吳 華，安夢迪，林 琳，王 輝，孫銳娟，李雨玫

(西安石油大學(xué) a.理學(xué)院；b.信息中心，陜西 西安 710065)

隨著信息與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的高校嘗試采用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的模式開展教學(xué)改革與創(chuàng)新工作. 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)作為一種現(xiàn)代教學(xué)方式，具有交互性、共享性、開放性與協(xié)作性等特點(diǎn)，是深入提升教學(xué)質(zhì)量、促進(jìn)教學(xué)改革的有效途徑. 當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)理念主要包含MOOC(Massive open online courses)與SPOC(Small pate online course). MOOC旨在為大眾學(xué)習(xí)者提供開放式的網(wǎng)絡(luò)課程，采用線上視頻教學(xué)的方式傳播知識，然后利用自動(dòng)化評測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析工具督促和評估學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程. 與MOOC的大規(guī)模和開放式不同，SPOC具有小規(guī)模和限制性的特點(diǎn)，其受眾群體一般只有幾十至幾百人，且設(shè)置了課程的限制性準(zhǔn)入條件，只有達(dá)到特定條件的申請者才能進(jìn)入SPOC課程學(xué)習(xí)[1]. 混合式教學(xué)主張將傳統(tǒng)教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)各自取長補(bǔ)短，通過重新調(diào)整課堂內(nèi)外時(shí)間，合理分配線上線下教學(xué)資源，從而將學(xué)習(xí)的決定權(quán)和主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，促進(jìn)學(xué)生對知識的主動(dòng)探索和師生間的交流互動(dòng)[2].

1 現(xiàn)狀分析

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是一門以培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、邏輯思維能力、動(dòng)手實(shí)踐能力以及開拓創(chuàng)新能力為目的的必修基礎(chǔ)課程. 傳統(tǒng)教學(xué)的一般做法是學(xué)生在課前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)教材，課上教師講解實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器與注意事項(xiàng)等，然后學(xué)生在教師引導(dǎo)下按實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象，記錄和處理實(shí)驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性，最后學(xué)生通過回顧和復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)材料完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告.

傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在以下問題：

1)教學(xué)形式單一，學(xué)生長期處于灌輸式被動(dòng)學(xué)習(xí)[3]；

2)教學(xué)內(nèi)容陳舊固化，缺少與當(dāng)堂實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合的精品資源、實(shí)驗(yàn)應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)拓展；

3)教學(xué)時(shí)空固定，師生交流互動(dòng)的時(shí)間和地點(diǎn)受限制，無法充分進(jìn)行個(gè)性化的講解與答疑；

4)考核方式不完善，實(shí)驗(yàn)評估以教師為主導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)成績以課堂表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告為考核選項(xiàng)，缺乏對課前預(yù)習(xí)和課后拓展的學(xué)習(xí)過程的評估.

目前國際上優(yōu)秀的MOOC平臺主要有Coursera,edX,Udacity，等等，Sakai網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺可視作MOOC理念的實(shí)例化平臺. Sakai是在線協(xié)作和學(xué)習(xí)的開源平臺，當(dāng)前國內(nèi)外眾多高校將Sakai作為研究和二次開發(fā)的教學(xué)平臺. 由于Sakai使用J2EE架構(gòu)，具有可靠性、協(xié)作性和可擴(kuò)展性，因此具有較強(qiáng)的復(fù)用性和安全性[4]. 國內(nèi)Sakai研究和共享較好的是北京郵電大學(xué)與復(fù)旦大學(xué)，本次教學(xué)模式改革研究借鑒了這2所高校的研究成果[5-6]，使用理論結(jié)合實(shí)際的研究思路和方法，主要學(xué)習(xí)和研究Sakai開源系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)，在此基礎(chǔ)上分析并整改大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容.

