基于MOOC的實驗教學示范中心信息化建設(shè)與教學改革

張 宏，周 軍，潘國柱，魏相飛

(皖西學院 a.現(xiàn)代教育技術(shù)中心; b.材料與化學工程學院,安徽 六安 237012 )

基于MOOC的實驗教學示范中心信息化建設(shè)與教學改革

張 宏a，周 軍b，潘國柱b，魏相飛b

(皖西學院 a.現(xiàn)代教育技術(shù)中心; b.材料與化學工程學院,安徽 六安 237012 )

基于MOOC課程形式，論述了物理實驗教學示范中心如何構(gòu)建信息化教學環(huán)境，改革實驗教學模式、方法手段及學生實驗能力評價體系. 旨在提高實驗教學質(zhì)量，實現(xiàn)創(chuàng)新性人才培養(yǎng)目標.

物理實驗教學示范中心；MOOC;信息化教學環(huán)境；實驗教學改革

MOOC(Massive open online courses)即“大規(guī)模在線公開課程”，是新型的大規(guī)模開放網(wǎng)絡課程[1]. 信息化時代，實驗中心如何開展MOOC，改革教學模式，調(diào)動學生學習實驗課主動性、積極性，提升實驗教學內(nèi)涵，值得研究和探討. “國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要”(2010-2020年)(以下簡稱“綱要”)中指出：“信息技術(shù)對教育發(fā)展具有革命性，必須予以高度重視”. “加強網(wǎng)絡教學資源體系建設(shè)，引進國際優(yōu)質(zhì)數(shù)字化教學資源，開發(fā)網(wǎng)絡學習課程”、“強化信息技術(shù)應用，提高教師應用信息技術(shù)水平，更新教學觀念，改進教學方法，提高教學效果. 鼓勵學生利用信息手段主動學習、自主學習，增強運用信息技術(shù)分析解決問題能力”[2]. “綱要”為實驗中心教學管理改革和信息化建設(shè)指明了方向.

1 實驗中心信息化教學環(huán)境建設(shè)

1.1 信息化教學環(huán)境建設(shè)意義

信息化實驗教學環(huán)境就是指運用現(xiàn)代教育理論和現(xiàn)代信息技術(shù)所創(chuàng)建的新型的實驗教學環(huán)境,泛指開展信息化實驗教學的一切軟硬件環(huán)境、時空和文化心理環(huán)境等[3]. 實驗中心信息化教學環(huán)境建設(shè)的目的是為了教師開展信息化實驗教學，促進學生運用信息技術(shù)自主、探究學習. 信息化實驗教學的特征表現(xiàn)為數(shù)字化、多媒體化、網(wǎng)絡化、虛擬化和智能化,實驗教材的多媒體化、實驗資源的全球化、實驗教學的個性化、實驗過程的自主化、實驗活動的合作化、實驗環(huán)境的虛擬化、實驗管理的自動化[3]. 信息化是實驗教學管理現(xiàn)代化重要標志.

在信息化實驗教學環(huán)境下，學生不受時空限制，網(wǎng)絡預習實驗原理，模擬練習儀器調(diào)試操作，查詢實驗網(wǎng)絡平臺發(fā)布的信息，自主預約實驗，網(wǎng)上提交電子實驗報告. 教師開展多媒體教學，計算機管理實驗教學及實驗室資源，應用預習報告自動評判系統(tǒng)、物理實驗MOOC和實驗考試自動評判系統(tǒng)，評價學生預習效果、實驗成績等[4].

1.2 信息化教學環(huán)境建設(shè)問題

由于受主客觀、內(nèi)外部多種因素的影響，實驗中心教學信息化環(huán)境建設(shè)發(fā)展進程并不平衡，突出的問題表現(xiàn)為一些領(lǐng)導及實驗人員信息化觀念淡薄，思想認識不足，信息技術(shù)應用能力不強，門戶網(wǎng)站信息更新慢，信息網(wǎng)絡不夠開放，優(yōu)質(zhì)實驗數(shù)字資源有限，技術(shù)支持下的教學改革力度不大，制度、政策、保障機制不健全，缺乏信息化必要軟硬件條件及保障，這些因素制約了實驗中心信息化實驗教學建設(shè)、改革與發(fā)展[5].

