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大学物理实验信息化教学体系构建与应用

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［收稿时间］2021-06-01［基金项目］2022年湖南省教育厅教学改革研究重点项目（HNJG-2022-0147）；2020年湖南省教育厅课程思政项目（HNKCSZ-2020-0289）；2019年湖南省教育厅教学研究项目（425）；2019年南华大学虚拟仿真实验“研究快速电子动量与动能相对论关系虚

拟仿真”。［作者简介］饶益花（1968—），女，湖南人，硕士，副教授，

研究方向为物理实验教学及实验技术。［摘要］文章探索构建大学物理实验信息化教学体系的具体路径，打造大学物理实验线上线下、虚实结合多元混合式教学模式。该教学体系成功应用于2020年春季学期线上授课，完成了既定的教学任务，达到了课程教学目标，教学效果令人满意。［关键词］大学物理实验；信息化；教学体系；在线课程；虚拟仿真［中图分类号］G642［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2023）02-0092-03

进入21世纪，计算机、网络等信息技术迅猛发展，传

统人才培养模式受到了冲击，国内外教育系统都在尝试

利用信息技术改革教学体系，建立网络课程体系或线上

线下混合教学模式[1-2]。大学物理实验课程是高等工科

院校对学生进行科学实验基本训练的一门重要必修课

程，是学生进入大学后受到系统实验方法和实验技能训

练的开端，它对培养学生的科学素养和实践能力、创造

性思维能力具有重要的作用。传统大学物理实验教学

延续夸美纽斯的以教师为中心的课堂结构，并受到实验

课程时间安排、实验场所、实验仪器等因素的制约，而与

时俱进的信息化教学改革是解决这些问题的有效途

径[3-5]。

从2020年春季学期开始，新冠疫情加速了笔者所在

学校大学物理实验课程信息化资源整合、建设的步伐。本文分享笔者所在学校大学物理实验信息化教学体系

的构建与实践，打造线上线下、虚实结合的多元混合式

大学物理实验教学新模式。多元混合式教学提倡以学

生为主体、教师为主导，满足了高等教育大众化背景下

学习多样性、个性化的需求[6]。一、大学物理实验信息化教学体系的构建

（一）大学物理实验在线课程

大学物理实验在线课程依托于超星尔雅通识教育

平台，课程包括所开设的全部实验项目的数字化电子信

息文件，具体课程内容如图1所示。

在线课程分5章，共17次课，其中理论课2次课，教

学实验15次课。理论课按知识点制作了PPT，录制了相

应的讲课视频，教学实验制作了PPT、实验原理讲课视

频、实验仪器介绍视频、实验操作视频，如图2所示。大学物理实验信息化教学体系构建与应用

饶益花唐益群陈铀彭志华

南华大学数理学院，湖南衡阳421001

图1大学物理实验在线课程内容

2023年1月January，2023UniversityEducation1.弗兰克-赫兹实验

2.密立根油滴实验

3.快速电子动量与动能相对论关系实验

1.热电转换技术

2.光电效应测普朗克常数3.迈克尔逊干涉仪的调节与使用

4.光的干涉

5.模拟法测静电场1.设计伏安法测电阻（理论）

2.伏安法测电阻

1.拉伸法测金属丝杨氏模量

2.光学平台

3.电表的改装与校准

4.示波器的使用

5.分光计的调节

6.光栅衍射近代物理实验

综合物理实验测量误差及数据处理

绪论

大学物理实验在线课程设计性实验

基本物理实验

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在线课程物理实验理论课（2次课）

教学实验（15个实验项目）PPT1

讲课视频1PPT2

讲课视频2PPT

讲课视频

仪器介绍视频

实验操作视频

图2实验项目资源建设PPT和讲课视频中融入实验背景介绍、物理知识探

索过程中的小插曲等，启迪、引导学生养成细致认真、团

结合作、不怕牺牲、勇于追求真理的精神，树立科学的世

界观和积极的人生观[6]，潜移默化中落实“三全育人”和

课程思政。例如在快速电子动量与动能相对论关系仿

真实验中，穿插爱因斯坦狭义相对论提出的历史背景：

迈克尔逊-莫雷通过实验否定以太的存在，麦克斯韦在

理论上否定以太，牛顿经典力学受到冲击，后来爱因斯

坦推出狭义相对论。以物理理论的诞生过程类比学习

过程，鼓励学生敢于质疑，努力探索，推陈出新。又例

