蔡 青， 胡永金， 李星星， 吳云沛

(湖北汽車工業(yè)學(xué)院 理學(xué)院，湖北 十堰 442002)

?

基于MOOCs的大學(xué)物理實驗教學(xué)改革

蔡 青， 胡永金， 李星星， 吳云沛

(湖北汽車工業(yè)學(xué)院 理學(xué)院，湖北 十堰 442002)

針對傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗教學(xué)存在的問題，提出了基于MOOCs的大學(xué)物理實驗教學(xué)改革方案。該方案以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主，教師指導(dǎo)為輔的教學(xué)指導(dǎo)思想，以“網(wǎng)絡(luò)微課視頻+網(wǎng)絡(luò)互動+面授”為核心的改革思路，以微課視頻、在線測試和互動以及實驗拓展知識學(xué)習(xí)為輔的先進教學(xué)手段，實現(xiàn)對大學(xué)物理實驗教學(xué)改革。通過在物理實驗教學(xué)課堂中的應(yīng)用，該改革方案不僅激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識和創(chuàng)新能力，取得良好的教學(xué)效果。

大學(xué)物理實驗； 慕課； 微課； 教學(xué)改革

0 引 言

大學(xué)物理是高校理工科學(xué)生的必修基礎(chǔ)課程，大學(xué)物理實驗作為該課程的驗證性課程不但讓學(xué)生所學(xué)知識能夠理論聯(lián)系實際，而且對于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、分析問題和解決問題能力以及創(chuàng)新能力都有重要的作用[1]。傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)模式主要是：預(yù)習(xí)、實驗操作、實驗報告、課后作業(yè)、教師評分。主要存在的問題是：實驗教學(xué)內(nèi)容陳舊、跟不上時代發(fā)展的步伐，實驗教學(xué)手段落后單一、現(xiàn)代化教學(xué)技術(shù)應(yīng)用不足[2]。因此，如何通過改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式來提高物理實驗教學(xué)質(zhì)量以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性是目前高校物理實驗教學(xué)亟待解決的問題。

目前，全國各高校針對自身的特點和實際情況提出了多種物理實驗教學(xué)改革的方案，總結(jié)起來主要有以下幾種改革方案：①實驗教學(xué)內(nèi)容的改革，主要是修改實驗教學(xué)的大綱，引入貼近實際生活的創(chuàng)新實驗和綜合性實驗激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性[3-4]。②實驗教學(xué)手段的改革，合理安排實驗教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，引進多媒體、網(wǎng)絡(luò)和智能儀器設(shè)備來改善教學(xué)質(zhì)量和效果[5-6]。但是這兩類教學(xué)改革仍然沒有改變以老師教和學(xué)生被動地學(xué)傳統(tǒng)模式，學(xué)生思維仍然被限制在教師預(yù)定的模式下進行，同時現(xiàn)代化先進技術(shù)手段的應(yīng)用很多時候適得其反不是激發(fā)學(xué)生的興趣，而是滋長學(xué)生的惰性。

針對以上提出的各種改革方案，本文從自身學(xué)校的特點和實際情況出發(fā)，提出了基于MOOCs[7]的物理實驗教學(xué)改革方案。該方案將MOOCs這種新的教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)相融合，實現(xiàn)了一種新的教學(xué)模式：“網(wǎng)絡(luò)微課視頻+網(wǎng)絡(luò)互動+面授”。改革的主要思路是：①課前將翻轉(zhuǎn)課堂引入實驗教學(xué)[8]。課前學(xué)生可以利用“碎片化”的時間通過觀看視頻進行實驗原理和操作部分的預(yù)習(xí)，并且學(xué)生還可以利用網(wǎng)絡(luò)平臺進行師生及生生之間在線交流、學(xué)生自測和互評。培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力[9]。②課堂上老師不再進行實驗原理的講解以及操作部分的演示，而只進行答疑解惑，實現(xiàn)一對一的指導(dǎo)，協(xié)作學(xué)生完成實驗，培養(yǎng)學(xué)生的獨立探索能力。③課后，學(xué)生除了完成和提交實驗報告外，可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺觀看實驗的拓展視頻，回答課堂預(yù)留的擴展問題以及進行實驗經(jīng)驗交流和心得分享，教師可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)平臺中活躍度對學(xué)生進行一定的獎勵。課后的安排不但進一步增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且培養(yǎng)學(xué)生獨立思考的能力。該教學(xué)改革方案經(jīng)過在本校的物理實驗教學(xué)中實踐，取得了較好的教學(xué)效果。

