在线大学物理实验系统的研究与实践
庄 彬，冯卓宏，郑卫峰
( 福建师范大学 物理与能源学院; 物理学国家级实验教学示范中心，福建 福州 350117)
摘 要: 实验教学是贯穿于高校学生学习生活全过程的实践性教学环节，担负着培养学生的科学研究、创新精神、实践能力的重要任务。依托福建师范大学物理与能源学院国家级物理学实验示范中心平台，研发了体现“互联网+教育”的在线大学物理实验系统，通过研究与实践，不仅保证了示范中心实验教学工作的顺利进行和实验室开放的有序开展，更是有效解决了传统实验教学存在的几个教学难题，进一步对学生实践创新能力的培养起到了推进作用。
关键词: 实验教学; 示范中心; 在线大学物理实验系统
基于《国家中长期教育发展改革和发展规划纲要》［1］，要求把教育资源和学校工作重点集中到教学环节、提高教育质量的发展日程上，近年来，国家、省级财政部门对高校经费投入逐年加大，各类国家级、省级教学示范中心、虚拟仿真教学中心应运而生，推动了实验教学改革，优化了教学资源配置，极大改善了实验教学条件。当前，传统的实验教学常存在以下几个问题: ( 1) 学生仅仅依靠课堂时间无法消化实验教学的内容; ( 2) 实验教学缺少学生自主学习的环境［2－3］、实验课程课外学习难; ( 3) 实验教学质量的评估没有客观标准、实验课程评价难;( 4) 实验教学过程缺乏规范和程序化的管理、实验过程缺乏培养学生实验能力。福建师范大学物理与能源学院( 下面简称“学院”) 大学物理实验教学中心2007 年底被教育部、财政部批准为物理学国家级实验教学示范中心建设单位后，近五年来，在整合优化学院原有教学资源，改革教学模式基础上，研发了体现“互联网+教育”的在线大学物理实验系统，系统的构建实现了教学资源开放性程度增强，学生自主学习和创新实践能力的教学环境进一步被改善，开放式实验教学向大面积学生开设进一步被实现。
在实验教学实践过程中，在线大学物理实验系统有效的解决了以下教学问题:
( 1) 信息化网络化实验室的构建，为实验课程课外学习难、学生自主性学习优先提供了“二次实验环境”;
( 2) 预习评价、实验过程评价、考试评价贯穿于预习过程、实验操作过程及考试过程之中，教学活动与评价渗透融合，解决了实验课程评价难问题;
近年来，电力市场发展迅速，且为推动国家的整体发展做出了较大的贡献，作为电力市场的重要组成部分，新型营销模式与电价体系的发展不仅关系着电力市场的发展，而且对国家经济的发展也具有重要影响。基于此，本文展开了对新形势下电力市场的营销模式与新型电价体系的研究，此次课题研究的主要目的是明确电力市场的营销模式与新型电价体系，进而提升电力市场的创新水平，推动新形势下电力市场的发展。
《教育信息化十年发展规划( 2011 － 2020年) 》［12］提出，要"推动信息技术与高等教育深度融合，创新人才培养模式"，实施"优质数字教育资源建设与共享行动"。开展资源共享课的建设与共享，是高等教育领域又一项贯彻落实教育规划纲要的重要举措。资源共享课正是顺应时代需求，努力把现代信息技术与教学活动紧密结合起来，提供一种全新的知识传播模式和学习方式，使得个性化的学习成为可能，使得不同人群共享优质教育资源成为可能，使得更多社会学习者接受优质高等教育、促进教育公平成为可能［13］。2013 年，以“规范性、先进性、创新性和应用性”为培养目标，实践“阶段化”的课程体系、“单元化、现代化”的教学模式，学院在“爱课程网”上的国家级资源共享课主要涵盖了课程基本资源和拓展资源课程。课程基本资源包括课程介绍、教学大纲、教案和演示文稿、重点难点指导、作业、参考资料目录和48 个课程全程教学录像等反映教学活动必需的资源。课程拓展资源建设主要包括:自制教具、实验研讨、专家报告、试题库、创新园、物理量测量的国家标准标准、物理学诺贝尔奖、人物传记等。借助互联网随时随地学习的优势，学习者不仅可以利用电脑在线学习，也可以使用手机、平板电脑随时随地学习网站课程、参与网站互动，碎片化学习障碍被扫除。教师与学习者之间、学习者与学习者之间在线上可以通过多种方式实现便捷、充分的互动交流，促进彼此之间的资源共享、问题交流和协作学习;在此基础上，教师再侧重线下辅导学生如何排除在实验操作过程中遇到的各种故障，对学有余力的学生进一步引导他们分析实验过程中的误差来源，探讨测量方案如何进一步优化或者测量精度如何进一步提高等实验问题，并对教学效果进行跟踪评价及开展教学研究工作，可以进一步放大学生的自主性学习空间，以上线上和线下的融合性教学，让实验教学改革方式得到更大的自由度和开放性，真正体现了实验课程以能力培养为先的理念，不仅提高教师的积极性和教学水平，还能让学生真正掌握实验课程要求的实验基本技能及实验方法，对人才培养质量的起到了关键作用。
本文在已建设的在线大学物理实验系统的基础上，谈谈近年来在具体实验教学过程中的一些探索。
1 在线大学物理实验系统的探索
1.1 重视课前的预习环节