如，讲述用核技术、放射源的快速电子来验证狭义相对

论时，融入我国核物理学家钱学森、邓稼先等在祖国最

需要的时候毅然回国、鞠躬尽瘁的故事，他们的大爱、大

义和奉献，是培养学生爱国情怀的最好实例。而且针对

大一学生的学情，视频文件创作应突出主题、短小精悍、

乐观向上、资源多样、契合学生的学习特点。

在线课程还建立了课程资料库，其中包含丰富的教

学资源，如每个实验项目的电子教材、实验报告模板、辅

助学习的资料和链接等；并且还组建了习题库，每个项

目根据教学目标和知识点，至少设置10道选择题（单选

或多选）、简答题、讨论题等，根据在线教学活动的进程，

灵活地从题库中抽题搭配，在学生预习、课堂教学或课

后复习环节发布作业。

教师利用在线课程统计模块，可以查阅学生章节学

习情况、任务点执行情况、课堂活动参与积极性，也可以

批改作业、批阅实验报告、进行成绩导出和统计。

（二）虚拟仿真实验平台

物理实验教学离不开具体实验仪器操作。常规实

物仪器的操作和使用受时间、空间的制约，只能在规定

的时间内到指定的实验室操作。笔者所在团队利用现

代信息技术，如动画、AdobeFlash等技术，采用VisualStudio开发工具、SQLServer数据库等开发了系列虚拟仿

真实验，尤其是一些高危或不可重复的实验[7]；并且利用

网络技术配套建立了大学物理虚拟仿真实验平台，将所

开发的仿真实验上传至平台，为虚拟仿真教学提供教学

环境和支撑服务，满足线上教学的需求。仿真实验的仪

器操作和教学不受时空制约，学生可随时随地登录平台

进行学习。仿真实验教学系统主要板块包括用户管理

（教师管理、学生管理）、教学情况（教学管理、教学实验

资源、实验操作评价、实验数据管理、实验情况统计）、下载升级（系统版本升级）、仿真实验（在线仿真实验、在线

互动讨论等），将真实实验操作过程通过虚拟技术手段

完美呈现出来。学生可在虚拟场景中模拟真实操作，掌

握相关仪器的结构、使用方法，观察实验现象并测量实

验数据，完成相关实验操作内容。每个仿真实验的功能

菜单如图3所示。

电子教材实验原理实验操作步骤操作引导视频开始实验在线讨论仿真实验图3仿真实验功能菜单正常情况下，虚拟仿真实验平台可供学生进行课前

预习、课后复习巩固，促进学生对实验仪器、实验操作、

实验现象等的理解，锻炼学生操作和实验的能力[8]；特殊

情况下（如新冠疫情时期）还可以把远程虚拟仿真实验

平台和在线课程相结合，构成完整的实验教学闭环，进

行全课程的线上教学。随着实验教学改革的深入，也可

采用部分内容（比如两次理论课）线上教学、部分内容线

下授课，部分内容实物仪器授课、部分内容虚拟仿真授

课的形式，为打造线上线下、虚实结合的多元混合式大

学物理实验教学新模式奠定基础[9-11]。

（三）信息化教学评价

实验教学活动是综合性强的复杂活动。传统实验

评价注重到课率、实验报告评价等，而信息化教学能实

现教学评价的可追溯。在线课程中，学生预习时完成的

任务点，课堂教学时开展的签到、抢答、投票、讨论、课堂

练习等活动，系统都会自动记录并评价给分；仿真实验

系统也可以自动记录评价学生的实验过程。以“快速电

子动量与动能相对论关系仿真实验”为例，系统自动考

查实验操作过程是否损坏仪器、预置高压电源的最佳参

考电压是否正确、操作中是否注意打开和关闭有机玻璃

罩、放射源盖子的开合、游标的探测范围、误差大小、操

作时间等，自动对学生的操作过程进行评价。故信息化

教学更方便把实验学习、操作过程作为重要因素纳入评

价体系，实现过程性评价。

学生在网上（在线课程或者仿真系统）提交实验报

告，指导教师根据实验报告中的实验原理、测量数据、数

据处理、实验结果分析等给出报告成绩。

基于信息化教学特点的综合评价体系如下：单个实

验满分100分，评价由签到、预习、课堂活动、实验操作、

实验报告五方面因素构成，分别对应权重为5%、10%、10%、25%、50%。期末综合考虑所有开设的实验，把所

有实验成绩加起来取平均值，即得到大学物理实验课程

的期评成绩。这个评价方法考查了预习、课堂教学过

程、实验操作过程、实验报告等因素，实现了学习过程的

综合评价。

二、大学物理实验信息化教学体系的应用2020年春季学期，笔者所在学校成功运用大学物理

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实验信息化教学体系，将在线课程和远程仿真实验相结

合，实现了停课不停教、不停学。

下面以“快速电子动量与动能相对论关系实验”[12]

