網課不開實驗課?高手在雲間,居家能實操,外校來「借光」,從凝聚態...

2020-11-23 上海觀察

從中小學到大學，在線教育全面鋪開，但強調動手能力的實驗課怎麼辦？高手在「雲」間，開網課與做實驗不矛盾哦。看下滬上師大的老師們如何實操……今天他們教授的各科學子，明天就可能成為各科教師——

打開雷射器電源，設定冷卻光、回泵光、成像光的功率和頻譜，選擇「光路調節」時序，點擊「執行」按鈕，搭建六束雷射光路……

作為上海市實驗教學示範中心之一，華東師大物理與電子科學學院物理實驗教學中心裡，老師在線指導、發出系統指令，物理系基地班的42名同學則遠在各自家中，順利完成了這一「超冷原子玻色-愛因斯坦凝聚態的製備和物性研究虛擬仿真實驗」。

【自主研發虛擬仿真實驗平臺】

原子光學孕育了量子力學誕生，加深了人類對於微觀世界的認知。但事實上，超冷原子方面的實體實驗本就系統複雜、儀器昂貴，不便於大範圍普及，導致許多高校的物理和相關本科專業學生缺乏實驗機會。

疫情防控期間，如何將實驗教學快速轉變為線上課程？針對居家做實驗需求，華東師大物理與電子科學學院「喚醒」了自主研發的虛擬仿真實驗平臺進程。學院物理實驗教學中心，依託精密光譜科學與技術國家重點實驗室冷原子光學研究特色，設計開發這項「超冷原子玻色-愛因斯坦凝聚態的製備和物性研究虛擬仿真實驗」，入選2019年度上海市級虛擬仿真實驗教學項目。

這個網上實驗室，通過網頁直接訪問，供學生24小時使用，同時在線人數可達1000人。自3月份學校開展線上教學以來，已有200餘名學生通過此平臺進行「雲實驗」。除面向本校學生開放外，該平臺同時已在杭州電子科技大學信息工程學院、青島黃海學院等高校使用，校外「借光」參與學習人數達1400餘人次。

【「雲實驗」也是「虛」「實」結合】

其實，「雲實驗」也是「虛」「實」結合的教學方式。「實」是學生提前學習掌握《雷射原理及技術》《光學》《原子物理》等課程內容；「虛」是學生在具備一定知識儲備的基礎上，通過虛擬仿真實驗教學平臺開展學習、實驗操作與考核。可以說，虛擬仿真實驗的沉浸感、交互性、想像性，也給傳統課堂式教學注入了新活力。

2017級物理師範專業本科生楊佛靈說，「實驗模擬效果很好，可以手動調節，也可以選擇自動調節，實驗步驟的指導也幫助我們在很短的時間內完成現實中很難完成的實驗。」

物理實驗教學中心副主任尹亞玲說，該平臺幾乎涵蓋了實驗的所有教學內容，主要分為實驗模式和考核模式，學生可通過操作引導視頻等快速進入實驗狀態；實驗結束後，平臺還會對學生的實驗在線操作、實驗報告、實驗知識掌握等方面的具體情況分別測試與評價，最後給出綜合測評結果。

解放日報·上觀新聞記者了解到，由物理實驗教學中心開發的「分子超快動力學成像虛擬仿真實驗項目」和「穆斯堡爾譜虛擬仿真實驗項目」也在本月開放。

【闖關模式「打遊戲」提高實驗分值】

無獨有偶，在上海師範大學，信息與機電工程學院應駿老師主講《單片機原理及應用》課程教學。單片機作為一塊集成電路晶片，其實就是一個小而完善的微型計算機系統，可謂學計算機科學的必備技。

為讓學生成為實踐教學課堂的主角，應駿把教學班全班100餘人以不超過5人為一組，分為20多個學習小組，並在每個學習單元開始之前抽取兩個小組布置任務，要求他們在課上展示視頻學習的成果。而且，應老師在每一個單元中都設置了實驗測試環節，並將其設置為闖關模式，在學生仿照打遊戲通關的同時，也依次完成了各個知識點學習。

鑑於虛擬仿真平臺的隨時隨地可用性，應老師特別加大了學生的實踐實驗作業量，提高平時成績所佔比重，並將作業完成情況作為平時成績的主要來源。比如，將滿足課內教學目標的「必做實驗」部分設置為80分，將引導優秀學生學習提高的「選做實驗」部分設置為20分。

「目前，在大部隊進行第四單元學習的時候，已有3位同學完成，或者接近完成整個學期的課程內容學習。」

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