混合式專業(yè)實驗教學(xué)探索與實踐
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摘要：針對傳統(tǒng)專業(yè)實驗教學(xué)模式中存在的理論教學(xué)與實驗教學(xué)無法有效銜接、實驗教學(xué)內(nèi)容固定、學(xué)生發(fā)揮余地很少及實驗成效不高等問題，以普通物理中的“分光計”實驗為例，探索實踐了“理論教學(xué)+線上視頻與平臺仿真+線下實體實驗”混合式專業(yè)實驗教學(xué)模式。實踐結(jié)果表明：該模式可在實現(xiàn)理論教學(xué)和實驗教學(xué)有效和諧共振基礎(chǔ)上，減小儀器設(shè)備投入，突破實驗時空限制，調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性，開闊學(xué)生思維和視野，切實提高學(xué)生實驗技能、綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新意識。
關(guān)鍵詞：混合式教學(xué)；專業(yè)實驗；創(chuàng)新能力培養(yǎng)
一、傳統(tǒng)專業(yè)實驗教學(xué)存在的主要問題
在傳統(tǒng)專業(yè)實驗教學(xué)模式中，實驗內(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)生通過實驗加深對理論知識的認(rèn)識。該實驗教學(xué)模式存在的主要問題，可以歸納為以下幾點[2]。
（一）理論教學(xué)與實驗教學(xué)無法實現(xiàn)和諧共振
目前，專業(yè)課程的理論和實驗教學(xué)方式一般分為兩種：一是理論課和實驗課分開，各自構(gòu)建體系；另一種是理論和實驗結(jié)合在一起，在理論課講解相應(yīng)知識點之后開展實驗。兩種方式各有特點，也各有不足。理論課和實驗課分開，從各自課程體系的角度確實有一定的好處，但不可避免地存在著理論和實驗的脫節(jié)。而理論和實驗合在一起的方式，每次知識點講解過后就開展相應(yīng)的實驗，單從知識點理論和實踐之間的銜接可以做得相對較好，但這樣做實驗內(nèi)容相對簡單，只能以驗證性實驗為主，很難開展綜合性、系統(tǒng)性、設(shè)計性實驗，理論教學(xué)與實驗教學(xué)無法實現(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驗指導(dǎo)并非同一個老師，理論課老師負(fù)責(zé)相關(guān)理論知識的講授，往往并不完全清楚實驗室里具體用什么儀器或者設(shè)備來驗證相應(yīng)的理論知識點；而實驗指導(dǎo)老師往往只負(fù)責(zé)實驗具體操作的講解，而不太關(guān)注學(xué)生是否已經(jīng)掌握了該實驗所需的理論基礎(chǔ)。
（二）實驗教學(xué)內(nèi)容固定
對于普通物理專業(yè)實驗而言，由于所涉及的理論內(nèi)容一般比較經(jīng)典，往往一套實驗幾年甚至十幾年不變，致使實驗內(nèi)容固定單一。通常是首先由教師講解實驗原理、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驗報告即為完成任務(wù)。同時，由于對專業(yè)實驗教學(xué)的重要性缺乏足夠認(rèn)識，認(rèn)為其只是理論教學(xué)的輔助和補(bǔ)充手段，造成學(xué)生對實驗課程的重視不夠，時間和精力投入不足，甚至將實驗課程看成是一種學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。另外，由于缺乏科學(xué)有效的實驗教學(xué)評價體系，客觀上使實驗課程淪為二流課程，從而導(dǎo)致實驗教學(xué)形式化。
（三）學(xué)生發(fā)揮余地很少、實驗成效不高
普通物理專業(yè)實驗儀器設(shè)備通常較為貴重，再加上實驗場地限制，實驗臺套數(shù)往往無法滿足每人一臺的高標(biāo)準(zhǔn)要求。同時，由于其中很多光學(xué)類實驗整體難度較大，儀器調(diào)節(jié)需要較為扎實的理論基礎(chǔ)和一定的經(jīng)驗技巧，因而很多學(xué)生通常無法在規(guī)定的課堂時間內(nèi)完成實驗。因此，目前很多實驗需要指導(dǎo)教師在實驗教學(xué)前將實驗儀器調(diào)節(jié)到位，學(xué)生在做具體實驗時，根據(jù)要求的步驟和調(diào)節(jié)方法，觀察實驗現(xiàn)象，記錄實驗數(shù)據(jù)即可，從而導(dǎo)致學(xué)生自我發(fā)揮余地較少，實驗成效不高。
二、混合式實驗教學(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。以普通物理主要實驗內(nèi)容之一“分光計”為例。分光計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。但由于分光計的構(gòu)造精細(xì)，調(diào)節(jié)技術(shù)要求較高，使用時必須嚴(yán)格按規(guī)則調(diào)節(jié)，才能得到較高精度的測量結(jié)果。該實驗要求學(xué)生掌握分光計的調(diào)節(jié)方法和使用分光計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)實驗教學(xué)過程中，積極探索實踐“理論教學(xué)+線上視頻與平臺仿真+線下實體實驗”的混合式專業(yè)實驗教學(xué)模式，已體現(xiàn)出來的主要優(yōu)勢有以下幾點。
（一）理論與實驗教學(xué)互融互通
