基于微課的大學物理實驗混合式教學設計
——以楊氏模量的測量為例

劉海楠，姚陸鋒，姚 琨

（海軍工程大學基礎部物理教研室 湖北 武漢 430030）

大學物理實驗是高等理工科院校自然科學類必修課程，旨在傳授科學實驗的基本理論、方法和技能，為后續的專業學習、學術研究及終身發展奠定堅實基礎。然而，面對“互聯網+教育”新形態的沖擊，傳統的“課前預習—示范講解—學生操作—實驗報告”教學模式已暴露出一些弊端，主要體現在以下三個方面：

課前預習不理想。學生在預習階段依賴教材摘抄來完成預習報告，缺乏多樣化的開放學習資源，使預習過程變得乏味和復雜，學生難以深入了解實驗的背景、明確實驗的目的，造成學生學習興趣不高，無法養成良好的自主學習習慣。

課堂教學空心化。在示范講解加學生操作的教學流程下，學生按部就班模仿完成實驗，缺乏內在的學習動力和積極性，無法深入思考實驗方法和設計理念等深層次問題，難以激發學生的創造性思維，實驗素養培育效果較低。

課后評價不科學。目前的課程考核以實驗報告為主要參考依據，缺少對學生動手能力、拓展研究能力、創新實踐能力等的客觀有效評價，“知識、能力、素質”三維度學習效果、全過程學習動態變化等有效信息不足。

綜上，教育者需積極探索創新的教學模式，開發教學工具，以提供更為靈活、高效和高質量的大學物理實驗教育。

1 基于微課的混合式教學模式

隨著教育信息化技術的持續進步，線上線下混合式教學迅速發展壯大，并將傳統學習方式的優勢和數字化或網絡化學習的優勢深度融合[1-4]。在該模式下，學生課前的學習情況將直接影響課堂的整體效果，成為決定線下課堂教學成敗的關鍵環節。但是對于以線下教學時空為主的實踐類課程，盲目“復制”這種深度混合教學模式難以使學生達成相關學習目標[5]。

將微課與混合式教學全過程融合為學生提供了更多的學習途徑和靈活性。該模式雖然在理論課中已經得到廣泛應用[6]，但在實踐課程教學中的應用潛力尚未得到充分討論。基于此，本文以“楊氏模量的測量”為具體案例，提出一種“課前自主學習（引入式微課）-課中深化訓練（工具箱式微課）-課后鞏固拓展（反思類微課）”的實驗教學模式，嘗試探索構建全程化、全方位、全員參與的實驗教學改革之路。具體的教學模式設計如圖1 所示。

圖1 基于微課的大學物理實驗混合式教學設計示意圖

1.1 課前自主學習環節

實驗前，教師利用實驗室智慧系統GVSUN 上的ShowDoc在線預習平臺重塑數字化教學資源，設計課前學習指南發送至學生微信（教師在該平臺采用Markdown 語言編寫文檔，有機整合微課視頻、PPT 課件等多媒體資源，使學習指南按照內容設計具有層次清晰的特定格式，然后轉換成有效的HTML 文檔）。學生只需在微信對話框中點開“學習指南”鏈接即可進行有針對性的學習。短小精煉的學習指南可以讓學生利用碎片化時間快速獲取信息，大幅提升課前學習的準確性和趣味性，解決預習效果不理想的難題。

1.2 課中深化訓練環節

實驗課程的教育教學質量必須以課堂教學的水平為基礎。以學生為中心的教學模式強調加強師生互動，將傳統的封閉課堂轉變為富有對話的環境，而問題引導則成為一種有效的組織方式。一個經過精心設計的問題通常能夠激發學生的興趣，打開他們的思維之窗，從而提升課堂教學效果。因此，問題的出現時機、作用、預期效果及實現的具體目標都需要合理考慮。在無手機課堂環境中，如何提升所有學生的參與度、積極性，并實現課堂教學評價的全員覆蓋成為本環節的重要問題。本研究擬采用第四代實時互動反饋系統Plickers 軟件[7]，在學生沒有智能移動終端的情況下，通過教師手機掃描學生手中的二維碼專屬卡片的形式進行互動，并得到實時反饋數據。通過反饋信息，教師可以全面了解學生的知識掌握情況和實驗進度，使實驗教學更有針對性。這種方法有助于節約實驗背景、目的、原理等內容的講解時間，有機地安排示范流程和輔導節奏，為學生提供更多的動手和思考機會。這樣一來，學生將更主動地構建知識，深入處理信息，培養創造力，有效提高實驗課堂的教學效果，解決了課堂教學空心化的難題。

1.3 課后鞏固拓展環節

課后學生自主內化知識，完成實驗報告，尤其需要注重回顧與反思，比如反饋個人認為實驗中的易錯點和期望的教學改進方向等信息。教師同步收集過程性評價結果和數據，充分利用這些數據信息對教學活動加以評價分析，可采用差異化、個性化手段進行精準干預，發掘學生潛能，促進學生的全面發展，鼓勵學生優化改進實驗方案，真正實現規模化教育與個性化培養的有機統一。建立多維度、多層次的評價標準，避免出現考核形式單一、評價不科學的問題。