2 混合式教學(xué)模式設(shè)計(jì)

將MOOC理念引入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程，采用MOOC與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的混合式教學(xué)模式，利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺打造專屬大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的翻轉(zhuǎn)課堂[7]. 具體來講，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的混合式教學(xué)模式基于教師與學(xué)生角色進(jìn)行教學(xué)框架設(shè)計(jì)，分析Sakai平臺與該課程教學(xué)相關(guān)的數(shù)據(jù)和任務(wù)，充分挖掘和提煉教學(xué)核心點(diǎn)，并在Sakai平臺上整合與適配相關(guān)教學(xué)資源. 基于Sakai的混合式教學(xué)模式設(shè)計(jì)框架以教、學(xué)和評3個(gè)維度相應(yīng)的教學(xué)側(cè)重內(nèi)容，將大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的課程學(xué)習(xí)、測試作業(yè)、互動(dòng)答疑部分放在線上，將針對性的重點(diǎn)難點(diǎn)講解和具體實(shí)驗(yàn)操作部分放在線下，將線上學(xué)習(xí)活躍度、學(xué)習(xí)時(shí)長和測試作業(yè)完成情況等統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果作為該課程的考核評估維度. 基于Sakai的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程混合式教學(xué)模式設(shè)計(jì)總體架構(gòu)如圖1所示.

圖1 基于Sakai的混合式教學(xué)模式設(shè)計(jì)總體架構(gòu)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)包含理論講解與實(shí)驗(yàn)操作2部分. 根據(jù)教學(xué)大綱的基本要求，結(jié)合混合式教學(xué)模式設(shè)計(jì)架構(gòu)，采用線上線下分工合作的教學(xué)方法，將實(shí)驗(yàn)背景、前沿資料、理論知識、實(shí)驗(yàn)操作等教學(xué)內(nèi)容重新設(shè)計(jì)，形成混合式教學(xué)計(jì)劃與教學(xué)方案. 線上開辟第二課堂在線學(xué)習(xí)與交流，將理論知識、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等制作為線上碎片化的易學(xué)知識、課前課后測試作業(yè)和微教學(xué)視頻等；線下以答疑解惑與實(shí)驗(yàn)操作為主，由教師講授、學(xué)生聽講式轉(zhuǎn)變?yōu)榻處熤鲗?dǎo)、師生互動(dòng)式.

基于Sakai的混合式大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)如圖2所示.

圖2 基于Sakai的混合式教學(xué)

以大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程中惠斯通電橋測電阻實(shí)驗(yàn)為例，課前發(fā)布本節(jié)課的主要內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)?zāi)M視頻和課前測驗(yàn)，就實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)等內(nèi)容進(jìn)行線上教學(xué). 該實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生掌握電橋測量電阻原理，學(xué)會自搭電橋，調(diào)節(jié)電橋平衡并學(xué)習(xí)交換法減小和修正系統(tǒng)誤差. 通過分析，惠斯通電橋原理、電橋靈敏度、實(shí)驗(yàn)誤差分析方法和注意事項(xiàng)等內(nèi)容作為線上理論學(xué)習(xí)和測驗(yàn)的重點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)常見錯(cuò)誤等作為視頻學(xué)習(xí)和線下課堂實(shí)驗(yàn)操作的重點(diǎn). 根據(jù)學(xué)生課前測試結(jié)果，教師在實(shí)驗(yàn)課中簡要回顧理論內(nèi)容，并且有針對性地對自搭電橋系統(tǒng)誤差和箱式電橋誤差原理著重講解和討論，對實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤以及學(xué)生提出的問題進(jìn)行詳細(xì)記錄. 結(jié)合實(shí)驗(yàn)操作情況教師發(fā)布課后相關(guān)作業(yè)，要求學(xué)生在線上完成該實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí)和課后測驗(yàn).