該混合式專業(yè)實驗教學(xué)模式，力求理論與實踐相融合、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、離散的理論知識與工程實踐需求相結(jié)合，讓學(xué)生覺得“學(xué)有所用、有成就感”，以加深對理論知識的理解，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)科知識解決工程實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，強(qiáng)調(diào)基本物理概念和分析方法，以實際工程應(yīng)用為背景，引導(dǎo)設(shè)計思路，培養(yǎng)設(shè)計、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)計劃，利用網(wǎng)路平臺上的開放課程資料和視頻，隨時隨地反復(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中作業(yè)和評閱反饋，檢驗學(xué)習(xí)效果，及時查漏補(bǔ)缺；通過與同學(xué)、助教及老師的在線交流討論，獲得對知識的深入理解，實現(xiàn)理論與實驗教學(xué)的互融互通。與此同時，教師則由“傳道授業(yè)”轉(zhuǎn)變?yōu)檎嬲敖饣蟆?，由知識傳授主導(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)果評價為主向結(jié)果過程評價相結(jié)合”的轉(zhuǎn)變，將很多只會限于重點考試范圍的“考生”轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蚶碚撀?lián)系實踐而學(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”，切實提升學(xué)生綜合實踐能力、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量[3]。
（二）加深理論知識點理解，發(fā)揮實驗預(yù)習(xí)效果
學(xué)生在進(jìn)入實驗室開展線下實體實驗之前，必須通過登錄個人賬號先完成開放實驗平臺中的實驗講解視頻學(xué)習(xí)和相關(guān)知識點自我測試，以加深對理論知識點理解，明確實驗?zāi)康暮蛯嶒炓?，掌握實驗儀器的使用方法及相關(guān)注意事項，切實發(fā)揮實驗預(yù)習(xí)效果。
（三）調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性，拓展實驗內(nèi)容
與混合式實驗教學(xué)模式相配套，進(jìn)行了考核方式改革。在調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性方面，給“動力”同時更給“壓力”。實驗前開放實驗平臺中的知識點測試成績占該實驗總評成績的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，充分做好理論知識點鞏固和實驗預(yù)習(xí)；規(guī)定時間內(nèi)的線下實體實驗情況占40%，而要在有限的時間內(nèi)高質(zhì)量完成實驗，要求學(xué)生必須熟悉光路設(shè)計、實驗操作步驟和相關(guān)注意事項，并及時準(zhǔn)確地做好數(shù)據(jù)記錄；課后實驗報告占30%，其中特別要求在所提交的實驗報告中必須要有主要理論知識點與實驗現(xiàn)象關(guān)聯(lián)闡述以及實驗中遇到的問題與解決方式，或自己所總結(jié)的實驗注意要點；還有15%則根據(jù)學(xué)生在虛擬仿真平臺中所搭建的相關(guān)拓展實驗內(nèi)容設(shè)計思路和新穎性予以評分。
（四）突破實驗時空限制，降低儀器設(shè)備投入
借助于開放實驗管理系統(tǒng)中的虛擬仿真實驗平臺，學(xué)生能夠在接近真實的實驗環(huán)境中，不受傳統(tǒng)實驗時空限制，在任何時間、地點進(jìn)行預(yù)定的實驗項目或者開放性實驗設(shè)計驗證。同時，在虛擬仿真實驗平臺中，原本一些復(fù)雜精細(xì)的實驗操作只需要通過鼠標(biāo)與按鍵即可實現(xiàn)改變相應(yīng)實驗參數(shù)和實驗條件，大大節(jié)省了實驗操作時間，提高了實驗效率；而虛擬的儀器設(shè)備更是減少了實驗建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用，降低了實驗成本；并且，學(xué)生可以根據(jù)自己的思路，設(shè)計各種開放性實驗來驗證自己的觀點和假設(shè)，使其能夠在實驗設(shè)計過程中學(xué)習(xí)和提升，進(jìn)一步增強(qiáng)其自主學(xué)習(xí)意識和實踐創(chuàng)新能力。
三、結(jié)束語
“理論教學(xué)+線上視頻與平臺仿真+線下實體實驗”的混合式專業(yè)實驗教學(xué)模式，在實現(xiàn)理論教學(xué)和實驗教學(xué)有效對接基礎(chǔ)上，可以有效地解決傳統(tǒng)專業(yè)實驗?zāi)Ｊ街衅毡榇嬖诘膶嶒炘O(shè)備資源有限以及時間和實驗空間限制等問題，調(diào)動學(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)生實驗技能和綜合素質(zhì)；同時，在自由構(gòu)思設(shè)計實驗方案過程中，學(xué)生的自主創(chuàng)新意識和能力也得到了很好的鍛煉。更為重要的是，逐步改變實驗教學(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驗教學(xué)水平，通過實驗教學(xué)促進(jìn)理論課程教學(xué)改革，而學(xué)生能力提升可激勵課堂教學(xué)模式和教學(xué)方法等方面改革，從而形成實驗教學(xué)具有相對獨立性和理論教學(xué)與實驗教學(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，逐漸形成將實驗拓展為：“大實驗”或“廣義實驗”的理念，將科研訓(xùn)練與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃課題、學(xué)科競賽賽題等都納入到實驗范疇；將實驗室從有限室內(nèi)空間拓展為“廣義無限空間”；將實驗時間從有限課內(nèi)學(xué)時拓展為相對無限的課內(nèi)外結(jié)合開放學(xué)時；將實驗對象從自然現(xiàn)象拓展到社會現(xiàn)象，從而將傳統(tǒng)的理科、工科、農(nóng)科、醫(yī)科強(qiáng)勢實驗?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