高校实验中心是一个拥有各类实验仪器设备的良好实践平台和训练环境［11］，而且大学生常常热情高昂、思维敏捷、敢于创新，多年来，我们一直坚持把“学生实验助理引进来”，坚持周六面向全校理工科学生进行开放实验室。在日常的公共课基础上，我们选拔了一些学有余力的品学兼优且对实验有浓厚兴趣的学生，并进行一些辅助培训:如实验基本技能培训，包括各个实验室的规章制度、工作要求等，从全方位让学生实验助理了解到各个实验室的工作特点，让他们能根据自己的专业特长灵活选择具体岗位工作;随后，又进行了必不可少的专业岗位培训，让专任教师或者在岗的老学生实验助理对新学生实验助理进行“一对一”培训，主要培训内容有各个实验室的工作要求、仪器使用及维修维护技能、实验创新活动及实验室开放活动的指导。最后再以实验中心一线教师做指导，让学生辅助做为具体事务的执行者，在完成额定工作量的前提下，给予学生实验助理一定的助理补贴，极大调动了他们的工作积极性，让学生能将所掌握的专业知识和专业技能应用到实验中心实际工作中，并为实验中心提出业务创新思路、开拓新实践教学模式、实训发展方向意见等出谋献策;不仅如此，学生的建议若能为教师所采纳，还能让他们拥有强烈的成就感，潜能被激发不说，自我管理、自我教育的意识和能力也能进一步被培养，综合素质进一步被提高，学生在具备专业知识和技能的同时，会逐步形成完善的人格。实践发现，学生实验助理还可以充实实验室管理人员队伍，弥补高校实验中心常出现的管理人员少而工作量大的问题，让原有的实验室管理人员可以有更多的时间和精力进行更高层次的仪器开发、实验建设等工作，在这个层面上，实验中心与学生实验助理实现了“双赢”。
传统实验预习模式基本是学生照抄书本上的实验步骤、原理。实验前，学生对实验室的仪器设备基本只停留在仪器型号及名称的认识上，仪器的操作和使用也基本是照搬书本上的固定步骤;在没有任何预习的情况下，学生进入一个或若干个开放的实验室后，很容易就开始“随意”或者凭感觉来“规范”操作仪器;然而，有些精密仪器，使用前是需要严格了解其规范操作流程的。还有更重要的一点是，以上学生的“随意”甚至“凭感觉”的操作有无可能导致人身不安全? 不规范使用是否会造成仪器自身的损坏损毁?以上情况在传统的实验教学中并不罕见。在线大学物理实验系统启用后，没有预习环节的学生不能进行课堂实验操作，同时系统还提供仪器的实验操作演示以及实验操作理论题考核，考核不通过的学生要重新预约直至考核通过为止，这样至少在实验教学的预习质量上可以保证大面积的提升，至少能让学生在进入实验室前对实验过程将使用的仪器做到“心中有数，心里有底”，通过预习自动评价系统的自主组卷和自动评判功能，在一定程度上也能减轻教师预习组卷和批改预习报告的工作量，上课教师可以通过查看预习成绩分析数据，再结合学生在上课时动手操作的实际情况，把更多时间花在具体实验故障解决和数据处理分析上，这样也可以让学生从心底感受到教师对他们的重视及帮助。
图1 登入系统后显示的功能界面
要结合杂草草相和抗性杂草种群，有针对性选择安全性好的除草剂配方，才能保证防治的效果。如日本看麦娘或抗性看麦娘、菵草混生田块，啶磺草胺（咏麦、优先）或三甲基苯草酮（小麦达4叶期使用）必须加异丙隆才能有好的防效。菵草重发田块春季早期优先选用唑啉草酯、吡氟·异丙隆进行叶面喷雾。
1.2 课堂教学可视化管理，让实验过程可追溯
学生经过实验预习系统通过后，接下来就可以通过实验室管理系统来进行实验预约了。每间实验室内的实验仪器，我们都配套安装了独立的电源控制器，通过对电源控制器和成套实验仪器一对一用数字进行标号，一台电源控制器就可以独立控制一台实验仪器设备了。在实验预约者成功预约后，对应的实验项目及实验仪器所在实验房间信息均会呈现出来。“有约可用，未约禁用”［10］。预约者通过刷卡取电就可以对号入座进行实验项目。实际教学过程，经常是一个任课教师带一组实验学生，学生的照顾面往往不够广。在这方面，若能在实验室配套视频监控，还能有利于实验过程的可追溯，一定程度上也能为教师日后的教学总结及教学反思提供素材;另一方面，监控设备还具有自动录像存储功能，能做到有据可查，倘若课后教师在整理实验室时，发现仪器缺失、损坏等现象，还能及时通过回看录像，根据实际情况严重与否，对实验学生做出适当的书面教导，如果发现是学生有意随意为之，还要按照实验室相应的规章制度进行适当的赔偿，让学生认识到问题，下次有类似情况，就要认真用心做好。
1.3 课后引入“学生实验助理”制度
要充分重视课前的预习环节，严格预习准入制度，把严预习关。在线大学物理实验系统主要包括学习和评价两大部分。系统登录网址为: http: //120.26.48.243:7100，图1 为登入系统后的界面，除了教学管理与选排课系统和开放实验室管理系统［7－9］，主要建设了: 实验预习自动评价系统、实验报告自动评阅系统和实验考试与自动判卷系统。
1.4 整合资源共享课程，实现线上学习与线下教学相融合
( 3) 开放性的课程设计和实验教学方式，为实验时间、空间及对象的开放［4－6］提供更大的自由度。
2 结语
