基于移動端的大學物理實驗微課混合教學模式研究

林寶卿，林志陽，巫梅琴，翟 云

(華僑大學 信息科學與工程學院，福建 廈門 361021)

0 引言

隨著無線網絡的普及，視頻傳輸與壓縮技術已較為成熟，移動智能終端發展迅速，互聯網進入了微時代。微視頻已經成為一種重要的媒體表達方式，將改變人們的生活方式和學習方式，并在教育領域不斷廣泛應用，從而產生了微課在微時代環境下的教學模式。微課(Micro-lecture)又名微課程[1-3]，是相對傳統課程而言的一種微小課程，主要針對某個知識點或某個教學問題而設計的網絡視頻課程，它通常由簡短的微課視頻及配套資源組成。通過微課教學資源，學生可以根據自身需要自主挖掘所需資源，有針對性地展開學習。

大學物理實驗作為我校面向全體理工科學生開設的必修專業基礎課，是學生進入大學后接受系統實驗方法和實驗技能訓練的開端，其教學目的之一就是要讓學生不僅能接受到嚴格、系統的實驗技術訓練，掌握進行科學實驗的基礎知識、方法和技巧，還要培養自身的科學素養和實驗創新能力，完成對知識的應用。教師發現采用傳統的大學物理實驗教學方式進行教學的效果不理想，存在一些問題：課前，學生預習過程僅靠實驗教材的單一平面展示，預習過程缺乏主動性，對實驗原理、實驗儀器和實驗內容的理解不充分；課中，教師受上課條件限制，教學方式仍以單一灌輸式的講授為主，學生為了獲得學分而機械地完成實驗內容，無法深入理解教師的講解內容，無法在有限的上課時間內進一步拓展學生的實驗思維；課后，由于課上教學內容較多且瑣碎，上課時無法及時理解和消化，學生復習和數據處理結果不理想，使大學物理實驗整體教學效果大打折扣。為提高大學物理實驗的教學效果，使學生不受學習時間和空間的限制，安排好課前、課中、課后的學習，大學物理實驗教學團隊嚴格按照2010版《理工科大學物理實驗課程教學基本要求》開展教學工作。結合我校大學物理實驗教學以理工科學生為主的結構特點，提出了采用信息技術手段的方法，將微課作為載體引入到大學物理實驗教學中，進行微課模式的實驗教學探索與實踐，實現線上線下課堂的結合，打破傳統單一的教學方式，提高大學物理實驗的教學效果和學生的學習興趣，培養學生的動手能力和創新精神。

1 建立微課網絡教學輔助平臺，提供技術保障

微課短小精悍，應用范圍廣，允許學生隨時隨地進行點擊和播放，比傳統教學模式更便捷，更有針對性[4]，能夠較好地滿足移動互聯網時代學生快速獲取信息和利用碎片化時間進行自主學習、移動學習的需求[5]。目前，網絡上有很多可供學生進行在線學習的平臺，主要有超星學習通、雨課堂、騰訊課堂，等等。為拓寬學生的學習渠道，滿足學生多樣化的學習需求，大學物理實驗教學團隊進行了仔細調研，最終在超星學習通[6-7]、大學物理實驗中心網站的信息化教學平臺和大學物理實驗公眾號上創建了學習資源，學生可以通過這些平臺在線觀看學習內容。在教學中，教學平臺、教師和學生是教學過程的三要素，它們之間的關系如圖1所示。從圖1可以看出，在線學習平臺的創建十分重要，它在整個微課模式教學中具有重要的技術保障作用，有了它大學物理實驗教學團隊才能開展微課教學。在操作界面友好的平臺上，教師可以根據課程教學設計便捷的為學生創建相應實驗內容的微課視頻、教學內容課件、知識點測驗、課后作業等相關內容，有利于學生隨時隨地了解學習內容，有針對性地開展學習。

圖1 基于微課的大學物理實驗教學三要素關系圖Fig.1 Relation schema of three key elements of college physical experiment teaching based on micro-lecture

