杜錦麗，申繼偉

（1.中國藥科大學(xué) 理學(xué)院物理教研室，江蘇 南京 211198；2.南京理工大學(xué)紫金學(xué)院 電子工程與光電技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210046）

基于“MOOC”的大學(xué)物理實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)研究*

杜錦麗1，申繼偉2

（1.中國藥科大學(xué) 理學(xué)院物理教研室，江蘇 南京 211198；2.南京理工大學(xué)紫金學(xué)院 電子工程與光電技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210046）

結(jié)合目前學(xué)生學(xué)習(xí)日趨信息化、網(wǎng)絡(luò)化的特點，開展了大學(xué)物理實驗的信息化教學(xué)改革。通過調(diào)研分析，搭建了以“基本實驗為主，課題研究性實驗為補充”；包含以“實驗預(yù)習(xí)”、“實驗操作”、“實驗報告”三大板塊為基本框架的“大學(xué)物理實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)”。按照形成的“教學(xué)系統(tǒng)框架”制作了所需的所有文字、圖片、電子教案、教學(xué)視頻等數(shù)字化資源。并將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)與傳統(tǒng)實驗課堂教學(xué)相結(jié)合進行物理實驗教學(xué)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性明顯提高，各個實驗環(huán)節(jié)得到充分學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，學(xué)生動手能力和基本實驗素養(yǎng)明顯提高。

物理實驗；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)；數(shù)字資源

一、引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，“慕課”已成為教育領(lǐng)域討論的焦點。“慕課”（MOOC，Massive open online courses），是新近涌現(xiàn)出來的一種大規(guī)模在線課程開發(fā)模式。[1]將“慕課”這種新型網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)模式引入到大學(xué)物理實驗的教學(xué)中，搭建實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，是適應(yīng)新時代學(xué)生學(xué)習(xí)特征的必然選擇。[2-4]

物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，實驗不僅是形成物理概念和掌握物理規(guī)律的基礎(chǔ)，更是培養(yǎng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新思維能力的關(guān)鍵，因而大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)效果對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)至關(guān)重要。

目前我校大學(xué)物理實驗課程主要采用課堂教學(xué)為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式。由于傳統(tǒng)實驗教學(xué)受到實驗課時有限，實驗室、實驗設(shè)備、實驗教師等教學(xué)資源相對緊張等條件的限制，并且數(shù)字化教學(xué)資源匱乏，學(xué)生僅依靠課本進行預(yù)習(xí)，存在預(yù)習(xí)流于形式、實驗中缺乏思考、自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新精神不足等問題，使實驗教學(xué)效果非常有限，成為創(chuàng)新人才培養(yǎng)過程中最薄弱的環(huán)節(jié)之一。

為了改善實驗教學(xué)數(shù)字化資源相對缺乏的狀況，并切實提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，以便提高學(xué)生的動手能力和基本實驗素養(yǎng)，我們開展了實驗信息化教學(xué)改革。將“MOOC”這種新型網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)模式引入到大學(xué)物理實驗的教學(xué)中，搭建實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，制作實驗數(shù)字化教學(xué)資源。 我們把視頻、動畫、圖片、圖表、實物投影等有機結(jié)合起來，使教學(xué)內(nèi)容豐富多彩、教學(xué)方法靈活多樣。 激發(fā)學(xué)生對物理的學(xué)習(xí)興趣，充分挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛力 ，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)還可以使學(xué)生對物理實驗的學(xué)習(xí)在時間和空間上得到延伸，在內(nèi)容上得到拓展和充分訓(xùn)練。網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)必將成為傳統(tǒng)課堂教學(xué)的重要補充和延伸。

搭建大學(xué)物理實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，有助于豐富我校物理實驗教學(xué)的數(shù)字化教學(xué)資源，與傳統(tǒng)的實驗課堂教學(xué)相結(jié)合，給學(xué)生提供全方位、多角度、立體化的實驗教學(xué)，從而提高學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

二、研究思路

首先，通過查閱資料及走訪，調(diào)研現(xiàn)有高校大學(xué)物理實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的搭建及使用效果，分析其優(yōu)點與不足，并結(jié)合我校學(xué)生專業(yè)特點，制定有中國藥科大學(xué)特色的大學(xué)物理實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計方案。

其次，根據(jù)設(shè)計方案，搭建實驗教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺，初步形成必修實驗為主，仿真、課題實驗為補充的基本框架，并細(xì)化各個功能模塊。