1 總體的改革方案

本文提出的物理實驗改革設(shè)計方案如圖1所示，主要分為3個部分，①課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，主要是觀看微課視頻；在線測驗、討論交流；機器評分和學(xué)生互評。②課堂實驗環(huán)節(jié)，主要是教師輔助下學(xué)生獨立完成實驗。③課后復(fù)習(xí)鞏固環(huán)節(jié)，主要是完成實驗報告；在線互動實驗心得體會；學(xué)習(xí)實驗拓展資源以及激勵機制。

1.1 課 前

課前預(yù)習(xí)是教學(xué)非常重要的環(huán)節(jié)，做好課前預(yù)習(xí)不但能夠培養(yǎng)學(xué)生的獨立自主學(xué)習(xí)能力，而且為后續(xù)的課堂實驗提供了有利保障。實驗課實踐性較強，操作類的知識需要反復(fù)練習(xí)才能熟練掌握。傳統(tǒng)的大學(xué)物理實驗教學(xué)模式下學(xué)生通過閱讀教材進行預(yù)習(xí)，學(xué)生對實驗儀器的了解不夠直觀，也無法通過反復(fù)操作增加實驗操作的熟練程度。MOOCs模式下大學(xué)物理實驗教學(xué)改革讓學(xué)生在課前根據(jù)自己的時間規(guī)劃和學(xué)

圖1 物理實驗改革設(shè)計方案結(jié)構(gòu)圖

習(xí)習(xí)慣觀看微課視頻進行預(yù)習(xí)，把握學(xué)習(xí)進度。通過觀看微課視頻進行實驗原理、實驗儀器介紹、操作演示、現(xiàn)象演示等內(nèi)容的學(xué)習(xí)。通過觀看“實驗儀器介紹”視頻可以直觀地了解儀器的構(gòu)造原理，調(diào)節(jié)方法以及實驗現(xiàn)象，既降低了學(xué)生對文字理解的難度，又增加了感性認識[10]。通過觀看“操作演示視頻”掌握實驗操作過程、步驟。觀看“現(xiàn)象演示”、“實驗要領(lǐng)”能幫助學(xué)生順利地解決操作過程中出現(xiàn)的問題，使實驗完成率得到提高從而提高了學(xué)生的自我效能感。學(xué)生可以下載微課視頻到移動端反復(fù)觀看，加深印象。課前，學(xué)生也可以通過網(wǎng)絡(luò)使用在線“仿真實驗”，在虛擬的實驗室里進行實驗操作的練習(xí)，仿真實驗仿真性較強，不受時間和空間的限制，學(xué)生可以隨時隨地進行操作部分的練習(xí)。

1.1.1 微課制作

首先，微課教學(xué)以短為特色，時長一般是5～10 min，資源內(nèi)容較小，一段微課只講授一個知識點，并標(biāo)注內(nèi)容主題[11]，學(xué)生可以有選擇地重復(fù)觀看自己需要的內(nèi)容。微課不僅具備視頻資源的優(yōu)勢亦可以有效降低學(xué)習(xí)者的認知負荷。在進行視頻制作時應(yīng)該注意微課具備的獨立性、完整性、示范性、代表性創(chuàng)新性的特點[12]。此外，視頻制作應(yīng)該遵循微課設(shè)計的核心：①設(shè)計思路應(yīng)以學(xué)生中心。②課程設(shè)計注重內(nèi)涵，規(guī)范化精細化。③將課程內(nèi)容進行分解，合理切分知識點，一個知識點一個視頻。④盡量使用豐富的啟發(fā)性素材。改革后的大學(xué)物理實驗教學(xué)將老師課堂講授的部分精心制作成微課視頻。MOOCs教學(xué)模式下微課的設(shè)計必須支持和促進學(xué)習(xí)者個性化學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生順利完成實驗。下面以邁克爾遜干涉儀實驗為例，詳述微課制作內(nèi)容以及制作重點。見表1。

邁克爾遜干涉儀驗?zāi)康氖橇私膺~克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)、原理及調(diào)節(jié)和使用方法；觀察等傾干涉條紋，學(xué)會測量He-Ne激光的波長；學(xué)習(xí)測定鈉光雙線的波長差。首先，將教學(xué)內(nèi)容分成：①實驗原理與應(yīng)用、②實驗儀器介紹等4個知識點錄制長5～6 min的視頻片段。不同的教學(xué)內(nèi)容視頻制作重點也不一樣，在邁克爾遜干涉實驗中，由于視頻中需要展示光路圖方便學(xué)生理解實驗原理，這一部分的視頻以動畫的方式展示最為合理。學(xué)生覺得生動有趣，便于對知識的理解和記憶。在“實驗儀器介紹”的視頻中，視頻除了要展示真實的實驗儀器，更需要將儀器的局部進行放大，以便學(xué)生更好的觀摩，增加學(xué)生對實驗儀器的熟悉程度。