當下，信息技術(shù)快速發(fā)展，經(jīng)濟社會轉(zhuǎn)型，高等教育人才培養(yǎng)模式及要求發(fā)生較大變化，傳統(tǒng)物理實驗教學內(nèi)容體系、方法、模式、手段及管理方式已不適應人才培養(yǎng)目標要求. 因此，實驗中心必需深化教學改革，推進信息化建設(shè)與發(fā)展.

1.3 信息化教學環(huán)境建設(shè)任務

隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展，信息化教學環(huán)境已不是傳統(tǒng)意義上的電化教室，而是信息系統(tǒng)的一個“群落”概念. 它以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，從設(shè)施、資源到活動全部信息化和數(shù)字化[6]. 因此教師要轉(zhuǎn)變教育教學觀念，樹立現(xiàn)代教學管理意識，促進信息技術(shù)與實驗教學管理深度融合.

1.3.1 提升實驗人員教育信息技術(shù)應用能力

開展信息化實驗教學，需要提升實驗教師信息化意識和教學信息技術(shù)應用能力[7]. 實驗中心教師要參加現(xiàn)代教育技術(shù)應用能力培訓，通過網(wǎng)絡視頻課程、開放遠程教育、計算機應用軟件學習網(wǎng)站等學習，掌握計算機基本軟硬件的使用. 培養(yǎng)信息技術(shù)骨干教師,運用Excel、Origin、Matlab、VB、Access、php、java等軟件進行實驗數(shù)據(jù)采集處理、實驗儀器及實驗教學管理，制作PPT及Flash等多媒體課件，掌握數(shù)字化圖片、音視頻、動畫等素材采集和處理基本方法，學會搜索下載整理信息.

1.3.2 開發(fā)優(yōu)質(zhì)數(shù)字化實驗教學資源

信息化建設(shè)的核心任務是開發(fā)共享實驗教學科研資源. 實驗人員要自制和收集數(shù)字化實驗教學資源，聯(lián)合學校教育技術(shù)人員開發(fā)或購買適合本校需要的優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡數(shù)字化教學資源. 引導學生使用校內(nèi)外優(yōu)質(zhì)數(shù)字化教學資源，強調(diào)知識產(chǎn)權(quán)保護意識，合理、合法使用各種資源[8]. 數(shù)字化實驗資源有：學科集成軟件、MOOC、網(wǎng)絡實驗課程、精品資源共享實驗課、實驗微課及實驗教學相關(guān)的數(shù)字文本、圖片、音視頻、動畫等素材. 豐富的實驗教學資源利于學生開展自主探究式學習，開拓思維及視野，提高學生學習的興趣和積極性.

1.3.3 加強實驗中心信息化軟硬件建設(shè)

以計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)及數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的軟硬件條件是實驗室信息化重要保證. 具有支撐系統(tǒng)運行、開發(fā)建設(shè)實驗教學資源、開展多媒體實驗教學、網(wǎng)絡教學和管理的硬件設(shè)備有：服務器、存儲設(shè)備、交換機、計算機、投影儀、交互電子白板、掃描儀、數(shù)碼照相機、視頻攝像機(頭)等. 需要具有支撐系統(tǒng)運行的軟件系統(tǒng)有：操作系統(tǒng)、選排課系統(tǒng)、網(wǎng)絡教學系統(tǒng)、儀器設(shè)備管理系統(tǒng)、虛擬仿真實驗系統(tǒng)、專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件等[9]. 有了上述的軟硬件條件，可在實驗室開展信息化實驗教學、實驗教學遠程直播，快速生存和制作數(shù)字化實驗教學素材及課程資源等.

2 MOOC背景下的物理實驗教學改革

實驗中心信息化建設(shè)的最終目標是：在實驗中心信息化教學環(huán)境建設(shè)基礎(chǔ)上，應用信息技術(shù)全面改革實驗教學模式、教學方法、管理手段及評價體系，提高實驗教學質(zhì)量及效率.

