戴玉蓉， 朱延技， 陳小喜， 熊宏齊

（東南大學(xué)a.物理學(xué)院，b.實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處，南京211189）

0 引 言

2013年《中共中央關(guān)于全面深化若干重大問題的決定》中，提出“構(gòu)建利用信息化手段擴(kuò)大優(yōu)質(zhì)教育資源覆蓋面的有效機(jī)制，逐步縮小區(qū)域、城鄉(xiāng)、校際差距”，此后2015年《教育部關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校在線開放課程建設(shè)應(yīng)用與管理的意見》、2016年《教育信息化“十三五”規(guī)劃》、2018年《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》、2019年《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》等文件的出臺(tái)，都在不斷推動(dòng)高校建設(shè)并向社會(huì)開放在線課程，從而利用現(xiàn)代技術(shù)加快人才培養(yǎng)模式的改革［1-5］。

同時(shí)，隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展，以及移動(dòng)終端智能化程度的提高，社交網(wǎng)絡(luò)工具已經(jīng)融入在線課程，可通過手機(jī)號(hào)、QQ或微信快速登錄課程進(jìn)行學(xué)習(xí)，并可方便地進(jìn)行資源分享；且課程中通常具有多種形式、豐富、高質(zhì)量的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源，如微視頻、PPT、文本、測(cè)驗(yàn)和作業(yè)、討論等，和傳統(tǒng)課程相比，學(xué)生更易于接受。對(duì)于學(xué)習(xí)者來說，在線課程突破了傳統(tǒng)課堂教學(xué)在時(shí)間、空間和人數(shù)上的限制，更便于按需學(xué)習(xí)；再加上今年疫情影響，普遍的網(wǎng)絡(luò)在線授課使得在線開放課程已快速融入高校的教學(xué)實(shí)踐中［6-9］。

相對(duì)于理論課程，實(shí)驗(yàn)類在線開放課程的建設(shè)難度更大一些。本文將結(jié)合預(yù)備性物理實(shí)驗(yàn)在中國(guó)大學(xué)MOOC（愛課程）平臺(tái)建設(shè)在線課程的過程，介紹課程建設(shè)過程中遇到的困難，采取的解決辦法，從目標(biāo)分析、課程結(jié)構(gòu)、內(nèi)容組織、教學(xué)模式、資源建設(shè)、考核方式等方面探索實(shí)驗(yàn)類在線課程的建設(shè)方案。

1 我國(guó)實(shí)驗(yàn)類在線開放課程基本情況

在政策支持和實(shí)際需求的雙重推動(dòng)下，在線課程發(fā)展迅速，但同時(shí)存在著課程內(nèi)容分布不均衡的突出問題：理論課程多，實(shí)驗(yàn)課程少；實(shí)驗(yàn)課程紙上談兵多，實(shí)際操作少［10-13］。圖1所示統(tǒng)計(jì)了智慧樹、愛課程（中國(guó)大學(xué)MOOC）、學(xué)堂在線以及好大學(xué)在線這4個(gè)在線開放課程平臺(tái)的物理類課程，由圖中數(shù)據(jù)可見，各平臺(tái)中實(shí)驗(yàn)課程的門數(shù)占總課程門數(shù)的平均比例在10%。圖2所示統(tǒng)計(jì)了在目前公布的所有國(guó)家精品在線開放課程（本科類）中，實(shí)驗(yàn)（實(shí)踐）類課程只占2%左右。