基于国家级物理实验教学示范中心的平台资源，整合学院物理学科优势，借用互联网交互开放性、资源共享开放性、时间空间的开放性，我们构建了在线大学物理实验系统，通过课前预习、考核准入、再到课堂教学过程的可追溯，配合学生实验助理的辅助工作及线上资源共享课和线下实验教学的渗透融合，实现了实验课程教学与考试评价的彼此交叉，不仅有序保证了示范中心正常教学工作的开展和实验教学的开放性，更是有效解决了传统实验教学存在的几个教学难题，同时对学生科学研究、实践创新能力的培养也起到了关键促进作用。利用实验示范中心平台，近年来，实验学生助理也取得了许多优秀成果和获得了学科创新项目立项、以及全国性学科竞赛奖。2010 年～2017 年期间，64 名学生实验助理，获得了全国大学生物理实验竞赛综合性、研究性实验项目一等奖1 项，三等奖1 项，基础性实验项目二等奖1 项，三等奖3 项，获得2 项省级大学生创新性实验项目、1 项国家级大学生创新创业训练计划项目。
青海省共和县牧民尕藏加患甲亢13年，在县、州、省各级医院都治过。当问及为什么最后选择莫多寺治疗时，尕藏加说他患病的头几年不能走路，眼睛突出，由于语言沟通问题，县医院没能确诊。确诊后在西宁的人民医院治疗7年，花费39万尚未治愈。
改革进行时，除基础教育基本移交、医院纳入垦区医疗公司外，社区管理目前仍由广前公司承担。而过渡时期社区管理的水平，不仅关系到将来的顺利移交，更与当下的社会民生息息相关。为此，广前公司在社区管理与企业生产经营职能内部分开的基础上，成立了社区管理委员会，建立完善社区管理体系，还以购买服务的形式把社工服务引进社区，通过专业工作手法提升社区居民的生活福祉。
当然，在实验教学的实践过程中，还有诸多需要改善的地方，如: 在系统自主组卷和自动评判模块下，学生无法自由选择被考核试题，造成不同学习能力的学生考核题目没有难度区分，课堂教学过程中动手能力较强的学生若已提前顺利完成实验项目，但受限于系统权限，他们无法继续开始后续实验;线上课程资源短期内难于更新修改，学生线上自主学习若有发现错误的地方，只能在交流区留言反馈，会对后面的观者进一步产生错误引导。任何事物都是在逐渐完善中发展壮大并一步推进的，唯有继续实践，总结归纳，物理实验教学才能不断优化完善。
参考文献(References)
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Research and practice of online university physics experiment system
ZHUANG Bin，FENG Zhuo－hong，ZHENG Wei－feng
( College of Physics and Energy; National Demonstration Center for Experimental Physics Education，Fujian Normal University，Fuzhou 350117，China)
Abstract: Experimental teaching plays an important role in cultivating students’scientific research，innovative spirit and practical ability. Based on the national demonstration centre of physics experiment platform，the online university physics experiment system was built，which reflects“Internet + education”. Through various researches and practices，not only the progress of the demonstration center of experiment teaching was guaranted and the laboratories were opened orderly，but also several teaching problems existing in traditional experimental teaching were effectively solved，and further playing a promoting role in innovating the cultivation of students’practical ability.
Key words: experimental teaching; demonstration centre; online university physics experiment system
中图分类号: G482
文献标识码: A
doi: 10.3969/j.issn.1672－4305.2019.05.062
基金项目: 2016 年度福建省教育厅教改项目( 项目编号:JAS151251) ;福建师范大学教学改革研究项目( 项目编号:I201814004) 。
收稿日期: 2018－09－14
修改日期: 2018－11－18
作者简介: 庄彬( 1984－) ，男，福建泉州人，硕士，实验师，主要研究方向为实验室教学与设备管理。
标签：实验教学论文; 示范中心论文; 在线大学物理实验系统论文; 福建师范大学物理与能源学院论文; 物理学国家级实验教学示范中心论文;