表1 邁克爾遜干涉儀實驗微視頻的設(shè)計

1.1.2 線上互動環(huán)節(jié)的設(shè)計

MOOCs是由微課視頻、互動、在線測試等要素組成，在線互動是不可缺少的環(huán)節(jié)。建構(gòu)主義者認為交互是學(xué)習(xí)產(chǎn)生的必要條件?；右嘤?種方式：①學(xué)生在觀看微課視頻的過程中通過在線軟件進行測試，自查學(xué)習(xí)情況，檢測理論知識的掌握程度。測試的成績可按比例計入總成績，提升課程評價體系?；迎h(huán)節(jié)的設(shè)計方案如下:在微課視頻中嵌入各種小測驗(通關(guān)游戲)，要求做出第一個試題才可以繼續(xù)觀看視頻然后再進行測試。學(xué)生在觀看完視頻后，可以進行模擬測驗，檢查這一部分知識的掌握程度，測驗結(jié)果由機器評判或同伴互評。②MOOCs教學(xué)模式下除了提供視頻資源、文本材料和在線答疑外，還為學(xué)習(xí)者形成交互性社區(qū)，建立交互參與機制。學(xué)生觀看視頻的過程中通過“彈幕”瀏覽器以及各種社交平臺與教師及學(xué)生討論互動協(xié)作學(xué)習(xí)。在線討論可以增加學(xué)生的參與度，提高對大學(xué)物理實驗的興趣，并加深了對實驗內(nèi)容的理解，提升了學(xué)習(xí)效果。同時，學(xué)生可通過彈幕及社交平臺尋找到有共同興趣愛好的人，搭建有有共同興趣的學(xué)習(xí)圈，協(xié)作學(xué)習(xí)[13]。

1.2 課 堂

傳統(tǒng)課程教學(xué)中，教師提供的資源和活動往往先定了知識傳授與學(xué)生探究的邊界，學(xué)習(xí)者學(xué)什么和怎么學(xué)都是預(yù)先計劃好的。傳統(tǒng)的物理實驗教學(xué)由老師講授、學(xué)生學(xué)習(xí)的模式難以提升實驗的效果，學(xué)生的興趣也得不到激發(fā)，更壓制學(xué)生的創(chuàng)造性?！熬W(wǎng)絡(luò)微課視頻+網(wǎng)絡(luò)互動+面授”的教學(xué)模式下將傳授知識過程放在課外，知識內(nèi)化的過程放在課堂上，學(xué)習(xí)變得更自主，更能啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。課堂上教師是課堂的組織者不再是知識的講解和傳授著，出現(xiàn)比較多的問題進行講解教師著重講解學(xué)生在線討論最多的問題和測試中錯誤率最高的問題，并引導(dǎo)學(xué)生進行課堂上討論[14]。討論結(jié)束后，由教師提供理論進行總結(jié)。然后，教師拋出若干預(yù)設(shè)的問題讓學(xué)生思考例如“邁克爾遜干涉儀的調(diào)整及使用”實驗內(nèi)容要求學(xué)生記錄實驗數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)。繪制頻率—理論波長和實驗測試波長的變化曲線，并進行分析討論。從數(shù)據(jù)表中可以看出頻率—理論波長變化曲線，理論波長與頻率成反比，符合公式c=1/f，而測試波長大體趨勢也是與頻率成反比，但可見存在誤差。存在的誤差是由哪些因素組成的，留給學(xué)生去思考。學(xué)生帶著問題進行實驗操作。在實驗過程中教師協(xié)作學(xué)生進行探究性的實驗研究和互動交流活動，實現(xiàn)學(xué)生個性化學(xué)習(xí)。在新的教學(xué)模式下，學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性得到提升。

1.3 課 后

1.3.1 實驗報告與思考題交流

在這個環(huán)節(jié)中學(xué)生合理處理實驗數(shù)據(jù)，寫出完整的實驗報告。思考題既可以由學(xué)生獨立思考完成，也可以在平臺上在線互動交流。并且利用網(wǎng)絡(luò)平臺尋找相同興趣的學(xué)生，特別是同時修同一實驗項目的學(xué)生，自行組成學(xué)習(xí)小組，自行安排網(wǎng)上學(xué)習(xí)交流和面對面互動。學(xué)生可以通過相互討論獲得其它更多的想法和其他人思考和解決問題的方式，對拓展思維的全面性十分有幫助且充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性。