教学为例，展示信息化教学体系的应用过程。超星泛雅

平台建设的在线课程大学物理实验“近代物理实验”的

第三个实验即“快速电子动量与动能相对论关系实验”，

课前要求学生进行预习，写好预习报告，充分利用在线

教学资源（主要包括电子教材、教学PPT、实验原理教学

视频、实验仪器介绍视频、实验操作引导视频等）进行自

主学习。在学生对实验有了大致了解后，教师利用在线

课程PPT,运用问题探究法就学生在预习过程中难以理

解的问题进行重点讲述和讨论，让学生掌握如何测量快

速电子的动量动能，如何用测量数据验证爱因斯坦狭义

相对论。教师在进行实验演示的时候，可以在虚拟仿真

实验平台演示实验的操作过程、注意事项以及如何操作

使测量精度更高，并对真空条件下和非真空条件下的物

理现象进行对比观察和理解[13-14]，培养学生的动手能力

和探索性思维。理论讲述和实验操作使用的在线课程

和仿真实验平台都支持互动讨论，仿真实验平台会就学

生的操作过程自动给出客观评价。实验报告在在线课

程中提交，一个实验的成绩由签到、预习、课堂教学、操

作过程和实验报告评分综合得出，实现了实验考核的过

程性评价。在线课程和仿真实验平台也支持课后复习

巩固，学生可不限时间、不限地点登录学习。图4总结了

信息化教学实施的过程。信息化教学实施

在线课程仿真实验平台

电子教材PPT

讲课视频仪器介绍视频仪器操作视频预习

课后复习实验原理讲述学生自主实验

实验操作评价实验操作示范

实验报告课堂讨论

图4信息化教学实施过程2020年春季学期，笔者所在学校全校3851名理工

科大一学生通过大学物理实验信息化教学体系完成了

居家期间物理实验的学习。教师利用“问题探究—实

验演示—对比学习”教学方法，指导学生探索快速电子

的动量动能之间的狭义相对论关系，收到了良好的教

学效果。三、结束语

笔者所在学校将大学物理实验在线课程和大学物

理仿真实验平台的教学优势进行了整合，构建了大学物理实验信息化教学体系，经过一个学期的线上教学使

用，取得了令人满意的教学效果。大学物理实验信息化

教学体系在正常情况下，可作为实验前在线预习、实验

后复习以及学习过程中的重要学习资源，在非常时期能

用于全课程的线上教学，还有助于打造线上线下、虚实

结合的多元混合式大学物理实验教学新模式。

［参考文献］

［1］王涛，吴庆州.“互联网+”背景下物理实验信息化教学的探索与实践［J］.物理实验，2018，38（9）：48-50.［2］霍剑青，王晓蒲.大学物理实验信息化教学与物理实验教学方法的研究［J

］.中国大学教学，2007（5）：78-81.［3］罗伟，王明吉，李贤丽，等.大学物理实验信息化教学改革探索与实践［J］.物理与工程，2016，26（S1）：176-179.［4］王祖源，张睿，顾牡，等.基于SPOC的大学物理课程混合式教学设计与实践［J］.物理与工程，2018，28（4）：3-19.［5］方恺，吕军，马现超，等.大学物理实验课程微课程移动学习系统的实现与研究［J］.物理与工程，2016，26（2）：65-69.

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实验室信息化建设与研究

实验室信息化建设与研究

实验室信息化建设与研究

摘 要:本文以大学物理实验中典型实验项目数据实时现场采集、处理管理系统的设计为研究对象，利用microsoft visual basic

6.0语言及access数据库开发处理软件功能，对独立物理实验项目的实验原理、实验内容、实验数据等信息进行采集处理，同时对实验原始数据中各物理量之间所具有的物理含义、数据处理运算过程中数据之间的内部数学运算关系、数据处理结果的误差表达与分析等过程进行编程设计，并对系统设计程序进行在线仿真调试结果进行分析。

