混合式專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索與實(shí)踐

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摘要：針對(duì)傳統(tǒng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中存在的理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法有效銜接、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容固定、學(xué)生發(fā)揮余地很少及實(shí)驗(yàn)成效不高等問題，以普通物理中的“分光計(jì)”實(shí)驗(yàn)為例，探索實(shí)踐了“理論教學(xué)+線上視頻與平臺(tái)仿真+線下實(shí)體實(shí)驗(yàn)”混合式專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。實(shí)踐結(jié)果表明：該模式可在實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效和諧共振基礎(chǔ)上，減小儀器設(shè)備投入，突破實(shí)驗(yàn)時(shí)空限制，調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性，開闊學(xué)生思維和視野，切實(shí)提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能、綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新意識(shí)。

關(guān)鍵詞：混合式教學(xué)；專業(yè)實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新能力培養(yǎng)

一、傳統(tǒng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的主要問題

在傳統(tǒng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本上為鞏固和加深理論教學(xué)而安排，通常要求學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)加深對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)。該實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在的主要問題，可以歸納為以下幾點(diǎn)[2]。

（一）理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法實(shí)現(xiàn)和諧共振

目前，專業(yè)課程的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式一般分為兩種：一是理論課和實(shí)驗(yàn)課分開，各自構(gòu)建體系；另一種是理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)合在一起，在理論課講解相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)之后開展實(shí)驗(yàn)。兩種方式各有特點(diǎn)，也各有不足。理論課和實(shí)驗(yàn)課分開，從各自課程體系的角度確實(shí)有一定的好處，但不可避免地存在著理論和實(shí)驗(yàn)的脫節(jié)。而理論和實(shí)驗(yàn)合在一起的方式，每次知識(shí)點(diǎn)講解過后就開展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，單從知識(shí)點(diǎn)理論和實(shí)踐之間的銜接可以做得相對(duì)較好，但這樣做實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)簡單，只能以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，很難開展綜合性、系統(tǒng)性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法實(shí)現(xiàn)和諧共振，學(xué)生綜合能力素養(yǎng)難以得到鍛煉培養(yǎng)。另外，通常課程理論講授和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)并非同一個(gè)老師，理論課老師負(fù)責(zé)相關(guān)理論知識(shí)的講授，往往并不完全清楚實(shí)驗(yàn)室里具體用什么儀器或者設(shè)備來驗(yàn)證相應(yīng)的理論知識(shí)點(diǎn)；而實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師往往只負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)具體操作的講解，而不太關(guān)注學(xué)生是否已經(jīng)掌握了該實(shí)驗(yàn)所需的理論基礎(chǔ)。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容固定

對(duì)于普通物理專業(yè)實(shí)驗(yàn)而言，由于所涉及的理論內(nèi)容一般比較經(jīng)典，往往一套實(shí)驗(yàn)幾年甚至十幾年不變，致使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容固定單一。通常是首先由教師講解實(shí)驗(yàn)原理、操作流程、數(shù)據(jù)采集和處理等步驟，接著教師演示一遍給學(xué)生們看，然后學(xué)生照樣子做一遍并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告即為完成任務(wù)。同時(shí)，由于對(duì)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性缺乏足夠認(rèn)識(shí)，認(rèn)為其只是理論教學(xué)的輔助和補(bǔ)充手段，造成學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的重視不夠，時(shí)間和精力投入不足，甚至將實(shí)驗(yàn)課程看成是一種學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。另外，由于缺乏科學(xué)有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)體系，客觀上使實(shí)驗(yàn)課程淪為二流課程，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式化。

（三）學(xué)生發(fā)揮余地很少、實(shí)驗(yàn)成效不高

普通物理專業(yè)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備通常較為貴重，再加上實(shí)驗(yàn)場地限制，實(shí)驗(yàn)臺(tái)套數(shù)往往無法滿足每人一臺(tái)的高標(biāo)準(zhǔn)要求。同時(shí)，由于其中很多光學(xué)類實(shí)驗(yàn)整體難度較大，儀器調(diào)節(jié)需要較為扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和一定的經(jīng)驗(yàn)技巧，因而很多學(xué)生通常無法在規(guī)定的課堂時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)。因此，目前很多實(shí)驗(yàn)需要指導(dǎo)教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)前將實(shí)驗(yàn)儀器調(diào)節(jié)到位，學(xué)生在做具體實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)要求的步驟和調(diào)節(jié)方法，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)即可，從而導(dǎo)致學(xué)生自我發(fā)揮余地較少，實(shí)驗(yàn)成效不高。

