学习园地 - 三峡大学线上教学经验交流(二十一)
三峡大学线上教学经验交流(二十一)
 
学习园地  加入时间:2020/5/28 14:56:11     点击:302

看三大学子宅家如何做物理实验

理学院    鲁广铎 聂宜珍

受疫情影响,2020年春季学期学生无法按时返校,根据学校教学工作指导精神,物理实验教学团队精心筹划,借助信息化时代的多元沟通工具和网络资源,在省内率先开启了物理实验线上教学活动,确保停课不停学,确保完成实验课程的教学目标,呈现了物理实验线上教学的盛况,并积极申请了相关的教学研究、课程思政、在线开放课程、虚拟仿真实验等项目,开启了物理实验教学改革的序幕。

这是精心准备的课堂,也是一场未经演习的实战

三峡大学32号开始启动线上授课,但这对于需要借助设备仪器才能完成教学任务的物理实验来说是个难题。物理系副主任鲁广铎和物理实验教学团队负责人辛旭平根据学院安排,组织大家调研交流,经反复讨论,确定疫情期间采用绪论课直播+宅家自主探索实验+虚拟仿真实验的线上教学方案,教学环节由“网络直播+实验室录播+QQ、钉钉群答疑”组成,形成分阶段、多样化、全方位的教学模式。

33日晚7点,聂宜珍老师主讲的物理实验绪论课直播开始,3164人在线收看,141分钟的直播时间收获点赞数近77万。绪论课是物理实验的第一课,是学生开始物理实验前的重要理论环节。线上教学方案确定以后,物理实验教学团队多次集体备课和试讲。直播后,全程听课的校督导团成员朱世坤教授大为赞赏,直播效果很好!准备得很充分,讲授得很清楚细致,为了增进互动想了一些方法,学生积极性高,课结束后就在群里讨论习题作业

1 物理实验第一课,聂宜珍老师主讲的绪论课创多项记录,学生热烈讨论作业

 

323日启动宅家自主探索实验。经过认真筹划,首批推出6个基于智能手机的系列实验,学生从中选择2-3个在家完成,并提交数据和实验报告,合格了等同于完成一个常规实验项目。智能手机中内置有各种传感器,如光强、磁力计、GPS、陀螺仪等,利用这些传感器再配合phyphox软件可以实现对力学、电学、光学等多种参数的测量。一部手机,一把尺子,一个硬币,都摇身一变成了实验器材,既锻炼了学生的动手能力,激发了学生兴趣,又能让学生体会到物理学无处不在,提高了学生理论联系实际的能力。

2 用手机做单摆测重力加速度

3 利用手机研究角速度和向心加速度,并拟合运动半径

4 利用光栅衍射测激光波长

5 利用手机GPS测量地球半径

6 上:利用多普勒效应测速度;下:磁力计

7 用视频追踪法测加速度

47日启动虚拟仿真实验。利用科大奥锐科技有限公司的虚拟仿真实验教学云平台,学生通过电脑可完成和实体实验一样的操作,不受时间空间限制,可多次进行实验操作直至完全掌握。为了解决系统、网络和操作上的共性、难点问题,教学团队采取“网络直播+实验室录播+QQ、钉钉群答疑”的方式进行教学。周芹老师418日直播分光计实验,沈金洲老师412日在实验室录播示波器实验、420日直播示波器虚拟仿真实验,鲁广铎老师430日直播长度密度测量实验,并介绍了特殊时期物理实验教学的整体安排,回答了同学们关心的问题,展示了部分优秀自主探索实验成果。

8 通过实验室录播、钉钉直播辅导学生完成虚拟仿真实验

宅家自主探索实验和虚拟仿真实验,优势互补,一个培养动手能力,一个体现操作的准确性,新的教学模式带来了数不清的问题,教师胸有成竹的方案经常被学生各种新情况所困扰,学生认为是简单易行的实验却得不出期望的结果……;在以物理为话题的思想交流碰撞中,老师发现了学生的创造力、想象力和朝气蓬勃,学生体会到老师的热情、耐心和敬业精神,物理实验线上教学的每一天都是未经演习的实战。