再次，結(jié)合各模塊的功能及特點，搜集大量相關(guān)資料，包括制作實驗教案，實驗儀器介紹、操作示范，實驗原理講解，實驗重點、難點演示等相關(guān)的電子教案、圖片，動畫、教學(xué)視頻等資料，另外，結(jié)合大學(xué)物理課程教學(xué)，設(shè)計一些能夠生動、形象地反映物理現(xiàn)象、物理規(guī)律的仿真實驗和課題性實驗，制作相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資料和教學(xué)視頻，并將所有資料上傳至網(wǎng)絡(luò)平臺的相應(yīng)模塊，完成網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的搭建。

最后，選擇部分學(xué)生和教師（3～5個實驗教學(xué)班級）對教學(xué)系統(tǒng)進行試用，認(rèn)真聽取他們對平臺的評價和使用心得及反饋意見，優(yōu)化平臺的各個功能模塊，完善整個大學(xué)物理實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，并在大學(xué)物理實驗教學(xué)中進行推廣和使用。

三、研究結(jié)果

1.教學(xué)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

通過前期對南京大學(xué)、東南大學(xué)、上海交通大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)等諸多高校的大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)教學(xué)情況的調(diào)研和分析，并結(jié)合我校學(xué)生的知識儲備及專業(yè)需求，制定出以“基本實驗為主，課題研究性實驗為補充”；包含“實驗預(yù)習(xí)”、“實驗操作”、“實驗報告”三大板塊的“大學(xué)物理實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的基本框架”，如圖1所示。

圖1 實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)基本框架

2.數(shù)字化資源制作

通過前期對我校所開設(shè)的所有大學(xué)物理基本實驗進行分析，結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)掌握情況，選取了“光的干涉”和“示波器的使用”兩個重要且典型的光學(xué)和電學(xué)實驗，在課題性實驗中，設(shè)計了《信號放大電路的設(shè)計和仿真》實驗，對這幾個實驗，按照形成的“教學(xué)系統(tǒng)框架”制作了所需的所有文字、圖片、電子教案、教學(xué)視頻等數(shù)字資源。

在教學(xué)資源制作過程中，根據(jù)各板塊的需求，選取了最好的呈現(xiàn)方式，例如“實驗簡介”、“預(yù)習(xí)檢測”、“實驗報告”主要以文字和圖片的形式呈現(xiàn)；“實驗原理”則主要以文字、圖片構(gòu)成的PPT和通過錄屏教師講解形成的教學(xué)視頻呈現(xiàn)給學(xué)生；“儀器介紹”、“操作要點”和“數(shù)據(jù)測量”則主要通過對教師在實驗室對照儀器講解進行拍攝、錄制和后期編輯形成的教學(xué)視頻呈現(xiàn)，這幾個實驗共制作完成了9個教學(xué)視頻，如表1所示，最終形成了全方位、多角度、立體化的大學(xué)物理實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源。

表1 拍攝、制作的實驗教學(xué)視頻資源表

本研究的一個重要特色內(nèi)容是實驗教學(xué)視頻的拍攝和制作。所有視頻資源均為筆者在實驗室獨自用手機拍攝，在拍攝中克服了拍攝工具簡陋、光源不足環(huán)境嘈雜等困難，通過大量剪輯制作、聲音降噪處理，最終使視頻結(jié)構(gòu)完整、布局合理、畫面清晰穩(wěn)定地呈現(xiàn)出來。圖2、圖3為制作的教學(xué)視頻截圖。為考慮方便學(xué)生手機觀看視頻，視頻格式均設(shè)置為MP4格式，每個視頻時長控制在7分鐘左右，視頻大小約為40M左右。視頻結(jié)構(gòu)包括開頭、引言、正文、結(jié)語。開頭給出該視頻講解內(nèi)容的標(biāo)題，引言給出該部分理論知識，正文演示實驗操作、數(shù)據(jù)測量方法，小結(jié)部分總結(jié)視頻內(nèi)容，思考部分提出問題留給學(xué)生思考。在視頻內(nèi)容設(shè)計上注重以下幾個方面：①比較。②過程。③仿真與理論相結(jié)合。④畫面精細(xì)，安排合理。⑤元素豐富，音頻清晰。⑥在不影響觀看的前提下，增加了一點人文元素和背景音樂。