关键词:大学物理实验 数据采集 管理系统 vb编程

在大学物理实验课程学习中，数据处理结果的优劣直接影响实验效果和教学质量。在传统大学物理实验里，由于学时和实验要求内容的限制，学生对每个实验的学习，分为课前预习准备、到实验室进行实验操作、将观测到的实验现象与原始实验数据进行记录、回到寝室后按实验理论与实验数据处理要求进行数据整理和处理、最后填写实验报告等几个阶段进行的。在这样的实验课程学习模式下，靠课后再对实验数据进行整理和处理方式，对来自于实验系统，仪器组合、或操作环节中人为因素所附加的实验误差，会影响记录的数据。这一现象在课内是不能及时发现的，则要等到实验者离开实验室后，在进行数据处理和填写实验报告时才会反映出来。如果遇上实验仪器组合复杂、且有一定难度的综合设计性实验时，因时间原因实验者只能进行单次或匆忙几次的观测记录数据。对于实验

观测所获得的数据是否科学合理，对超出系统误差范围的数据正误的判断更是不能发现和作相应改进处理的。为了满足误差理论、数据处理和实验报告的要求，事后实验者往往会对不合理、误差大的测量数据、包括对数据处理结果和实验图线进行人为”改动处理”。

一、物理实验数据处理问题分析

通过对上述传统物理实验学习中，在数据记录和处理过程里出现影响误差结果的突出问题进行深入研究，同时对国内现有物理实验教学管理方面的应用软件的功能进行调研后。我们认为，目前已有的物理实验数据处理软件，如origin、matlab和其它类型的实验仿真系统，虽然功能强大，但不适合于我校大学物理实验教学实际；在处理某些实验项目涉及物理量多、数学函数关系复杂、处理量大的实验数据时受到软件的局限；有的实验数据处理系统利用excel来处理实验数据，虽然使用方便，函数功能丰富，但是在数据库管理上也存在不能处理较为复杂物理实验数据、和用多种误差处理方法去处理和输出数据的问题。我们感到，要有效地解决上述问题，首先要让实验者在快捷处理数据，其次要找到影响实验误差的原因，其三要通过改进教学方法，让实验者在有限学时内指导实验者改进实验方法，在现场通过多次测量记录和处理数据，将实验误差减小到容许的范围内。为此，我们利用计算机高速运算的功能，同时运用microsoft visual basic6.0语言及access数据库功能和所学的编程技术，提出面向大学物理实验室现场实验数据采集与

高等师范院校物理师范生信息化教学能力培养路径研究——以信阳师范大学为例

高等师范院校物理师范生信息化教学能力培养路径研究——以信阳师范大学为例

［收稿时间］2023-03-13［基金项目］河南省教育厅教师教育课程改革项目“师范专业认证背景下高校物理师范生教育教学能力培养新路径研究”（2022-JSJYYB-038）；河南省教育厅教师教育课程改革项目“信息化2.0背景下高校物理师范生信息化教学能力提升策略研究”（2020-JS⁃JYYB-036）；河南省专业硕士研究生精品教学案例项目（YJS2022AL113）；河南省高等教育教学改革与实践项目“基于产学研创融合的新能源材料课程改革研究与实践”（2021SJGLX447）；河南省研究生精品教材项目（YJS2023JC27）。［作者简介］李存（1980—），女，河南人，硕士，副教授，研究方向为大学物理教学、

物理学科教学。

2023年8月August，2023UniversityEducation

［摘要］文章基于河南省高等师范院校物理师范生信息化教学能力培养现状，从课程结构的优化、教学模式的创新、教学团队的组建以及评价体系的完善等方面提出了高等师范院校物理师范生信息化教学能力培养路径。［关键词］物理师范生；信息化教学能力；信息技术与物理教学融合［中图分类号］G645［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2023）15-0130-04

2018年4月，教育部印发了《教育信息化2.0行

动计划》，将“推进信息技术与教育教学融合，推动

教育信息化转段升级，启动中小学教师信息技术应

用能力提升工程2.0”作为夯实教育发展的基础之

一[1]。教育部印发的《基础教育课程改革纲要（试

行）》中明确提出，要大力推进信息技术在教学过程

中的普遍应用，促进信息技术与学科课程的整合，

逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、

教师的教学方式和师生的互动方式的变革，充分发

挥信息技术的优势，为学生的学习和发展提供丰富

多彩的教育环境和有力的学习工具[2]。

教师既是教学活动的实施者，又是实现信息技

术与教育教学相融合的推动者，更是实现信息技术

基于5E_教学模式的大学物理实验教学设计

基于5E_教学模式的大学物理实验教学设计

Creative Education Studies 创新教育研究, 2023, 11(8), 2378-2385 Published Online August 2023 in Hans. https:///journal/ces https:///10.12677/ces.2023.118352