2.1 應用物理實驗MOOC輔助教學

MOOC是由主講教師負責，通過互聯(lián)網(wǎng)支持大規(guī)模人群參與，以講課視頻、作業(yè)練習、論壇活動、通告郵件及測驗考試等要素交織的教學過程.

物理實驗MOOC主要放在實驗預習環(huán)節(jié). 學生課前根據(jù) MOOC 提供的視頻及相關(guān)資料，逐一完成各個重點知識及模擬操作環(huán)節(jié)，遇到學習問題，可在線留言或提問，教師在實驗課中有針對性地講解與指導答疑，提高教學效果.

例如“分光計調(diào)整與玻璃棱鏡折射率測定”實驗，如按傳統(tǒng)實驗教學方法模式，學生很難在規(guī)定時間內(nèi)完成所有的實驗內(nèi)容，實驗效果差. 因此可以把該實驗制作為MOOC.

1)將實驗內(nèi)容分解成幾個重要的知識模塊. 如實驗內(nèi)容劃分為分光計構(gòu)造組成、分光計調(diào)整、棱鏡頂角測量、最小偏向角法測定方法等模塊.

2)制作實驗模塊小視頻.

3)編制實驗練習及討論題.

4)提供該實驗數(shù)字化素材資源.

5)將模擬仿真實驗操作練習放入MOOC中. 學生從網(wǎng)絡物理實驗綜合管理軟件系統(tǒng)自主注冊. 有計劃有針對性地進行相關(guān)物理實驗MOOC的理論知識學習及操作練習. 學習后還可以網(wǎng)絡發(fā)布自己的學習心得體會與更多的同學分享， 也可以制作自己的學習視頻[10].

2.2 物理實驗翻轉(zhuǎn)課堂教學模式

基礎(chǔ)性物理實驗過程，是學生在教師指導下，獨立自主操作實驗過程. 傳統(tǒng)教學模式是課前學生預習寫預習報告，課中教師先講解實驗原理、方法步驟等，然后學生調(diào)整儀器設(shè)備工作狀態(tài)，操作觀察測量，記錄整理實驗數(shù)據(jù)，課后撰寫實驗報告. 該教學方式不利于提高學生實驗主動性、積極性.

物理實驗翻轉(zhuǎn)課堂教學模式重視實驗課前自主學習. 將實驗原理、相關(guān)知識、儀器使用等課前完成. 教師運用信息技術(shù)支持，制作物理實驗MOOC、微課、網(wǎng)絡課程、實驗預習系統(tǒng)、實驗課件等，學生實驗課前根據(jù)網(wǎng)站上教師所列實驗任務，在線觀看實驗視頻課程，學習實驗原理、儀器結(jié)構(gòu)及操作方法，網(wǎng)上進行實驗操作練習，回答實驗問題，提高課前預習效果. 課前網(wǎng)絡學習納入考核評價體系，計入實驗課程總成績. 課中學生帶著問題操作實驗，探索實驗規(guī)律，教師引導協(xié)助解決實驗中難題，培養(yǎng)學生批判性思維和創(chuàng)新意識. 課后學生注重實驗反思總結(jié). 教學過程如圖1所示.

圖1 物理實驗翻轉(zhuǎn)課堂教學模式

2.3 物理實驗教學中微學習應用

微學習是基于移動互聯(lián)技術(shù)，通過碎片化學習、輔導、研討等方式，建立起的人與人之間、人與知識之間持續(xù)的互動關(guān)系，以實現(xiàn)知識習得、技能轉(zhuǎn)化、智能轉(zhuǎn)化、業(yè)務問題解決等多層學習目標的一種學習方式[11]. 高校無線網(wǎng)絡已實現(xiàn)全覆蓋，學生都有無線通訊工具，實驗中心可創(chuàng)建大學物理實驗課學習微信公共號或課程學習QQ群號，開展物理實驗微學習. 教師將重要的、難度較大的、經(jīng)典的物理實驗知識微小化，如實驗物理學家生平介紹、實驗背景、實驗思想、實驗原理公式、電路光路圖、實驗操作微視頻、互動交流及重要教學信息等. 通過實驗課程微信平臺或QQ號發(fā)布，學生進行微學習，改變過去單一的學習方式. 以信息技術(shù)推進實驗教學、學習方式變革.