圖2 示波器的應(yīng)用實驗原理視頻截圖

圖3 “光的干涉”實驗數(shù)據(jù)測量方法視頻截圖

3.實踐運用及效果評價

我們選取了2015級8個教學(xué)班級 （約250人）對該實驗系統(tǒng)進行了試用。選取154048和154049兩個班，在教學(xué)過程中一個班使用教學(xué)系統(tǒng)，而另外一個班未使用教學(xué)系統(tǒng)，對教學(xué)效果進行比較，如表2、圖4、圖5所示。課前，學(xué)生利用預(yù)習(xí)板塊中的“微課”視頻了解實驗儀器，熟悉調(diào)節(jié)、使用方法，理解實驗原理，這比單獨依靠教材預(yù)習(xí)要形象、生動，學(xué)生產(chǎn)生了學(xué)習(xí)興趣。設(shè)定10道預(yù)習(xí)檢測題目，通過答題的正確率來反映預(yù)習(xí)效果，從表2以及圖4和圖5中可以看出，使用系統(tǒng)后，答題正確率顯著提高，預(yù)習(xí)效果顯著增強。課堂上，教師通過視頻演示實驗過程，保證了所有學(xué)生都可以全方位、多角度地看清教師的操作，通過完成實驗內(nèi)容以及數(shù)據(jù)測量正確率來反映課堂教學(xué)效率，從表2以及圖4和圖5中可以看出，使用系統(tǒng)后，完成實驗內(nèi)容時間明顯縮短，數(shù)據(jù)測量正確率也得到提高，可見，使用系統(tǒng)后，實驗課堂教學(xué)效率得到了提高。課后，學(xué)生通過系統(tǒng)對實驗進行思考、回顧、總結(jié)，并撰寫實驗報告。我們在整個實驗教學(xué)過程中對該實驗系統(tǒng)進行了運用，收效明顯。

表2 使用和未使用教學(xué)系統(tǒng)效果比較表

圖5 “光的干涉”實驗使用和未使用系統(tǒng)效果比較

使用該系統(tǒng)后，學(xué)生認(rèn)為通過“微課”視頻喜聞樂見的形式，預(yù)習(xí)實驗變得輕松、易懂，教師認(rèn)為，通過微視頻演示實驗變得清晰、明了?？傊ㄟ^試用，我們發(fā)現(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)與傳統(tǒng)實驗課堂教學(xué)相結(jié)合進行物理實驗教學(xué)，將學(xué)生對物理實驗的學(xué)習(xí)在時間和空間上得到延伸，在實驗的各個環(huán)節(jié)得到充分訓(xùn)練，在實驗內(nèi)容上得到拓展，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性有所提高，實驗教學(xué)效果明顯增強，學(xué)生動手能力有所提高。

四、結(jié)語

通過對大學(xué)物理實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的建設(shè)進行探索和教學(xué)實踐，我們發(fā)現(xiàn)建設(shè)該系統(tǒng)的核心是制作高質(zhì)量的數(shù)字化教學(xué)資源，這也是決定網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)是否能夠受到學(xué)生青睞并有效使用的關(guān)鍵因素。這就要求我們教師一方面要對大學(xué)物理實驗課程的知識點進行梳理、剖析、分解；另一方面，要不斷學(xué)習(xí)信息化技術(shù)，掌握拍攝和制作微課視頻的方法和技巧，制作出更多主題突出、精心設(shè)計、短小精悍的微課，以便學(xué)生真正可以通過教學(xué)系統(tǒng)的使用提高實驗學(xué)習(xí)效率。

[1]焦煒.MOOCs背景下我國高等教育教學(xué)模式的變革與創(chuàng)新[J].電化教育研究,2014(4):83-86.

[2]楊強,金貞姬.構(gòu)建我校大學(xué)物理虛擬實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的研究[J].長春大學(xué)學(xué)報,2007(8):87-88.

[3]倪燕茹.基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的大學(xué)物理課程建設(shè)的必要性[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2015(32):213-214.

[4]畢會英,劉賀平,徐義爽,蔡桂雙,張欣.《大學(xué)物理實驗》課程建設(shè)的實踐和研究[J].物理通報,2016(7):77-81.

G434

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1673-8454（2017）19-0094-03

本文系2016江蘇省高校哲學(xué)社會科學(xué)研究項目“基于微課資源下移動學(xué)習(xí)的研究與實踐”（編號：2016SJD880192）的研究成果。

（編輯：王天鵬）