圖1 各平臺(tái)物理類理論課程門數(shù)與實(shí)驗(yàn)課程門數(shù)對(duì)比（截止2020.08）

圖2 國(guó)家精品在線開放課程中理論課程門數(shù)與實(shí)驗(yàn)（實(shí)踐）課程門數(shù)對(duì)比

以上數(shù)據(jù)充分說明，盡管在線課程建設(shè)與發(fā)展的速度很快，但是實(shí)驗(yàn)類在線課程和理論類在線課程的建設(shè)存在著嚴(yán)重的不平衡。實(shí)驗(yàn)類在線課程建設(shè)難，建設(shè)好更難，能建設(shè)成為國(guó)家精品在線開放課程的更是鳳毛麟角。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)類課程來說，如果在線課程能做到線上線下互為補(bǔ)充，那么實(shí)驗(yàn)動(dòng)手就不成問題，但是對(duì)于大多數(shù)外校的選課學(xué)習(xí)者來說，很難做到同步的線下實(shí)驗(yàn)，那么在線學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的理論知識(shí)，看實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)視頻，再進(jìn)行理論考核，對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，很難達(dá)到實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)有的教學(xué)效果，難以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力及創(chuàng)新思維。這也是在線開放實(shí)驗(yàn)課程在建設(shè)之初所遇到的問題。

2 預(yù)備性物理實(shí)驗(yàn)在線開放課程建設(shè)

作為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)必修課的預(yù)備課程，預(yù)備性物理實(shí)驗(yàn)選擇了在中學(xué)物理基礎(chǔ)上的10個(gè)定性或半定量的既經(jīng)典又能引起學(xué)生興趣的實(shí)驗(yàn)，包括干涉法測(cè)微小量、光電池特性的研究、利用鋼尺測(cè)量激光的波長(zhǎng)、膠片密度的測(cè)定等。同時(shí)，為了后續(xù)實(shí)驗(yàn)課程的順利開展，將基本工具的使用、基本電路的規(guī)則、基本光路的搭建、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理等巧妙設(shè)計(jì)在了以上各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中。

2.1 課程目標(biāo)及初期困難

課程主要面向新入學(xué)的理工科本科生開設(shè)，同時(shí)也面向非理工科學(xué)生及其他社會(huì)學(xué)習(xí)者開放，2017年開始在中國(guó)大學(xué)MOOC（愛課程）上線，到目前為止已完整開設(shè)5期。對(duì)于參加學(xué)習(xí)的本科院校理工科新生，課程目標(biāo)為促進(jìn)他們對(duì)一些基本概念和原理的認(rèn)識(shí)、理解，及基本實(shí)驗(yàn)的操作，幫助他們從中學(xué)物理基礎(chǔ)到大學(xué)物理課程的學(xué)習(xí)做好銜接，從而帶動(dòng)后續(xù)物理理論和實(shí)驗(yàn)必修課程的學(xué)習(xí)；對(duì)于非理工科學(xué)生以及社會(huì)學(xué)習(xí)者，課程的主要目標(biāo)在于激發(fā)他們對(duì)物理知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣，提高科學(xué)文化素質(zhì)，培養(yǎng)科學(xué)實(shí)踐精神。

課程在轉(zhuǎn)型為在線開放課程之初，在每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的網(wǎng)上資源中都提供了知識(shí)介紹、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、儀器介紹、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、操作指導(dǎo)、數(shù)據(jù)處理、分析思考、拓展閱讀等內(nèi)容，同時(shí)提供了配套的教學(xué)視頻、演示文稿、測(cè)驗(yàn)作業(yè)，相對(duì)來說，資源較為豐富。但是，在實(shí)際開課過程中，課程團(tuán)隊(duì)深刻體會(huì)到，僅有這些內(nèi)容對(duì)于實(shí)驗(yàn)實(shí)踐類課程來說還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，在網(wǎng)上只通過視頻、講義、PPT、作業(yè)、測(cè)驗(yàn)、考試等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)，就像是紙上談兵，學(xué)生無法對(duì)實(shí)驗(yàn)有深刻的認(rèn)識(shí)，老師無法與學(xué)生就實(shí)驗(yàn)而討論，也無法客觀地對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)判。

本校的學(xué)生在線學(xué)習(xí)的同時(shí)，可以配套進(jìn)行線下的實(shí)驗(yàn)操作，但是對(duì)于更多的外校同學(xué)和社會(huì)學(xué)習(xí)者來說，因?qū)嶒?yàn)條件的限制很難做到同步的線下實(shí)驗(yàn)。那么對(duì)于無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的同學(xué)來說，在線學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的理論知識(shí)，看實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)視頻，再進(jìn)行理論考核，對(duì)于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的掌握和練習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，很難達(dá)到實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)有的教學(xué)效果，難以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力及創(chuàng)新思維。

