基于移动端的大学物理实验微课混合教学模式研究

林宝卿，林志阳，巫梅琴，翟 云

(华侨大学 信息科学与工程学院，福建 厦门 361021)

0 引言

随着无线网络的普及，视频传输与压缩技术已较为成熟，移动智能终端发展迅速，互联网进入了微时代。微视频已经成为一种重要的媒体表达方式，将改变人们的生活方式和学习方式，并在教育领域不断广泛应用，从而产生了微课在微时代环境下的教学模式。微课(Micro-lecture)又名微课程[1-3]，是相对传统课程而言的一种微小课程，主要针对某个知识点或某个教学问题而设计的网络视频课程，它通常由简短的微课视频及配套资源组成。通过微课教学资源，学生可以根据自身需要自主挖掘所需资源，有针对性地展开学习。

大学物理实验作为我校面向全体理工科学生开设的必修专业基础课，是学生进入大学后接受系统实验方法和实验技能训练的开端，其教学目的之一就是要让学生不仅能接受到严格、系统的实验技术训练，掌握进行科学实验的基础知识、方法和技巧，还要培养自身的科学素养和实验创新能力，完成对知识的应用。教师发现采用传统的大学物理实验教学方式进行教学的效果不理想，存在一些问题：课前，学生预习过程仅靠实验教材的单一平面展示，预习过程缺乏主动性，对实验原理、实验仪器和实验内容的理解不充分；课中，教师受上课条件限制，教学方式仍以单一灌输式的讲授为主，学生为了获得学分而机械地完成实验内容，无法深入理解教师的讲解内容，无法在有限的上课时间内进一步拓展学生的实验思维；课后，由于课上教学内容较多且琐碎，上课时无法及时理解和消化，学生复习和数据处理结果不理想，使大学物理实验整体教学效果大打折扣。为提高大学物理实验的教学效果，使学生不受学习时间和空间的限制，安排好课前、课中、课后的学习，大学物理实验教学团队严格按照2010版《理工科大学物理实验课程教学基本要求》开展教学工作。结合我校大学物理实验教学以理工科学生为主的结构特点，提出了采用信息技术手段的方法，将微课作为载体引入到大学物理实验教学中，进行微课模式的实验教学探索与实践，实现线上线下课堂的结合，打破传统单一的教学方式，提高大学物理实验的教学效果和学生的学习兴趣，培养学生的动手能力和创新精神。

1 建立微课网络教学辅助平台，提供技术保障

微课短小精悍，应用范围广，允许学生随时随地进行点击和播放，比传统教学模式更便捷，更有针对性[4]，能够较好地满足移动互联网时代学生快速获取信息和利用碎片化时间进行自主学习、移动学习的需求[5]。目前，网络上有很多可供学生进行在线学习的平台，主要有超星学习通、雨课堂、腾讯课堂，等等。为拓宽学生的学习渠道，满足学生多样化的学习需求，大学物理实验教学团队进行了仔细调研，最终在超星学习通[6-7]、大学物理实验中心网站的信息化教学平台和大学物理实验公众号上创建了学习资源，学生可以通过这些平台在线观看学习内容。在教学中，教学平台、教师和学生是教学过程的三要素，它们之间的关系如图1所示。从图1可以看出，在线学习平台的创建十分重要，它在整个微课模式教学中具有重要的技术保障作用，有了它大学物理实验教学团队才能开展微课教学。在操作界面友好的平台上，教师可以根据课程教学设计便捷的为学生创建相应实验内容的微课视频、教学内容课件、知识点测验、课后作业等相关内容，有利于学生随时随地了解学习内容，有针对性地开展学习。

图1 基于微课的大学物理实验教学三要素关系图Fig.1 Relation schema of three key elements of college physical experiment teaching based on micro-lecture

2 以微课为载体的大学物理实验混合教学模式

为了更好的让学生理解大学物理实验的教学内容，培养学生的思维方法和实验技能，使课前预习、课堂实验操作、课后复习三者紧密结合，大学物理实验教学团队将微课引入实验教学中，探索了以线上微课为辅助，以线下课堂为主体的大学物理实验混合教学模式，具体的大学物理实验模式框图如图2所示。从图2可以看出，该教学模式将大学物理实验课程的理论教学、实践教学与微课有机结合起来，通过课前、课上、课后三个教学环节的合理衔接，充分发挥了教师的主导作用和学生的主体作用，实现了线上微课和线下实体课堂的优势融合，拓展了学生的学习时间和空间，有利于提高大学物理实验的教学效果。

图2 以线上微课为辅助，以线下课堂为主体的 大学物理实验混合教学模式框图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 课前准备与大学物理实验线上微课教学设计

根据微课的特点、实验教学的特殊性和大学物理实验的教学目标要求，实验课程的微课教学设计采用了ADDIE模型[8-11]，其教学设计由分析、设计、开发、实施、评价五个阶段组成，具体的制作流程如图3所示，其中开发阶段是微课制作流程的核心阶段，主要包括教学课件PPT制作、课程教学视频拍摄、实验演示操作视频拍摄、音频录制、微课视频的混合剪辑合成。

图3 大学物理实验微课制作流程Fig.3 Production process of college physical experimental micro class

目前，大学物理实验教学团队已经完成了固体密度的测量、物体的转动惯量测定、音叉的受迫振动与共振、声速测定、示波器的使用、用非平衡电桥测量热敏电阻的温度特性、分光计的使用、用牛顿环测量球面曲率半径等10个实验教学PPT和20个视频点的拍摄和制作工作，涵盖了理工科学生的必做实验项目。现对教学设计过程的关键阶段进行详细阐述，具体步骤如下：

