基于学习通平台的大学物理实验混合式教学设计—以拉伸法测金属丝的弹性模量实验为例
吴云沛 陈杰 胡永金 周晓红
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吴云沛 陈杰 胡永金 周晓红,. 基于学习通平台的大学物理实验混合式教学设计—以拉伸法测金属丝的弹性模量实验为例[J]. 现代物理学报,2022.7. DOI:10.12721/ccn.2022.157063.
摘要: 后疫情时代促使大学物理实验等实践类课程的教学模式必须做出相应改变。本文以拉伸法测金属丝的弹性模量实验为例,设计并实践了借助学习通平台如何对该实验进行线上线下混合式教学,建立线上线下教学互融的大学物理实验教学体系。
关键词: 混合式教学设计;同伴教学;任务驱动
DOI:10.12721/ccn.2022.157063
基金资助:2020年教育部产学合作协同育人项目:数码光学实验课程培训(202002266005)

引言

2020年新冠疫情的爆发,对现行传统教学模式产生了巨大地冲击,全国各大高校在教育主管部门的指导下均提出了“停课不停教”、“停课不停学”,让教师迅速利用网络平台开展线上教学,即教师在网上教,学生在网上学,这一政策的提出,一是令很多从未开展过网络教学的教师一筹莫展,尤其是年龄偏大的老师,二是实践类课程教学团队的教师也遇到了前所未有的困难。大学物理实验是高等理工科院校对学生进行科学实验基本训练的必修基础课程,是学生接受系统实验方法和实验技能训练的开端,实验教学不同于理论课程教学,更加强调学生的动手操作和实践探索过程,但是脱离了“实验室”平台载体的大学物理实验课程,能否进行网上教学?又如何组织网上教学?是否能达到课程培养目标呢?经过本人所在大学物理实验课程教学团队不断地在线协商、研讨和论证,在我校率先推出了“在线实验理论+居家实验+课程直播+在线答疑”的多通道线上实验教学方案,保证了特殊时期实验课程的顺利开课和教学质量,同时开创了实践教学的新方法和新模式,总结出了一套系统的实践教学经验。但是从另外一个层面反映了大多数教师,大多数课程的墨守成规,传统教学模式的不足,教师作为教学的具体实施者,随着“互联网+教育”的不断深入发展,教师是时候需要做出不同于传统教学设计的新设计了,即在大学物理实验教学中推行混合式教学模式,新的教学模式需要全新的教学设计去支撑,如何去做好教学设计就摆在了教师面前,一是要达到课程培养目标,二是要选择在线平台,三是新的教学设计对应的教学效果的评价等等一系列问题。

1 拉伸法测金属丝的弹性模量实验的学情分析

1)学生通过对实验教材的预习、学习通平台的大学物理实验线上资源的自主学习及课前师生的线上交流,大部分学生对近距转镜弹性模量仪的结构、使用方法和光杠杆放大法测微小长度的原理有一定的了解,但要让大多数学生比较系统全面地讲出来还是存在一定的困难。

2)弹性模量E是描述固体材料抵抗形变能力的重要物理量,是选定机械构件的依据之一,是工程技术中常用的参数,其相关知识在大学物理课程中未涉及,学生对此量的理解需要自行查阅相关资料自主学习,但由于近年来学生入学成绩有所下降,其对理论知识的自主学习有一定的困难,独立查阅资料的能力也有所欠缺,尽而导致其主动学习的积极性降低,但是本实验更关注的是光杠杆的放大法原理,其设计思想巧妙、原理简单易懂,教师要引导学生在此方面做重点预习,以提高学生主动学习的比率。

3)虽然学生的理论基础薄弱,但00后大学生有很强的好奇心,综合素质较高,学习能力较强,喜欢动手且能力较强。

4)00后大学生个人主义浓厚,合作意识薄弱。

2 拉伸法测金属丝的弹性模量实验的教学目标

1)学习用静态拉伸法测量弹性模量的方法;

2)掌握光杠杆法测量微小长度变化的原理和方法;

3)掌握螺旋测微计、游标卡尺及望远镜的使用方法;

