【战“疫”·网课】将大学物理实验课开在虚拟仿真系统上
[ 作者:张玉芹 来源:新闻中心 浏览:819 录入时间:2020年03月30日 ]

2月24日全校理论课教师开始轰轰烈烈进行线上教学起,大学物理实验室课中心的老师就一直在思考这样的问题:作为重在培养学生基本实验技能和科学实验素养的大学物理实验课,在脱离了“实验室”这个教学主战场后,能不能进行在线教学?怎样进行在线教学?

3月17日下午教务处姜永远处长和张策副处长大学物理实验中心的老师进行了交流和探讨明确提出:大学物理实验必须要线上教学,而且要尽快进行。



大学物理实验中心首先想到了线上实验模拟仿真的教学方式虚拟仿真实验云平台可以为学生提供和实际实验类似的实验环境学生可以在虚拟仪器上进行和真实实验基本上一致的操作,像仪器接线、仪器操作、仪器校准、仪器调节、仪器组装、仪器测量等,然后记录实验数据,上交电子版的实验报告。通过虚拟仿真实验学生可以对各种实验项目建立起直观的认识,在实验过程中也可以实时观察仪器仪表的各种读数、指标和内部结构动作的变化等等,实现对实验原理、仪器结构的理解,实现对实验仪器功能和使用方法的训练,形成良好的实验习惯和实验素养。多次协商,有模拟仿真实验云平台的科大奥锐公司愿意在疫情期间免费为我校开通大学物理实验虚拟仿真实验在线云平台。

按照培养方案,本学期大物实验一个学分24课时,学生需要完成8个实验。考虑到大物实验课是本科生的第一门实验课,对学生动手能力培养、实验习惯实验素养的养成有着至关重要的作用,实验中心制定了模拟仿真实验和实际实验结合的多种组合预案:如果4月中旬能返校,要求学生完成线上8个模拟仿真实验中的4个,开学后再完成10个实际实验中的6个;如果4月底5月初能返校,要求学生完成线上8个模拟仿真实验中的6个,开学后再完成6个实际实验中的4个;如果5月中旬才能返校,学生完成线上全部开设的8个模拟仿真实验,开学后再完成4个实际实验中的2个;如果5月中旬以后才能返校,学生完成线上全部开设的8个模拟仿真实验,开学后视本学期剩余时间的多少,再完成4个实际实验中的1-2个;如果返校后没有时间再上实验课,学生完成的线上8个模拟仿真实验的考核,作为本学期大学物理实验的实验成绩。

反复讨论和研究,实验中心教师一致认为,线上实验课上课方式为网上MOOC+直播课堂+模拟仿真实验的方式,课下学生看MOOC视频,课上教师用腾讯直播课堂讲解实验原理、实验仪器、实验仪器注意事项、实际仪器和仿真仪器的对比、仿真实验的演示,然后让学生在线进行模拟仿真实验,教师利用直播课堂进行在线指导。

确定了实验方案和教学方式以后,实验中心所有教师包括三个实验员老师都积极行动了起来。经过5天紧锣密鼓的准备,模拟仿真实验平台已经完全开通,实验预习、实验操作、实验数据线上记录与处理、实验报告线上提交与批改、实验成绩统计与分析等调试运行一切正常;面向全校理工科学生1700余人的8个学生课程群也已经建立,由实验员教师专人管理,所有学生均已入群,架起教师与学生、辅导员老师沟通与交流的桥梁;根据学生的时间,确定实验课集中在周六和周日进行,线上上课任务分配、课表均已完成5周开课的时间表也完全确定了下来。

为了确保实验线上教学工作的顺利开展和保质保量的完成,实验中心于3月21日下午组织了全体教师进行集体备课,每位授课教师讲解自己准备的PPT,网上演示模拟仿真实验的操作,然后集体讨论并完善授课内容及授课方式,形成最终的讲稿。集体备课从下午两点一直持续到晚上七点,授课老师备课充分,课件中都提供了实验室实际仪器的照片和仿真实验仪器进行对照,讲解了现实和虚拟仪器的区别以及网上模拟操作和实际操作的对应关系,讨论热烈。王本阳老师特意就腾讯课堂软件的使用给大家做了专门的培训。



3月28、29日,大学物理实验首轮开出声波、干涉法、偏振光和光电效应4个在线实验,王本阳、曲文葛,李盛凤、范光华,焦威严、郭帅,刘慧、赵淑坤8位老师轮流执教,1700余名大一学生在直播课堂上学习实验原理,在虚拟仿真系统中调试设备、记录处理数据,在线提交实验报告。

相比于实体实验,线上实验有哪些优缺点?

大学物理实验中心主任王新顺老师介绍,“线下实验课受设备所限,一次只能30人同时做实验;线上上课一个群是220人左右同学们可以大规模同时线上实验

刚刚做完干涉实验的马同学表示,在线实验总体感觉还是比较好的,在老师的讲解和示范视频的帮助下能够了解到需要注意的细节并完成实验;而且线上实验时间比较自由,不像线下实验一样需要固定时间与地点。“但是,对于动手能力和实际操作能力的锻炼,我感觉还是比不上实体实验的。”

李盛凤老师以自己刚刚指导的等厚干涉实验为例,“在线实验的实验现象有直观的图像,图像随调节操作变化而随之变化,利于老师讲解也利于学生理解;每人一个屏幕,老师讲解时学生看得清楚,避免了实验室教学时学生围在一起看不清看不到的现象,或者老师为了让同学看清而分组讲解,同一个操作老师要分组讲解多次。缺点是仿真仪器有简化,与实际仪器有差别,调节操作也随之简化或有差别,因此仿真实验对于学生认识理解实验有优点,但只有在实验室实际操作了,学生动手能力才能真正得到锻炼。”

王本阳老师表示,使用虚拟仿真系统,学生足不出户就可以在线完成大学物理实验等实践类教学课程,在疫情期间这一点尤其重要;学生上完网课后可以自由选择做实验的时间,实验效果如果不好可以进行多次实验,最后取最高分;虚拟仿真实验项目的实验操作流程以及不同仪器测量数据存在差异,这两点和实体实验还是非常接近的;学生可以在线体验很多我们学校没有开设的实验项目,可以增长知识,开阔视野。“但是,虚拟仿真实验还是缺乏一定的真实感,教师在线指导也存在一定的困难,在这些方面还是无法取代实体实验。”

据悉,为了增强学生的实际动手能力,实验中心还计划让同学们利用家里的日常用品做本学期开设的物理实验,实现居家做实验。(记者  张玉芹)






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