通過大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)混合式教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)師生線上線下的更多互動(dòng)，增加教學(xué)活力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性；同時(shí)利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺完善教學(xué)內(nèi)容，開拓學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力. 重新梳理和組織課上和課下教學(xué)內(nèi)容，在教、學(xué)和評3個(gè)維度上設(shè)計(jì)出良好的混合式教學(xué)模式并將其應(yīng)用在教學(xué)中，以期實(shí)現(xiàn)教學(xué)手段豐富化和多樣化，課程教學(xué)資源按需分配，考核機(jī)制彈性化和人性化，使該課程成為高校提升教學(xué)質(zhì)量、促進(jìn)教學(xué)改革的開放在線教育試點(diǎn)平臺.

3 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革與實(shí)踐

Sakai平臺與高校教務(wù)系統(tǒng)聯(lián)用，進(jìn)行教師、學(xué)生、班級與教室等相關(guān)數(shù)據(jù)集成. 數(shù)據(jù)集成按照集成方式可分為全量集成與增量集成[8]. 全量集成是指數(shù)據(jù)集成被觸發(fā)時(shí)，所有數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)均被同步到目標(biāo)庫中. 增量集成是指每次觸發(fā)數(shù)據(jù)集成時(shí)只將業(yè)務(wù)系統(tǒng)變更的數(shù)據(jù)集成至目標(biāo)庫中，按照技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式，增量集成方式可分為標(biāo)志位、觸發(fā)器、差異對比與日志位方式.

Sakai平臺與教務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成采用標(biāo)志位的增量集成方式，數(shù)據(jù)集成后Sakai平臺可以共享教務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù). 在教務(wù)系統(tǒng)通過查詢教師課表中教師編號、課程名稱與授課學(xué)年學(xué)期獲取教學(xué)活動(dòng)編號列表，通過查詢學(xué)生課表的課程名稱、教師編號、授課學(xué)年學(xué)期與教學(xué)活動(dòng)編號獲取所有上課學(xué)生與上課教室信息，通過查詢學(xué)生基本信息表的學(xué)生編號獲取學(xué)生所在班級與學(xué)院信息，從而將教務(wù)系統(tǒng)中課程的實(shí)際授課教師、授課班級、所在學(xué)院、上課學(xué)生、上課教室等與Sakai網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺建立映射關(guān)系.

通過分析基于Sakai的混合式教學(xué)模式設(shè)計(jì)總體架構(gòu)，結(jié)合大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)現(xiàn)狀與Sakai網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺發(fā)展現(xiàn)狀，可以得出Sakai平臺下實(shí)施大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)步驟如下：

1)安裝與部署Sakai平臺. 分析和研究Sakai開源系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)，安裝和部署Sakai教學(xué)平臺，驗(yàn)證平臺的可用性，學(xué)習(xí)使用Sakai平臺并形成Sakai平臺使用參考指南.

2)制定混合式教學(xué)計(jì)劃與教學(xué)方案. 設(shè)計(jì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的混合式教學(xué)框架，并以此為基礎(chǔ)制定該課程的教學(xué)計(jì)劃與教學(xué)方案.

3)實(shí)施教改內(nèi)容. 從教、學(xué)和評3個(gè)維度梳理并完善大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容，研究適合翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)習(xí)資源案例和技術(shù)，研究Sakai平臺同步教務(wù)系統(tǒng)中教師、學(xué)生、班級與教室等教務(wù)數(shù)據(jù)，在Sakai平臺上整合、適配并且發(fā)布相關(guān)教學(xué)資源. 選擇1～2個(gè)教學(xué)班級進(jìn)行混合式教學(xué)模式實(shí)踐.

4)評測教改前后的教學(xué)效果. 綜合統(tǒng)計(jì)分析線上學(xué)習(xí)活躍度、學(xué)習(xí)時(shí)長、測試作業(yè)完成情況等，對比分析教改前后的教學(xué)成績.

