作该仿真实验理论教学PPT。

②进行仿真实验的课程设计，将实验目的、实验原理、实验内容、仪器及实验步骤和注意事项等知识点进行细化、切分，分别录制仿真实验理论教学PPT视频，尽量做到每个视频点主题突出，内容完整，时间为40 s～10 min不等[8]。以杨氏模量实验为例[9-10]，虚拟仿真实验的在线课程设计如表1所示，表中给出了该虚拟实验设计方案，并设置了在线互动环节和实验思考题，方便学生课前预习、课后复习、线上交流和知识拓展。

③结合仿真实验平台实际操作，特别注重仿真仪器与真实仪器对比，录制虚拟仪器教学视频，并给出仿真实验平台原始操作视频，同时引进了其他高校实体线上教学视频，如图2所示为虚拟仿真实验操作截图。

④将相应实验教学知识点的PPT和仿真实验慕课视频等资料上传超星慕课教学平台，本次物理实验教学的在线课程网址为：https：//mooc1-1.chaoxing.com/course/87939836.html

⑤将物理学2018-1班加入在线课程教学班，学生就可以通过自己学号和密码登录在线课程或学习通App，能够在线学习虚拟仿真实验相关知识。

图1 仿真实验在线课程制作流程图

图2 仿真实验操作截图

表1 虚拟仿真实验在线课程设计(杨氏模量)

3 物理仿真实验的线上教学活动及期末成绩

3.1 仿真实验线上混合式教学模式

在疫情期间，采取线上混合式教学模式进行物理实验教学，具体实施步骤如下：①学生通过超星慕课平台进行虚拟仿真实验教学视频学习，进行课前预习，撰写实验报告。②上课期间，教师通过钉钉、腾讯会议等教学平台进行线上授课，学生进行线上听课。③学生通过虚拟仿真实验平台进行仿真实验操作，经过反复操作完成虚拟仿真实验，获得实验的原始数据，与此同时，教师通过钉钉、腾讯会议等教学平台进行实时指导。④学生按照授课教师实验要求进行数据处理，并通过超星慕课平台上传电子版实验报告，杨氏模量实验报告上交情况如图3所示，班级26人全部按时上交了实验报告。⑤教师通过超星慕课平台下载实验报告，并进行线上批改，给出实验成绩并反馈学生。⑥学生通过超星慕课平台进行课后复习，并完成教师布置的线上思考题。

图3 实验报告上交情况截图

图4 期末成绩分布情况

3.2 物理仿真实验期末成绩

从在线课程学习情况和虚拟仿真实验平台完成情况可以看出，大部分学生通过在线课程进行了课前预习，上课期间能够顺利完成虚拟仿真实验，甚至很多学生课后进行多次仿真实验练习，并能够通过在线课程的进行课后复习，学生完成实验报告质量较高，成绩良好，并能积极完成教师布置的思考题，物理学2018-1班期末成绩优良，整体成绩分布情况如图4所示，其中优秀为13人，良好为11人，中等为1人，及格为1人。

4 结 语

新冠疫情给物理实验线上教学造成了极大的困难，探索物理实验混合式线上教学模式，对未来的物理实验线上教学和教育教学改革具有十分重要意义。在疫情期间，笔者进行了线上物理实验混合式教学，制作虚拟仿真实验慕课视频，以物理学2018-1班为试点，将慕课和虚拟仿真实验结合，将预习和讲授结合，利用现代计算机、互联网等信息技术，打造了全新的混合式线上教学模式，教学效果较好，学生能够高质量完成实验报告，期末成绩优良，有效应对疫情带来的不利影响。