二、混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢

教學(xué)模式改革是教學(xué)改革的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。以普通物理主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之一“分光計(jì)”為例。分光計(jì)是一種精密測量角度的儀器，利用它能精確地測量入射和出射光線角度，通過測量有關(guān)角度可確定折射率、色散率、光譜線的波長等其他光學(xué)量。但由于分光計(jì)的構(gòu)造精細(xì)，調(diào)節(jié)技術(shù)要求較高，使用時(shí)必須嚴(yán)格按規(guī)則調(diào)節(jié)，才能得到較高精度的測量結(jié)果。該實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生掌握分光計(jì)的調(diào)節(jié)方法和使用分光計(jì)測量棱鏡頂角及最小偏向角的方法及有關(guān)角度數(shù)據(jù)處理等。在近幾年的本專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，積極探索實(shí)踐“理論教學(xué)+線上視頻與平臺(tái)仿真+線下實(shí)體實(shí)驗(yàn)”的混合式專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，已體現(xiàn)出來的主要優(yōu)勢有以下幾點(diǎn)。

（一）理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)互融互通

該混合式專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，力求理論與實(shí)踐相融合、基礎(chǔ)與應(yīng)用相融合、課內(nèi)與課外相融合，將原本枯燥、抽象、離散的理論知識(shí)與工程實(shí)踐需求相結(jié)合，讓學(xué)生覺得“學(xué)有所用、有成就感”，以加深對(duì)理論知識(shí)的理解，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)習(xí)慣和運(yùn)用學(xué)科知識(shí)解決工程實(shí)際問題的綜合能力和創(chuàng)新思維等。在理論教學(xué)中，任課教師精煉理論內(nèi)容，突出重點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)基本物理概念和分析方法，以實(shí)際工程應(yīng)用為背景，引導(dǎo)設(shè)計(jì)思路，培養(yǎng)設(shè)計(jì)、自學(xué)和解決工程問題的基本素養(yǎng)。而學(xué)生除了正常的課堂理論學(xué)習(xí)之外，可以根據(jù)自己的認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)計(jì)劃，利用網(wǎng)路平臺(tái)上的開放課程資料和視頻，隨時(shí)隨地反復(fù)觀看和研讀尚未和較難理解的內(nèi)容，逐步加深理解和消化；并通過開放課程平臺(tái)中作業(yè)和評(píng)閱反饋，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果，及時(shí)查漏補(bǔ)缺；通過與同學(xué)、助教及老師的在線交流討論，獲得對(duì)知識(shí)的深入理解，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的互融互通。與此同時(shí)，教師則由“傳道授業(yè)”轉(zhuǎn)變?yōu)檎嬲敖饣蟆保芍R(shí)傳授主導(dǎo)者轉(zhuǎn)變?yōu)榻M織者、管理者及指導(dǎo)學(xué)生主體學(xué)習(xí)參與者，實(shí)現(xiàn)“以教為主向以學(xué)為主、以課堂為主向課內(nèi)外相結(jié)合、以結(jié)果評(píng)價(jià)為主向結(jié)果過程評(píng)價(jià)相結(jié)合”的轉(zhuǎn)變，將很多只會(huì)限于重點(diǎn)考試范圍的“考生”轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蚶碚撀?lián)系實(shí)踐而學(xué)以致用的真正“學(xué)生”，將部分“觀眾”轉(zhuǎn)變?yōu)椤把輪T”、“編劇”，甚至是“導(dǎo)演”，切實(shí)提升學(xué)生綜合實(shí)踐能力、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量[3]。

（二）加深理論知識(shí)點(diǎn)理解，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果

學(xué)生在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開展線下實(shí)體實(shí)驗(yàn)之前，必須通過登錄個(gè)人賬號(hào)先完成開放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的實(shí)驗(yàn)講解視頻學(xué)習(xí)和相關(guān)知識(shí)點(diǎn)自我測試，以加深對(duì)理論知識(shí)點(diǎn)理解，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)要求，掌握實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法及相關(guān)注意事項(xiàng)，切實(shí)發(fā)揮實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果。

（三）調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性，拓展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