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)教學(xué)成績由課堂表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告組成，兩者占總成績的比例分別是60%和40%. 混合式教學(xué)成績由在線學(xué)習(xí)、課堂表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告組成，三者占總成績的比例分別是20%，40%和40%. 在線學(xué)習(xí)成績是綜合線上學(xué)習(xí)活躍度、學(xué)習(xí)時(shí)長和測試作業(yè)完成情況得到的評價(jià)維度，課堂表現(xiàn)成績的評價(jià)維度包含考勤、交流答疑、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績則單獨(dú)作為評價(jià)維度.

本次教改將同年級的3個(gè)教學(xué)班分為傳統(tǒng)教學(xué)1組、傳統(tǒng)教學(xué)2組與混合式教學(xué)組，傳統(tǒng)教學(xué)組采用常規(guī)教學(xué)方法，混合式教學(xué)組采用基于Sakai的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法. 對3組學(xué)生期末測評成績使用SPSS工具進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)[9]. 傳統(tǒng)教學(xué)1組與2組的平均成績接近，而且顯著性水平sig值為0.948>0.05，故傳統(tǒng)教學(xué)1組與傳統(tǒng)教學(xué)2組的平均成績無明顯差異；而混合式教學(xué)組的平均成績明顯高于2個(gè)傳統(tǒng)教學(xué)組，且sig值為0.001<0.05，表明混合式教學(xué)組與傳統(tǒng)教學(xué)組存在顯著差異. 傳統(tǒng)教學(xué)組與混合式教學(xué)組進(jìn)行T檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如表1所示.

表1 傳統(tǒng)教學(xué)組與混合式教學(xué)組的T分布統(tǒng)計(jì)分析

使用皮爾遜相關(guān)系數(shù)分別對混合式教學(xué)組的學(xué)生在線學(xué)習(xí)成績與課堂表現(xiàn)成績、在線學(xué)習(xí)成績與實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績進(jìn)行雙變量相關(guān)分析，相關(guān)系數(shù)r值分別為0.831和0.817，均大于0.8且顯著性水平sig值小于0.05，即在線學(xué)習(xí)分別與課堂表現(xiàn)成績、實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績高度正相關(guān)且結(jié)果可信. 統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明：使用混合式教學(xué)能夠提升教學(xué)活力，提高教學(xué)質(zhì)量. 混合式教學(xué)組各項(xiàng)成績間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)分析如表2所示.

表2 混合式教學(xué)組皮爾遜相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)線下教學(xué)包含4個(gè)部分：理論講解、交流答疑、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告. 混合式教學(xué)組可以將1個(gè)實(shí)驗(yàn)的4個(gè)內(nèi)容在2課時(shí)內(nèi)完成，而傳統(tǒng)教學(xué)組只能在規(guī)定教學(xué)時(shí)間完成理論講解、交流答疑與實(shí)驗(yàn)操作部分，實(shí)驗(yàn)報(bào)告需要單獨(dú)花費(fèi)約30 min完成. 對比得出：混合式教學(xué)組比傳統(tǒng)教學(xué)組效率提升了約30%. 傳統(tǒng)教學(xué)組與混合式教學(xué)組線下教學(xué)時(shí)間對比如圖3所示.

圖3 傳統(tǒng)教學(xué)組與混合式教學(xué)組線下教學(xué)時(shí)間對比

4 結(jié)束語

教學(xué)改革是高校教師需要長期堅(jiān)持而且不斷探索的創(chuàng)新工作. 本文以大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式改革為例， 采用線上線下分工合作的教學(xué)方法，通過Sakai網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的方式，將教學(xué)內(nèi)容重新梳理和組織，從教、學(xué)和評3個(gè)維度上設(shè)計(jì)出混合式教學(xué)模式，并選擇1個(gè)教學(xué)班級進(jìn)行教學(xué)模式改革實(shí)踐，使用統(tǒng)計(jì)分析工具對教改后的教學(xué)效果進(jìn)行定量與定性分析. 統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明：混合式教學(xué)模式能夠有效提升大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，并且提高教學(xué)效率.