2 以微課為載體的大學物理實驗混合教學模式

為了更好的讓學生理解大學物理實驗的教學內容，培養學生的思維方法和實驗技能，使課前預習、課堂實驗操作、課后復習三者緊密結合，大學物理實驗教學團隊將微課引入實驗教學中，探索了以線上微課為輔助，以線下課堂為主體的大學物理實驗混合教學模式，具體的大學物理實驗模式框圖如圖2所示。從圖2可以看出，該教學模式將大學物理實驗課程的理論教學、實踐教學與微課有機結合起來，通過課前、課上、課后三個教學環節的合理銜接，充分發揮了教師的主導作用和學生的主體作用，實現了線上微課和線下實體課堂的優勢融合，拓展了學生的學習時間和空間，有利于提高大學物理實驗的教學效果。

圖2 以線上微課為輔助，以線下課堂為主體的 大學物理實驗混合教學模式框圖Fig.2 Block diagram of college experimental hybrid teaching model through taking offline class as the main body and online micro class the supplementary

2.1 課前準備與大學物理實驗線上微課教學設計

根據微課的特點、實驗教學的特殊性和大學物理實驗的教學目標要求，實驗課程的微課教學設計采用了ADDIE模型[8-11]，其教學設計由分析、設計、開發、實施、評價五個階段組成，具體的制作流程如圖3所示，其中開發階段是微課制作流程的核心階段，主要包括教學課件PPT制作、課程教學視頻拍攝、實驗演示操作視頻拍攝、音頻錄制、微課視頻的混合剪輯合成。

圖3 大學物理實驗微課制作流程Fig.3 Production process of college physical experimental micro class

目前，大學物理實驗教學團隊已經完成了固體密度的測量、物體的轉動慣量測定、音叉的受迫振動與共振、聲速測定、示波器的使用、用非平衡電橋測量熱敏電阻的溫度特性、分光計的使用、用牛頓環測量球面曲率半徑等10個實驗教學PPT和20個視頻點的拍攝和制作工作，涵蓋了理工科學生的必做實驗項目。現對教學設計過程的關鍵階段進行詳細闡述，具體步驟如下：

①分析階段。微課作為一種重要的教學資源，它的針對對象是學習者。我校大學物理實驗課主要針對大一下、大二上的本科生，其科學思維能力和創造性都比較強，微課設計的原則之一就是以學生需求為中心來展開知識點教學。針對這一原則，結合本校的實驗設備和實際開設的實驗項目情況，教學團隊編寫了集基本理論和實驗操作于一體的大物物理實驗教材，由清華大學出版社出版，使學生在學習過程中具有較強的針對性。根據微課視頻短小精悍的特點，在課程設計時，相關知識點授課部分的時長一般不要超過10 min，要把每一個實驗項目制作成一個相應的微課視頻，便于學生可以按實驗項目學習相應的實驗內容，更容易吸收和消化知識點。

②設計階段。大學物理實驗教學內容多，涉及知識面廣，是以實驗原理講授和學生具體實驗操作為主要載體的課程，微課教學設計應主要圍繞大學物理實驗的教學目標、教學重難點來展開[12-14]。教學團隊在完成實驗的前期分析后就開始進行相應實驗教學內容的微課設計。在設計中，對實驗背景、目的、儀器、原理、操作步驟和注意事項等知識點進行切分、梳理、整合、提煉、講精，使學生能領悟到實驗的內涵，真正做到了解實驗、掌握實驗和喜歡實驗。表1為用牛頓環測量球面曲率半徑的實驗微課教學設計。

表1 用牛頓環測量球面曲率半徑的實驗微課教學設計Tab.1 Design of experimental micro class teaching based on the measurement of sphere radius of curvature by Newton’s rings

③開發階段。通過對實驗項目的前期分析和教學設計，微課制作進入了核心階段。在這個階段中，要完成以下任務：根據教學設計，用PowerPoint來制作精良的PPT課件，用高清攝像機來分段、分鏡頭錄制實驗教學視頻和實驗操作演示視頻，用專業錄音筆來錄制視頻配音。用Adobe Premiere軟件來對視頻和音頻進行合成剪輯，并配上字幕。