是学生自己的舞台,也是一次以物理为媒介的广泛交流

物理实验教学团队建立了15QQ群和7个钉钉群辅导学生。群内讨论异常热闹,甚至到凌晨还有很多学生在咨询老师,“答疑答到手发软,感觉比平时上课还累”,老师们感慨的说。一直在QQ群里面的朱世坤教授也深有感触,“老师们很辛苦!没有课内课外,为老师们的敬业精神点赞!”。学生也很拼,为完成一个自主探索实验能花上几天时间,部分学生为了做好一个虚拟仿真实验,能重复做几十次……,有的同学在认真完成实验的同时还主动辅导其他人,甚至直播答疑。

在自主探索实验中,学生发现完成实验并不是他们想象的那么简单,也会找到意想不到的解决办法。电气与新能源学院2019级学生张宇琛说:“在测量重力加速度的实验中,我曾为如何将手机悬挂起来并使其稳定摆动而苦恼,也为在测得一大堆数据后以怎样的方式来处理数据而烦躁……,测量向心加速度的实验中,当我在为如何找到一个合适的圆盘而一筹莫展,并考虑是否要自己做一个实验装置之时,正在吃饭的我突然发现,家里的餐桌正好是一个天然的转盘……”。

学生第一次在学习活动中走到了舞台的中央,不仅锻炼了动手能力,也培养了发现问题、解决问题的能力。在利用手机GPS测地球半径的实验中,同学们在群里讨论时对公式的参数取值有异议,于是有学生详细推导出了公式,针对计算复杂的问题,有学生编写了小程序,这些操作让学生感受到“高手在群内”。

随着自主探索实验的开展,有些家长也参与进来了,和学生一起准备实验器材,一起记录、分析数据,共同完成实验,共同分享实验成功的喜悦,促进了亲子交流,成为疫情期间的一个亮点。

在自主完成实验项目的过程中,学生展现出更为丰富的个性特点和行为特征,教师和学生之间的交流更为全面、深刻;学生体验了实验过程不是一帆风顺,教师对有畏难情绪的同学给予鼓励,对有抄袭、造假等不当行为的同学给予批评,这个过程培养了学生求真务实的品质和科学严谨的治学态度。

9指导教师在线辅导学生

这是化危为机的尝试,也是实验教学改革的契机

目前,已经有3823人完成了自主探索实验,近2800人完成了规定的虚拟仿真实验,虚拟仿真项目使用达58706人次,上交电子版实验报告近2万份;教学团队共组织了9次教研活动,参加了4次由教指委和湖北省组织的物理实验线上教学研讨会。

受疫情影响,湖北省高校物理实验教学整体启动较晚,三峡大学物理实验在线教学引起了省内高校的注意。418日召开的2020年湖北省高等学校物理实验在线教学研讨会,中科大、复旦大学、南开大学、哈尔滨工业大学、东北大学等省外院校专家介绍在线物理实验教学经验,作为少数几个做报告的省内高校,聂宜珍老师做了题为“宅+实验教学实践及思考”的报告,介绍了三峡大学物理实验在线教学方面的探索。《物理实验》杂志报道了此次会议,并全文转载了报告PPT。朱世坤教授了解会议情况后,高兴的说:“你们的探索精神可嘉!你们的工作走在了其他高校的前面,得到了其他高校的肯定!祝贺!再接再厉!

10 教学团队参加2020年湖北省高等学校物理实验在线教学研讨会及其预备会议,

聂宜珍老师在研讨会上做报告

 

宅家自主探索实验第一次大范围被学生熟识,虚拟仿真实验在特殊时期成为了教学的主要手段,它们虽然有诸多局限性,但是也使实验教学方式更为灵活和丰富,显示出强大的生命力。在2020年全国高校物理实验在线教学研讨会上,大家认为,学生基于智能手机开展物理实验,这是对目前和未来高校大学物理实验有决定和颠覆性影响的探索。物理实验教学团队一直在认真总结、思考新的教学模式,以期与线下实验教学有机融合,建立成绩评价机制,激发学生的兴趣和主动精神,夯实学生的“新工科”物理基础,使学生能主动用物理的思想去思考问题,这是一次实验教学改革的契机,也是教师的责任和使命。

 


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