2.4 信息化物理實驗教學評價體系

信息化教學評價是指對信息化環(huán)境下的教與學的過程和結(jié)果開展的價值判斷活動. 信息化教學評價是基于信息化評價工具評價方法，工具為評價量規(guī)、電子檔案袋、概念圖[12]. 學生物理實驗能力及課程學習評價一直是困擾實驗教師的實驗教學難題. 如何科學、準確、高效地評價學生實驗成績，是進行實驗教學改革、把握實驗教學質(zhì)量的重要問題. 基礎(chǔ)物理實驗考核主要內(nèi)容有：實驗基本方法、實驗基本知識、實驗原理、數(shù)據(jù)處理與分析等知識性內(nèi)容考核；實驗現(xiàn)象觀察測量、分析及判斷能力，實驗綜合操作能力，發(fā)現(xiàn)問題解決問題能力及創(chuàng)造性能力考核，可運用信息化教學評價改革實驗考核方法. 信息化評價體系如圖2所示.

圖2 信息化物理實驗教學評價體系

3 結(jié)束語

物理實驗中心信息化教學環(huán)境建設(shè)與教學改革是一項長期而艱巨的工作，物理實驗中心信息化建設(shè)的關(guān)鍵是培養(yǎng)信息技術(shù)骨干，提高實驗人員信息素養(yǎng)和教育信息技術(shù)應用能力. 核心是開發(fā)制作有利于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實驗教學資源. 目標是進行改革教學，提高教學質(zhì)量. 因此，對積極參與實驗室信息化建設(shè)，改革教學模式、方法手段等的教師、技術(shù)人員，在教研項目立項、教師職稱評定、教學工作量計算上給予一定的政策傾斜. 只有這樣才能更好地推進物理實驗中心信息化建設(shè)和教學改革，提高實驗教學的質(zhì)量，實現(xiàn)人才培養(yǎng)的目標.

[1] 宋靈青. MOOC時代教師面臨的挑戰(zhàn)與專業(yè)發(fā)展研究[J]. 中國電化教育研究，2014(9)：139-143.

[2] 國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要[N]. 中國教育報,2010-07-30.

[3] 姜暉. 信息化實驗教學環(huán)境建設(shè)與應用[J]. 實驗室研究與探索,2006，25(11)：330-332.

[4] 屈泳,張文詠. 高等學校數(shù)字化實驗室的研究與實現(xiàn)[J]. 實驗室研究與探索，2007，26(11)：146-148.

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[12] 陳琳. 現(xiàn)代教育技術(shù) [M]. 2版. 北京：高等教育出版社，2014 :346-348.

[責任編輯：郭 偉]

Information construction and teaching reform of physics experiment teaching demonstration center under MOOC background

ZHANG Honga, ZHOU Junb, PAN Guo-zhub, WEI Xiang-feib

(a. Modern Educational Technology Center;b. Materials and Chemical Engineering Institute, West Anhui University, Lu’an 237012, China)

Under the MOOC background in information technology era, how to construct the information environment for learning, reform the experimental teaching mode and methods, and improve the evaluating system of students’ experimental ability were discussed in this paper, which aimed to improve the quality of experimental teaching and implement the goal of training innovative talents.

physics experiment teaching demonstration center; MOOC； information environment; experimental teaching reform

2016-06-01；修改日期：2016-07-12

安徽省高等學校省級質(zhì)量工程項目(No.2014jxtd031)；皖西學院校級項目(No.WXZR1520)

張 宏(1960-)，男，安徽舒城人，皖西學院現(xiàn)代教育技術(shù)中心副教授，學士，研究方向為現(xiàn)代教育技術(shù)應用.

G642.423;O4-39

B

1005-4642(2016)12-0022-04

“第9屆全國高等學校物理實驗教學研討會”論文