2.2 解決方案

為解決上述問題，在第2期開課的同時(shí)，課程團(tuán)隊(duì)對(duì)課程資源進(jìn)行了細(xì)致的梳理，并進(jìn)行了3方面的建設(shè)與改進(jìn)。①增加了小動(dòng)畫，增強(qiáng)同學(xué)對(duì)部分實(shí)驗(yàn)原理的理解；②增加或改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)操作的微視頻，使同學(xué)們對(duì)實(shí)驗(yàn)過程有了更加感性的認(rèn)識(shí)；③也是最重要的措施，是進(jìn)行了與課程內(nèi)容相應(yīng)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的開發(fā)與建設(shè)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)操作及數(shù)據(jù)處理都與該課程的線下實(shí)體實(shí)驗(yàn)保持一致。

以上改進(jìn)基本完成后，第3期開課在校內(nèi)服務(wù)器上對(duì)學(xué)生進(jìn)行了開放試點(diǎn)，課程在常規(guī)的公告、課件、作業(yè)、考試、討論等欄目外，增加了“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”自定義欄目，學(xué)生們普遍認(rèn)為仿真實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)真實(shí)感很強(qiáng)，能夠引起學(xué)習(xí)興趣，與講義、課件、視頻、小動(dòng)畫、討論、作業(yè)、考試等相結(jié)合（見圖3），學(xué)習(xí)效果很好。

圖3 課程學(xué)習(xí)頁(yè)面-課件欄

如圖4所示，學(xué)生在課程中點(diǎn)擊“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”欄目，可進(jìn)入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，完成實(shí)驗(yàn)并提交之后系統(tǒng)自動(dòng)批改給分，同時(shí)教師可在此基礎(chǔ)上復(fù)核修改學(xué)生得分。以干涉法測(cè)微小量實(shí)驗(yàn)為例（見圖5），學(xué)生可在課程中通過課件、講義、視頻、動(dòng)畫演示、討論區(qū)、練習(xí)題等學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)步驟，然后進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。學(xué)生所完成的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的成績(jī)將對(duì)接進(jìn)入在線課程的域外成績(jī)部分，最后按預(yù)定規(guī)則計(jì)入本課程的總分。

圖4 課程學(xué)習(xí)頁(yè)面-虛擬仿真實(shí)驗(yàn)欄

圖5 干涉法測(cè)微小量虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程

課程計(jì)分規(guī)則如下：域外成績(jī)即虛擬仿真實(shí)驗(yàn)成績(jī)占60%，該成績(jī)由實(shí)驗(yàn)操作及數(shù)據(jù)報(bào)告組成，它們的具體比例按照每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的類型及難度在仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)后臺(tái)設(shè)置；在線作業(yè)占20%，得分按照計(jì)分標(biāo)準(zhǔn)由教師批改或?qū)W生互改，系統(tǒng)計(jì)算累加；在線討論提問答疑占10%，討論成績(jī)按學(xué)生在討論區(qū)的活躍度和內(nèi)容質(zhì)量評(píng)判；在線考試占10%，題目由系統(tǒng)從題庫(kù)中隨機(jī)抽取。

以上考核計(jì)分方式對(duì)于校內(nèi)、校外學(xué)生和社會(huì)學(xué)習(xí)者都相同。課程總成績(jī)以實(shí)驗(yàn)成績(jī)?yōu)橹鳎蠈?shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)。但對(duì)于校內(nèi)學(xué)生來說，仍然可以選擇線下實(shí)體實(shí)驗(yàn)（虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與可選的實(shí)體實(shí)驗(yàn)相對(duì)應(yīng)），如果學(xué)生選擇該方式，那么其在線虛擬仿真實(shí)驗(yàn)部分的成績(jī)由線下實(shí)體實(shí)驗(yàn)成績(jī)代替，比例不變。