①分析阶段。微课作为一种重要的教学资源，它的针对对象是学习者。我校大学物理实验课主要针对大一下、大二上的本科生，其科学思维能力和创造性都比较强，微课设计的原则之一就是以学生需求为中心来展开知识点教学。针对这一原则，结合本校的实验设备和实际开设的实验项目情况，教学团队编写了集基本理论和实验操作于一体的大物物理实验教材，由清华大学出版社出版，使学生在学习过程中具有较强的针对性。根据微课视频短小精悍的特点，在课程设计时，相关知识点授课部分的时长一般不要超过10 min，要把每一个实验项目制作成一个相应的微课视频，便于学生可以按实验项目学习相应的实验内容，更容易吸收和消化知识点。

②设计阶段。大学物理实验教学内容多，涉及知识面广，是以实验原理讲授和学生具体实验操作为主要载体的课程，微课教学设计应主要围绕大学物理实验的教学目标、教学重难点来展开[12-14]。教学团队在完成实验的前期分析后就开始进行相应实验教学内容的微课设计。在设计中，对实验背景、目的、仪器、原理、操作步骤和注意事项等知识点进行切分、梳理、整合、提炼、讲精，使学生能领悟到实验的内涵，真正做到了解实验、掌握实验和喜欢实验。表1为用牛顿环测量球面曲率半径的实验微课教学设计。

表1 用牛顿环测量球面曲率半径的实验微课教学设计Tab.1 Design of experimental micro class teaching based on the measurement of sphere radius of curvature by Newton’s rings

③开发阶段。通过对实验项目的前期分析和教学设计，微课制作进入了核心阶段。在这个阶段中，要完成以下任务：根据教学设计，用PowerPoint来制作精良的PPT课件，用高清摄像机来分段、分镜头录制实验教学视频和实验操作演示视频，用专业录音笔来录制视频配音。用Adobe Premiere软件来对视频和音频进行合成剪辑，并配上字幕。

④实施阶段。图4为微课学习平台资源创建结构图，根据这个结构，教学团队将制作好的微课视频通过超星学习通、大学物理实验的公众号和大学物理实验中心的信息化教学平台进行多渠道发布，学生可以通过电脑客户端和移动通信终端实现对大学物理实验微课内容的访问和观看，并完成相应的在线知识点检测和作业提交等任务。

图4 微课学习平台的资源创建结构图Fig.4 Structure chart of resource establishment based on micro class platform

⑤评价阶段。在大学物理实验微课制作好后，可邀请同行和部分本科专业的学生来进行小范围的试用，并根据同行评议和学生反馈的问题进行修改和完善。在正式上线后，也可以进一步采集学生的反馈信息和教师的使用体会，对后续内容进行增补，使大学物理实验微课更完善、更合理、更实用。

2.2 线下实体课堂与学生面对面教学

大学物理实验课是一门进行实验观察、测量和分析的课程，学生必然要走进实验室进行实验操作。实验室作为线下课堂的主要阵地，学生在已通过大学物理实验微课线上学习的基础上与教师进行线下课堂的面对面主题式探索与交流，实现课堂的翻转教学[15-16]。在这个阶段，学生是学习主体，教师的课堂主导作用非常关键，教师可通过启发式教学来引导学生一步步探究问题，解决疑惑，在接下来的实验操作过程中更有的放矢，提高实验成效。学生通过线下课堂学习得到了良好的启发性、互动性学习体验，增强了学生进行设计性实验的能力。

2.3 课后学生作业反馈与实践评价

大学物理实验微课混合式教学模式下，学生的实验成绩采用百分制进行评价，主要由线上微课学习成绩和线下实验操作两部分组成，各部分成绩权重设置占比为：观看视频占30%，知识点测验占20%，作业得分占20%，操作得分占20%，讨论得分占10%。表2为大学物理实验微课混合式教学改革的实际授课班级学生实验学习成绩统计表，从表中可以看出，大多数学生都比较积极参与课前的网上任务点学习，实体课堂上的实验操作得分率和讨论得分率也比较高，课后的知识点测验结果和作业提交情况较为理想。

表2 大学物理实验学习成绩统计表Tab.2 Statistical table of college physical experimental school records

表3为大学物理实验微课混合式教学的实验综合成绩进行十分制换算后的统计分析结果。从表格中可以看出，实验的平均值集中在7.5～8，说明实验成绩在这个分数段附近比较集中，标准偏差在1左右，成绩的最大值为9～9.5，最小值为6。成绩范围在3～3.5的离散程度比较小，成绩分布范围较集中，学生的实验完成率和得分率较高，实验难度适中。kurtosis值为负，说明学生成绩分布曲线与正态分布曲线相比较为平坦。Lower 95% CI of mean和Upper 95% CI of mean为平均值95%的置信下限和上限，其值在7～8.5，说明学生之间成绩相差较小，大多数学生对实验的理解和掌握程度较好。

表3 学生实验综合成绩的统计分析Tab.3 Statistical analysis of students experimental comprehensive results

3 结语

通过将微课引入大学物理实验混合式教学中，把线上微课与线下课堂实验操作相结合，对课前、课中和课后三个环节进行合理教学设计，让学生可以不受时间和空间限制，利用碎片化时间进行学习，给学生带来了很大的便利。经过课前的有效预习，学生在进入实验室时带着明确的目的性，能在课堂上就实验内容和现象与教师展开积极探讨和互动，大大提高了实验操作的趣味性和探索性。经过一段时间的教学实践，结合学生的学习过程分析和学习成绩统计分析，认为以线上微课为辅助，以线下课堂为主体的大学物理实验微课混合教学模式取得了良好的教学效果，对激发学生的学习主动性起到了很好的促进作用，有利于打造大学物理实验优质课堂教学，进一步培养学生的实验操作能力和创新能力。