文章引用: 何爽, 韩笑, 刘乃嘉, 孙艳, 高源. 基于5E教学模式的大学物理实验教学设计[J]. 创新教育研究, 2023, 11(8): 2378-2385. DOI: 10.12677/ces.2023.118352

基于5E教学模式的大学物理实验教学设计 何 爽，韩 笑，刘乃嘉，孙 艳，高 源 空军航空大学，吉林 长春 收稿日期：2023年7月12日；录用日期：2023年8月10日；发布日期：2023年8月18日 摘 要 基于对5E教学模式内涵的分析，将其在大学物理实验中进行教学实践，以具体实验项目为例详述具体教学环节的实施过程。实践表明5E教学模式可有效发挥大学物理实验课程内容特色的育人功能，对培养学生自主学习能力、创新能力及严谨的科学精神有显著的促进作用。 关键词 5E教学模式，大学物理实验，教学设计 College Physics Experiment Teaching Design Based on 5E Teaching Mode Shuang He, Xiao Han, Naijia Liu, Yan Sun, Yuan Gao Aviation University of Air Force, Changchun Jilin Received: Jul. 12th, 2023; accepted: Aug. 10th, 2023; published: Aug. 18th, 2023 Abstract Based on the analysis of the connotation of 5E teaching mode, the teaching practice of 5E in college physics experiment is carried out, and the implementation process of specific teaching links is de-tailed by taking specific experimental projects as examples. The practice shows that the 5E teach-ing model can effectively exert the educational function of the characteristics of the college phys-ics experiment course content, and has a significant role in promoting the cultivation of students’ independent learning ability, innovation ability and rigorous scientific spirit. Keywords 5E Teaching Mode, College Physics Experiment, Instructional Design 何爽 等

浅谈物理实验教学与信息技术整合的尝试

浅谈物理实验教学与信息技术整合的尝试

信息技术与物理实验课教学的整合

——网络环境下物理模拟实验教学设计

内容摘要:

物理是一门注重实验的学科，实验的科学性和严谨性决定了物理教师在实验教学过程中要注意考虑各种因素对实验的影响。同时，教学过程中也必须注重学生能力的培养。但是目前的实验教学往往停留在实验结论的验证上，缺少了新课程中对学生科学探究能力的培养和对学生科学素养的提高。这样的后果最终使学生对物理实验抱着无所谓的态度，物理学习也没有兴趣，造成对物理学习的厌倦，总感觉物理难学。本人试图通过多媒体技术与物理实验教学结合，让学生自己在理想情况和实际过程中找到问题所在，既亲历探究过程，又能通过对比找到差异，还让学生将计算机技术与学科整合，充分调动学生的主观性，参与学习，提高学习兴趣和能力。

关键词： 物理实验 信息技术 整合

设计思想：

随着课程改革的推进，实验教学越来越成为理科特别是物理教学中的重要部分。教学目标不再是仅仅局限于完成实验，掌握相关知识，而是要求学生“学会学习”，在探究活动中了解现象，培养观察能力和实验能力，让学生拥有自主学习意识，主动提出问题去探究问题。培养包括：收集、分析和处理信息能力，提出问题、解决问题能力，动手操作的能力，与人交流、口头表达能力在内的各种综合能力以及提高学生良好的科学素养。但是，我们在实际的实验教学中却常碰到以下的问题：

1．部分学生由于学习之前没有足够的预习，在实验过程中不知道如何去操作，如何观察，怎么去观察，等到了实验室开始实验时要花较多的时间去熟悉实验，记住实验步骤，实验时间不够。

2．鉴于以上问题，教师往往在实验课前会作一个前期的讲解，但是这样一来，学生的探究实验就变成了实验验证，根本不能提高探究的兴趣和欲望。即使不进行实验，学生也已经知道了结果，在他们看来实验变成了可有可无的“鸡肋”，教学效果不强。

3．对于一些学习能力较强的学生能够主动进行相关的探究，但是有一些实验的现象并不明显，或者有些实验现象稍纵即逝，没有来得及仔细观察就已经发生了，导致实验效果不强。学生也不能得到很好的发展。