2 微課在楊氏模量測量中的應用設計

2.1 學情分析

課程組首先調研了學生參與教改活動的意愿和對教改實施環節的具體期望。問卷的題目為實驗型微課在大學物理實驗教學中的應用，主要從學生喜歡什么類型的微課、學生對微課融入課堂的方法手段、學生參與教改的意愿三個方面進行調查，共有354 位學生參與了問卷調查。調查結果顯示，學生最感興趣的微課類型是實驗的背景與意義部分介紹及實驗數據處理方法的指導；愿意使用教師在課堂上提供的工具箱式微課；擁有較高的參與教改活動的意愿。所以，教師在設計微課應充分考慮學生的需求，需要側重背景、目的與數據處理部分的微課設計與呈現。

2.2 引入式微課融于課前

本文設計“引入式”實驗微課來實現學生的自主預習。對于楊氏模量實驗，學生很可能會因為對地楊氏模量與光杠桿概念較為陌生而喪失學習興趣。因此，本文設計制作《楊氏模量的“楊氏”是誰？》《楊氏模量有什么用？》《光杠桿是個什么杠桿？》等一系列介紹性微課，并將其整合到課前學習指南中，學生直接點擊指南中的鏈接即可在線上完成學習。引入式微課可通過豐富的圖片、視頻和時下流行的網絡用語介紹實驗意義，突出知識要點，明確實驗目標，激發學生的學習興趣，使學生對實驗教學有所期待，有利于啟發學生的問題意識和探究意識，引導學生明確實驗的應用價值與創新之處。教師在授課之前可以花較短的時間，通過Plickers提問來了解學生預習中存在的問題，針對性講解共性問題，留出更多時間給學生自己動手操作，現場給予更多延伸和補充，從而實現較高層次的學習目標（比如應用和分析等）。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。

2.3 工具箱式微課置于課中

傳統的實驗微課通常是以視頻的方式簡單再現實驗操作過程，學生在實驗過程中完全按照視頻中演示的正確步驟去操作，沒有機會動腦思考，對于實驗課程要求的培養學生的動手能力、創新能力、科學素養等起到了非常大的阻礙作用。本文創新性地提出用工具箱式微課來引發學生的自主思考。比如，在拉伸法測金屬絲楊氏模量的實驗中，出于測量精度的考慮，對金屬絲長度、金屬絲直徑、光杠杠常數和伸長量等物理量的測量需要使用不同的工具。教師可以對此提出問題“你如何選擇合適的工具？只用一種工具能完成測量嗎？”利用Plickers 引導學生在問題的牽引下進行互動討論，并及時收集反饋信息。而這些工具和方法的使用方法可以分解成模塊化知識錄制成微課（比如《快速掌握螺旋測微計的使用》《手把手教你游標卡尺的讀數》等）中，放在實驗室的移動終端設備（如局域網的平板和筆記本電腦等）。學生在工具箱式微課的幫助下，自主分析、解決相關問題，實現個性化的教學目標。

2.4 反思類微課評于課后

根據問卷調查結果可知，學生普遍反映在課后實驗處理階段遇到了困難。因此，實驗課后的微課應用設計應側重于講解數據處理的要求和原理。基于此，課程組設計《測量結果的不確定度——輕松應對大學物理實驗數據處理難關》《10 分鐘教你用EXCEL 計算不確定度》《如何用逐差法處理數據》等微課放在GVSUN上的云盤上，同樣利用ShowDoc 平臺，以網頁推送的形式發給學生學習，幫助學生在課后自主復習鞏固相關知識，杜絕數據處理“將錯就錯”的事情發生。另外，鼓勵學生自行拍攝微課版實驗報告，以視頻的形式展示實驗報告。學生也可以將個人認為的實驗中的易錯點和發現的實驗小竅門等錄制成微課發給教師，教師同步收集這些過程性數據并記錄為形成性考核成績。同時，教師可以鼓勵學生優化改進實驗方案并嘗試制作實驗教學微課，積極參加大學生物理實驗創新設計競賽等，讓大學物理實驗課程的考核評價更加多元化。

3 結語

本文以提升大學物理實驗教學效果為目標，設計了一種基于微課的混合式教學模式。通過“楊氏模量的測量”案例，詳細介紹了課前自主學習、課中深化訓練和課后鞏固拓展三個關鍵環節。采用引入式微課、工具箱式微課和反思類微課等創新方式，通過Plickers提高學生參與度，實現更具靈活性和多樣性的教學。盡管初步結果表明新模式在激發學生興趣、提高思維深度和改善實驗課效果方面取得了積極成效，但也存在一些問題和挑戰。因此，下一步將繼續關注學生的個性化學習需求，優化微課設計，強化教學技能，更好地引導學生進入新型教學環境。