4)学习用逐差法或Origin软件处理数据;

5)学习正确选择测量仪器,从而体会误差理论对实验的指导意义;

6)能够自主投入学习,学会发现问题并解决问题;

7)在实验中认识到同伴合作,同伴互学的重要性。

其中第6)、7)个目标是相对于传统教学模式下所设教学目标的最大不同,在混合式教学模式下,师生的角色都发生了比较大的转变,教学的主体不再是教师,新的模式着重培养学生自主学习能力,让学生切身体会到自己真正参与到学习中的乐趣,学生成为学习的主体,老师发挥催化剂的作用。

3 拉伸法测金属丝的弹性模量实验的教学过程设计

本实验教学过程包括了课前自主学习、课堂协作研究和课后总结与反馈。

课前任务设计

 课前任务设计环节包括学习教材相关内容,观看学习通平台上实验视频、多媒体课件和查阅资料,完成预习问题的回答。在学习通平台在线课程中以自主预习任务单,即问题的形式在学生实验前一周发放给学生,问题的设置应注意激发学生的学习兴趣,兴趣不是天生的,需要教师良好的引导,本实验设置了10个问题,题目所属类型不同,考察重点不同,在此期间,在学习通平台上师生间开通在线讨论、答疑通道。此环节结束后,教师再根据学生的答题,总结出预习时存在的主要问题,共性问题,然后在后期的课堂教学过程中重点解决。

课中任务设计

课前学习反馈:1.png

在本环节中通过课堂分组讨论,可以强化学生对知识的应用和评价。

实验探究:   

2.png

在本环节中,重点体现学生间的互相学习和团队合作,即采用同伴教学。教师也要分阶段查看学生的完成情况,根据情况,指导学生,这里的指导更重要的是体现引导,着重培养学生的独立逻辑思维和创新能力的挖掘。

分析讨论:

3.png

课堂评价:

本环节关注实验过程中各小组提出问题的个数与质量,重点关注学生解决问题的能力和学习的投入程度。问题的个数反应出的是两方面的截然相反的问题,一是学生个体基础较薄弱,二是基础较好的学生进行了更深入的思考。

课堂总结:

要确立以学生为中心的教学理念,通过各种有趣的物理史实(弹性模量的提出者:托马斯·杨,被称为“世界上最后一个什么都懂的人”;公开置疑牛顿的勇士;史上十大最美实验第5位双缝干涉实验的完成者等)、物理现象引起学生的注意,然后适当的提出问题,激发学生的求知欲望。在指导实验时,应贯穿物理思想与物理方法的教育,并融入思政元素,让学生知其然知其所以然,引导学生善于发现问题并解决问题。

4 拉伸法测金属丝的弹性模量实验的课后教学过程设计

1)课后发放知识检测题,对实验内容加以巩固,加深学生对实验原理的理解及反思操作过程中的问题。在此过程中学生继续在学习通在线反馈,指导教师答疑解惑。知识检测题的成绩以一定比例计实验报告成绩,以任务驱动学生。

2)详细批注实验报告中存在的问题,并在学习通在线课程班级群中将普遍性问题反馈给学生。

5 结束语

大学物理实验的传统教学模式在疫情的影响下发生了巨大地改变,促进了实践类课程的教学大踏步改革,促使实践类课程教师的教学理念发生了很大的转变,从传统的课堂教学逐渐向线上线下教学互融的混合式教学转变。

参考文献

[1] 李永涛等.后疫情时代大学物理实验教学模式改革与实践[J].大学物理实验,2021(34):140-142.

[2] 欧阳建明等.线上线下混合式大学物理实验教学设计-以示波器使用实验为例[J].物理实验,2020(40):38-41.

[3] 刘国营.大学物理实验[M].北京:机械工业出版社,2014.

[4] 王祖源等.基于SPOC的大学物理混合式教学设计[M].北京:清华大学出版社,2019.

[5] 李华振等.超声光栅衍射实验的教学设计[J].课程教育研究,2017(27):154-155.

第一作者简介:吴云沛(1978-),男。讲师,硕士,主要研究方向为大学物理实验教学,大学物理教学,光电材料研究。

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