④實施階段。圖4為微課學習平臺資源創建結構圖，根據這個結構，教學團隊將制作好的微課視頻通過超星學習通、大學物理實驗的公眾號和大學物理實驗中心的信息化教學平臺進行多渠道發布，學生可以通過電腦客戶端和移動通信終端實現對大學物理實驗微課內容的訪問和觀看，并完成相應的在線知識點檢測和作業提交等任務。

圖4 微課學習平臺的資源創建結構圖Fig.4 Structure chart of resource establishment based on micro class platform

⑤評價階段。在大學物理實驗微課制作好后，可邀請同行和部分本科專業的學生來進行小范圍的試用，并根據同行評議和學生反饋的問題進行修改和完善。在正式上線后，也可以進一步采集學生的反饋信息和教師的使用體會，對后續內容進行增補，使大學物理實驗微課更完善、更合理、更實用。

2.2 線下實體課堂與學生面對面教學

大學物理實驗課是一門進行實驗觀察、測量和分析的課程，學生必然要走進實驗室進行實驗操作。實驗室作為線下課堂的主要陣地，學生在已通過大學物理實驗微課線上學習的基礎上與教師進行線下課堂的面對面主題式探索與交流，實現課堂的翻轉教學[15-16]。在這個階段，學生是學習主體，教師的課堂主導作用非常關鍵，教師可通過啟發式教學來引導學生一步步探究問題，解決疑惑，在接下來的實驗操作過程中更有的放矢，提高實驗成效。學生通過線下課堂學習得到了良好的啟發性、互動性學習體驗，增強了學生進行設計性實驗的能力。

2.3 課后學生作業反饋與實踐評價

大學物理實驗微課混合式教學模式下，學生的實驗成績采用百分制進行評價，主要由線上微課學習成績和線下實驗操作兩部分組成，各部分成績權重設置占比為：觀看視頻占30%，知識點測驗占20%，作業得分占20%，操作得分占20%，討論得分占10%。表2為大學物理實驗微課混合式教學改革的實際授課班級學生實驗學習成績統計表，從表中可以看出，大多數學生都比較積極參與課前的網上任務點學習，實體課堂上的實驗操作得分率和討論得分率也比較高，課后的知識點測驗結果和作業提交情況較為理想。

表2 大學物理實驗學習成績統計表Tab.2 Statistical table of college physical experimental school records

表3為大學物理實驗微課混合式教學的實驗綜合成績進行十分制換算后的統計分析結果。從表格中可以看出，實驗的平均值集中在7.5～8，說明實驗成績在這個分數段附近比較集中，標準偏差在1左右，成績的最大值為9～9.5，最小值為6。成績范圍在3～3.5的離散程度比較小，成績分布范圍較集中，學生的實驗完成率和得分率較高，實驗難度適中。kurtosis值為負，說明學生成績分布曲線與正態分布曲線相比較為平坦。Lower 95% CI of mean和Upper 95% CI of mean為平均值95%的置信下限和上限，其值在7～8.5，說明學生之間成績相差較小，大多數學生對實驗的理解和掌握程度較好。

表3 學生實驗綜合成績的統計分析Tab.3 Statistical analysis of students experimental comprehensive results

3 結語

通過將微課引入大學物理實驗混合式教學中，把線上微課與線下課堂實驗操作相結合，對課前、課中和課后三個環節進行合理教學設計，讓學生可以不受時間和空間限制，利用碎片化時間進行學習，給學生帶來了很大的便利。經過課前的有效預習，學生在進入實驗室時帶著明確的目的性，能在課堂上就實驗內容和現象與教師展開積極探討和互動，大大提高了實驗操作的趣味性和探索性。經過一段時間的教學實踐，結合學生的學習過程分析和學習成績統計分析，認為以線上微課為輔助，以線下課堂為主體的大學物理實驗微課混合教學模式取得了良好的教學效果，對激發學生的學習主動性起到了很好的促進作用，有利于打造大學物理實驗優質課堂教學，進一步培養學生的實驗操作能力和創新能力。