2.3 教學(xué)效果

經(jīng)過第3期在線課程與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)配套進(jìn)行的試點(diǎn)及磨合，第4期開始面向校內(nèi)外學(xué)生及社會(huì)學(xué)習(xí)者，全面實(shí)施網(wǎng)絡(luò)在線課程＋虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的開課模式。作為一門在校內(nèi)只是以課外自主選修為主的小眾型實(shí)驗(yàn)課程，在新模式推出后的第4期選課學(xué)習(xí)總?cè)藬?shù)超過3 000人，疫情期間的第5期選課人數(shù)突破4 000人，且有部分學(xué)校的老師將預(yù)備性物理實(shí)驗(yàn)作為源課程開設(shè)了SPOC課程。

圖6所示為5期選課人數(shù)一覽（其中第3期處在仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)及完善期間，只在校內(nèi)服務(wù)器進(jìn)行了開放試點(diǎn)，因此選課人數(shù)較少），由圖可看出，從第1～第2期，因小動(dòng)畫和微視頻等課程資源的豐富，選課人數(shù)增加，但總體人數(shù)還不多。第4期開始因?yàn)榕涮椎奶摂M仿真實(shí)驗(yàn)的全面開放，選課人數(shù)激增至第2期的3倍，第5期選課人數(shù)增至第2期的4倍。

圖6 5期選課人數(shù)一覽

第5期結(jié)課后，系統(tǒng)所給出的所有提交了作業(yè)、考試、討論并完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)者總體成績(jī)分布如圖7所示。由圖中人數(shù)可看出，獲得成績(jī)者（注：只參與學(xué)習(xí)而未提交作業(yè)及未參加考試者無法獲得成績(jī)）占總選課人數(shù)的77%；在獲得成績(jī)的學(xué)習(xí)者中，優(yōu)秀占26.0%，合格占62.7%，不合格占11.3%，這樣的分布數(shù)據(jù)說明課程黏性較好（棄課率低），深度參與學(xué)習(xí)者多（獲得成績(jī)者多），完成度也較好（成績(jī)分布合理），課程開設(shè)較為成功。

圖7 第5期成績(jī)統(tǒng)計(jì)（中國(guó)大學(xué)MOOC課程后臺(tái)截圖）

3 結(jié) 語(yǔ)

預(yù)備性物理實(shí)驗(yàn)課程在我校已開設(shè)近20年，課程主要目的為給部分中學(xué)物理教學(xué)要求較低或物理實(shí)驗(yàn)條件不好的新生補(bǔ)課，從而使得全校新生的整體物理實(shí)驗(yàn)水平填平補(bǔ)齊，提高教學(xué)起點(diǎn)，理工科新生可根據(jù)自己的興趣和基礎(chǔ)，在課外自主選擇該課程的學(xué)習(xí)［14-15］。現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)在線開放的教學(xué)模式使得課程進(jìn)一步從校內(nèi)拓展到了校外，目前課程在線開放已進(jìn)行了5期，選課學(xué)生所在學(xué)校超過60所，既有來自985、211及雙一流建設(shè)高校的學(xué)生，也有來自普通本科院校、高職高專的學(xué)生以及部分社會(huì)學(xué)習(xí)者。

課程團(tuán)隊(duì)將在現(xiàn)有的課程建設(shè)基礎(chǔ)上，繼續(xù)從突出學(xué)生個(gè)性培養(yǎng)、改變學(xué)生學(xué)習(xí)方式入手，改變傳統(tǒng)教學(xué)方法，通過現(xiàn)代信息技術(shù)、綜合應(yīng)用多種手段，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)課程的人才培養(yǎng)目標(biāo)，不斷精選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)寬松、自主、個(gè)性化學(xué)習(xí)的在線物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)環(huán)境。從而爭(zhēng)取面向更多學(xué)校及社會(huì)學(xué)習(xí)者開放，為更多的有需求的學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)資源。