1.3.2 實驗心得分享和總結(jié)

對實驗心得分享和總結(jié)也是比較重要的環(huán)節(jié)。首先，學(xué)生在實驗操作的過程中總會遇到困難和障礙，這些困難和障礙是如何解決的、如何克服的，每個實驗的完成技巧是什么，善于學(xué)習(xí)的學(xué)生會對此做出總結(jié)。其次，各個實驗項目有何特點，難易程度，以及與專業(yè)課的相關(guān)度，學(xué)生也會進行交流。通過分享和總結(jié)環(huán)節(jié)，可將上大學(xué)物理實驗課的學(xué)生同時設(shè)計為學(xué)習(xí)者和輔導(dǎo)者。

1.3.3 激勵環(huán)節(jié)

MOOCs環(huán)境下的物理實驗教學(xué)對學(xué)生的自制力要求很高。在虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)中學(xué)習(xí)者很容易缺乏自制力、歸屬感與學(xué)習(xí)的主動性，需要其具有較高的信息素養(yǎng)、自我效能感、管理能力、調(diào)節(jié)能力[15]。因此，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性需要用獎勵和激勵來保證。管理心理學(xué)把激勵看成是“持續(xù)激發(fā)動機的心理過程”。激勵水平越高，完成目標(biāo)的努力程度和滿意度也越強，工作效能就越高；反之，激勵水平越低，則缺乏完成組織目標(biāo)的動機，工作效率也越低。激勵的目的在于激發(fā)學(xué)生正確的行為動機，調(diào)動學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，以充分發(fā)揮他們的智力效應(yīng)，做出最大成績。

如何激勵學(xué)生認真完成實驗是一個艱巨的任務(wù)。激勵的方式多種多樣，可以根據(jù)自己課程的需要設(shè)計不同的激勵方案。幫助和激勵學(xué)習(xí)者在自由、自主的學(xué)習(xí)環(huán)境中保持學(xué)習(xí)動力。例如可以通過在網(wǎng)絡(luò)或社區(qū)里“曬成績”,“有獎答題”等方式達到獎賞、激勵的目的。對于成績非常優(yōu)秀的學(xué)生，老師采取各種手段進行激勵。這種激勵要從心理層面滿足學(xué)生的需求，滿足學(xué)生的尊重需求、自我實現(xiàn)需求。

1.3.4 拓展環(huán)節(jié)

課后，學(xué)生在完成整個實驗環(huán)節(jié)后可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)興趣有選擇地下載并觀看課程拓展資源(課程拓展資源包括教材大綱，素材庫。素材庫主要包括電子教案、典型例題、學(xué)習(xí)輔導(dǎo)、習(xí)題解答、網(wǎng)絡(luò)課件等模塊)。課后的拓展環(huán)節(jié)開拓了學(xué)生的視野，延伸了物理實驗課的外延。

2 大學(xué)物理實驗改革的效果

MOOCs教學(xué)模式是“網(wǎng)絡(luò)微課視頻+網(wǎng)絡(luò)互動+面授”方法的應(yīng)用，得到了學(xué)校老師和學(xué)生的歡迎，提高了大學(xué)物理實驗課的效率。大學(xué)物理實驗的教學(xué)模式更加合理，注重學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中自主性和創(chuàng)新性。這次改革收到了如下效果：

(1) 學(xué)生的創(chuàng)新能力提高了，在參加大學(xué)物理實驗競賽中學(xué)生的制作和論文多次獲獎。

(2) MOOCs教學(xué)模式下，逐步改變“教與學(xué)”的關(guān)系，從“以教師為中心”向“ 以學(xué)生為中心”轉(zhuǎn)變。

(3) 改革課程評價體系，建立了多元化考核和激勵辦法。課后的激勵措施提高了學(xué)生對大學(xué)物理實驗的熱情。改革后的大學(xué)物理實驗將每次在線測試成績與平時成績、期末考試成績按一定比例計入總評成績。這樣既能反映出學(xué)生的真實水平，又能調(diào)動學(xué)生平時學(xué)習(xí)的積極性。建立合理有效的考核辦法和激勵機制，發(fā)揮考核對實驗教學(xué)的推動作用，調(diào)動學(xué)生積極性，是提高物理實驗教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

(4) 互動環(huán)節(jié)加深了教師與學(xué)生以及生生之間的互動、交流。自主交流和互動，營造輕松愉快又具有吸引力的學(xué)習(xí)氛圍和環(huán)境。