與混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式相配套，進(jìn)行了考核方式改革。在調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性方面，給“動(dòng)力”同時(shí)更給“壓力”。實(shí)驗(yàn)前開放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的知識(shí)點(diǎn)測試成績占該實(shí)驗(yàn)總評(píng)成績的15%，而學(xué)生要想在該自我測試中獲得較高成績則通常需要反復(fù)研看視頻講解資料，充分做好理論知識(shí)點(diǎn)鞏固和實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)；規(guī)定時(shí)間內(nèi)的線下實(shí)體實(shí)驗(yàn)情況占40%，而要在有限的時(shí)間內(nèi)高質(zhì)量完成實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生必須熟悉光路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作步驟和相關(guān)注意事項(xiàng)，并及時(shí)準(zhǔn)確地做好數(shù)據(jù)記錄；課后實(shí)驗(yàn)報(bào)告占30%，其中特別要求在所提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中必須要有主要理論知識(shí)點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象關(guān)聯(lián)闡述以及實(shí)驗(yàn)中遇到的問題與解決方式，或自己所總結(jié)的實(shí)驗(yàn)注意要點(diǎn)；還有15%則根據(jù)學(xué)生在虛擬仿真平臺(tái)中所搭建的相關(guān)拓展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)思路和新穎性予以評(píng)分。

（四）突破實(shí)驗(yàn)時(shí)空限制，降低儀器設(shè)備投入

借助于開放實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)中的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生能夠在接近真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，不受傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時(shí)空限制，在任何時(shí)間、地點(diǎn)進(jìn)行預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或者開放性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)驗(yàn)證。同時(shí)，在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，原本一些復(fù)雜精細(xì)的實(shí)驗(yàn)操作只需要通過鼠標(biāo)與按鍵即可實(shí)現(xiàn)改變相應(yīng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)和實(shí)驗(yàn)條件，大大節(jié)省了實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間，提高了實(shí)驗(yàn)效率；而虛擬的儀器設(shè)備更是減少了實(shí)驗(yàn)建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用，降低了實(shí)驗(yàn)成本；并且，學(xué)生可以根據(jù)自己的思路，設(shè)計(jì)各種開放性實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證自己的觀點(diǎn)和假設(shè)，使其能夠在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中學(xué)習(xí)和提升，進(jìn)一步增強(qiáng)其自主學(xué)習(xí)意識(shí)和實(shí)踐創(chuàng)新能力。

三、結(jié)束語

“理論教學(xué)+線上視頻與平臺(tái)仿真+線下實(shí)體實(shí)驗(yàn)”的混合式專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，在實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效對(duì)接基礎(chǔ)上，可以有效地解決傳統(tǒng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ街衅毡榇嬖诘膶?shí)驗(yàn)設(shè)備資源有限以及時(shí)間和實(shí)驗(yàn)空間限制等問題，調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性，開闊學(xué)生思維和視野，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和綜合素質(zhì)；同時(shí)，在自由構(gòu)思設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案過程中，學(xué)生的自主創(chuàng)新意識(shí)和能力也得到了很好的鍛煉。更為重要的是，逐步改變實(shí)驗(yàn)教學(xué)依附于理論教學(xué)的傳統(tǒng)觀念，并在一定程度上促使教師提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)促進(jìn)理論課程教學(xué)改革，而學(xué)生能力提升可激勵(lì)課堂教學(xué)模式和教學(xué)方法等方面改革，從而形成實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有相對(duì)獨(dú)立性和理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)互相促進(jìn)發(fā)展的理念，以培養(yǎng)更多高素質(zhì)專業(yè)人才；進(jìn)而，逐漸形成將實(shí)驗(yàn)拓展為：“大實(shí)驗(yàn)”或“廣義實(shí)驗(yàn)”的理念，將科研訓(xùn)練與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃課題、學(xué)科競賽賽題等都納入到實(shí)驗(yàn)范疇；將實(shí)驗(yàn)室從有限室內(nèi)空間拓展為“廣義無限空間”；將實(shí)驗(yàn)時(shí)間從有限課內(nèi)學(xué)時(shí)拓展為相對(duì)無限的課內(nèi)外結(jié)合開放學(xué)時(shí)；將實(shí)驗(yàn)對(duì)象從自然現(xiàn)象拓展到社會(huì)現(xiàn)象，從而將傳統(tǒng)的理科、工科、農(nóng)科、醫(yī)科強(qiáng)勢實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ酵卣沟饺宋?、社科、教育、藝術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域。

作者：葉燕 吳茂成 許宜申 單位：蘇州大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院 蘇州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院