3 結(jié) 語

針對目前大學(xué)物理實驗教學(xué)存在的問題，本文提出了基于MOOCs的大學(xué)物理教學(xué)實驗改革。該改革方案主要的工作有：①將實驗教學(xué)的指導(dǎo)思想轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生學(xué)習(xí)為主，教師指導(dǎo)為輔。②將MOOCs這種新的教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)相融合，實現(xiàn)了一種新的教學(xué)模式：“網(wǎng)絡(luò)微課視頻+網(wǎng)絡(luò)互動+面授”。③實現(xiàn)了簡單實用的微課視頻，并搭建了實驗教學(xué)互動平臺以及測試系統(tǒng)。該改革方案經(jīng)過在本校實驗教學(xué)中應(yīng)用，不但激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還培養(yǎng)了學(xué)生獨立自主的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新意識，取得了良好的教學(xué)效果。

[1] 楊九民，邵明杰.基于微視頻資源的翻轉(zhuǎn)課堂在實驗教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].武漢：華中師范大學(xué)，2014.

[2] 秦艷芬.基于卓越工程師培養(yǎng)的物理實驗教學(xué)改革與實踐[J].高等工程教育研究，2013(3)：172-176.

[3] 劉 洋.資源共享思維下應(yīng)用文科專業(yè)實驗教學(xué)改革探析[J].實驗技術(shù)與管理，2015，32(11)：97-201，205.

[4] 蔡 鷹.論高校學(xué)生實驗基礎(chǔ)能力的培養(yǎng)[J].實驗技術(shù)與管理，2015，32(10)：97-201.[5] 魏紹蓉，王曉英，劉志強，等.基于E-learning的混合式教學(xué)模式研究[J].實驗技術(shù)與管理，2014，31(12)：20-22.

[6] 王德利，湯海峰，孟 威，等.數(shù)字化實驗教學(xué)平臺的構(gòu)建[J].實驗技術(shù)與管理，2014，31(12)：152-154.

[7] 賀 斌.洞察MOOC之“道”[J].網(wǎng)絡(luò)教育與遠程教育，2014(12)：41-49.

[8] 盧 強.翻轉(zhuǎn)課堂的冷思考：實證與反思[J]. 電化教育研究，2013(8)：91-97.

[9] 沈夏林，周躍良.論開放課程視頻的學(xué)習(xí)交互設(shè)計[J].電化教育研究，2012(2):84-87.

[10] 宋金璠，郭新峰，王生釗.微課在大學(xué)物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].物理實驗，2015，35(2)：12-17.

[11] 沈夏林，周躍良.論開放課程視頻的學(xué)習(xí)交互設(shè)計[J].電化教育研究，2012(2)：84-87.

[12] 王祖源，倪忠強，吳天剛，等.MOOC起步,從微課程開始[J].物理與工程，2014，24(2)：17-19.

[13] 田 陽，馮 銳.社會資本理論視域下MOOC課堂互動策略分析[J].遠程教育與網(wǎng)絡(luò)教育，2014(9) ：59-66.

[14] 閆小青，張 純，黃模佳，等.建設(shè)國家級實驗教學(xué)示范中心培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力[J]. 實驗室研究與探索，2012，31(12)：102-103.

[15] 朱 泓，趙 磊.MOOC的創(chuàng)新特質(zhì)之于高校教學(xué)路徑的信息化變革[J].中國高教研究，2014(12)：79-83.

Research on University Physics Experiment Teaching Reform Based on MOOCs

CAIQing，HUYong-jin，LIXing-xing，WUYun-pei

(College of Science，Hubei University of Automotive Technology，Shiyan 442002, China)

In view of the problems existing in the traditional physical experiment teaching, this paper puts forward the reform program of university physics experiment based on MOOCs. For realizing the teaching reform of the university physical experiments, the program takes the idea that experiment is given priority to students’ autonomous learning, teaching guidance is complementary as the teaching guiding ideology, “network micro-lecture + network interaction + face-to-face teaching” is the core of the reform idea which is supplemented by the advanced teaching method of micro-lecture video, online testing and interaction, and the experiment development knowledge. Through the application of the program in the physical experiment teaching classroom, the reform program not only stimulates the students’ learning interest, but also improves the students’ autonomous learning awareness and innovation ability, and has achieved good teaching effect.

university physics experiment； MOOCs； micro-lecture； teaching reform

2015-12-10

國家自然科學(xué)基金(41474067)；湖北省教育廳科研基金(B20122301)

蔡 青(1975-)，女，吉林長春人，碩士，實驗師，研究方向：工商管理。Tel.:13636263569；E-mail: caiq6666@sina.com

G 434

A

1006-7167(2016)09-0177-04