“微課”翻轉課堂在大學物理實驗教學中的應用

甘亮勤，　楊上供，　周承仙，　穆瑞珍

(廈門理工學院 光電與通信工程學院，福建 廈門 361024)

0　引　言

大學物理實驗是針對高等學校理工科學生進行科學基本訓練的一門獨立的必修基礎課程，是學生進入大學后受到的系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓練的開端，是學生進行科學實驗訓練的重要基礎[1]。因此大學物理實驗的教學研究一直受到各學校和廣大師生的高度關注。隨著信息化時代，互聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的教學模式已不能滿足新時代培養(yǎng)人才的需要，微課、翻轉課堂、MOOC等新型教學模式應運而生[2-5]。如何將新型教學模式的優(yōu)點與傳統(tǒng)教學模式的經典結合起來，達到一個最優(yōu)課堂教學的效果，是每個老師所關注的[6]。本文在福建省高校在線課程聯(lián)盟的政策關懷和經費資助下，通過實踐，構建了基于“微課”的翻轉課堂教學模式，以提高大學物理實驗的教學效果。

1　傳統(tǒng)大學物理實驗教學模式中存在的問題

1.1　教學模式單一，學生學習被動，教學效果欠佳

傳統(tǒng)教學模式主要以學生預習文字教材；課堂教師講解示范，學生按部就班地被動做實驗；課后寫實驗報告的形式來完成。此教學模式的缺點在于：①課前學生針對大量的文字資料進行預習，形式較為枯燥，且需要學生自主學習，很多學生敷衍了事，更有部分學生直接沒預習就來上實驗課；②因課堂講解占用了較多時間，很多學生實驗時間很緊張，遇到問題直接找老師，沒法好好地思考和探討問題；③課后缺乏一個交流互動的機會，也無法知道學生的實驗掌握情況，不同層次的學生更是缺乏一個溫故和提高的平臺。

1.2　場地、設備、課時等資源限制了課程的開設

目前部分院校特別是理工科院校，開設大學物理實驗課程的班級較多，受場地、設備，課時等限制，沒法針對不同的專業(yè)開出與之專業(yè)相側重的實驗項目，甚至有的實驗課程也沒法和大學物理理論課程步調一致，導致個別專業(yè)的學生在上大學物理實驗課程時，其理論知識可能還沒學過的脫節(jié)現(xiàn)象，教學效果欠佳。

2　“微課”的課程特點

微課是以視頻為主要載體記錄教師圍繞某個知識點、專題、實驗活動作為選題，針對教學中常見的，典型的，有代表性的問題或內容進行的簡短、完整的“小而精”的教學活動[7]，類型包括講授類、解題類、答疑類、實驗類、活動類等，同時還包含了與該教學主題相關的教學設計、素材課件、教學反思、練習測試及學生反饋、教師點評等輔助性教學資源。微課可以通過電腦和網(wǎng)絡發(fā)送，學生也可利用手機隨時隨地下載學習，打破了時間、空間和內容的局限[8-9]。且微課可設置不同的問題來滿足不同層次學生的需求[10]，把實驗中的理論講解移出課堂，讓實踐性內容進入課堂，大大延長了課堂的實踐操作時間。

3　“微課”翻轉課堂教學

針對傳統(tǒng)大學物理實驗教學模式中存在的問題[11-13]，結合微課的特點和優(yōu)勢，探討了“微課”翻轉課堂的大學物理實驗教學模式，以逐步提高大學物理實驗的教學水平和質量。基于“微課”翻轉課堂的大學物理實驗教學模式主要以課前微課學習、課堂實踐操作+分析討論、課后實驗報告+創(chuàng)新和開放性實驗的形式來進行。

3.1　制作微課視頻，提高課前預習效果

課前的微課學習是大學物理實驗教學的基礎，而微課視頻是微課的主要內容，微課視頻的質量直接影響教學效果，所以微課視頻的設置尤為重要。微課視頻具有簡、短、精的特點，時長約為5～10 min，一段微課對應一個知識點，學生可以選擇性地重復觀看自己需要學習的內容[14-15]。大學物理實驗的微課視頻主要包括以下內容：①實驗目的與實驗原理。原理是實驗的基礎，正常情況下，實驗原理在理論課上提前學習。但不同專業(yè)的學生，對實驗原理的理解程度會不一樣，比如“拉脫法測量液體表面張力系數(shù)”的實驗，對于土木專業(yè)的學生，他對力學部分的原理會理解比較透徹，但是對于儀器部分的傳感器不是很懂。到底什么是傳感器，為什么要用傳感器？這個時候，就要求教師在制作視頻時，要考慮到不同專業(yè)學生的知識結構，把各個難重點講解透徹，或者引導他們在實驗中去探索這些理論，讓學生在實驗過程中自己深入理解知識點。②儀器介紹。儀器介紹主要是引導學生理解實驗的設置，比如夫蘭克-赫茲實驗，這個實驗曾獲1925年的諾貝爾獎，非常經典，應該跟學生講解這個實驗儀器設置的成功點與巧妙點，讓學生在實驗過程中，體會這種創(chuàng)新思維，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識。③實驗操作重難點與注意事項。實驗操作重難點與注意事項這部分主要提醒學生操作中最應該注意的地方，但盡量避免全程演示，應給學生足夠的思考空間，需要動點腦才能完成實驗。比如邁克爾遜干涉儀的調整與使用，應該提醒學生怎樣才會出現(xiàn)干涉條紋，干涉條紋是怎樣的？④實驗應用與實驗拓展。實驗應用與拓展用于提高學生的實驗興趣，培養(yǎng)他們的實驗創(chuàng)新精神，引導學生：這個實驗能應用于哪里？有哪些創(chuàng)新點？大家自己應用該實驗原理來設計一個產品等。

微課的制作除了在知識結構上合理設置外，在錄制視頻時，會添加動畫、實驗效果圖、原理圖等來提高視頻效果。如圖1所示，在錄制牛頓環(huán)的實驗時，用小窗口顯示原理結構圖，配有相應的動畫，同時，用大窗口顯示實驗效果圖，這樣學生一目了然。

微課視頻錄制后上傳到學習網(wǎng)站上，學生可隨時觀看微課視頻，微課視頻學習之后，微課有設置一些簡單的測驗題，學生需參與答題，并且正確率達到合格要求，方可進入課堂進行實驗操作，這樣能保證一個良好的預習效果。

3.2　課堂實踐操作

圖1《光的等厚干涉與牛頓環(huán)》的微課設置和微課視頻截圖

實踐操作是實驗課程的核心，有了課前的微課學習之后，課堂上可節(jié)省大量的講解時間，將時間留給學生實踐操作，老師只需在課前對一些重難點作適當強調。學生在課堂上操作實驗、觀察實驗現(xiàn)象、測量實驗數(shù)據(jù)，此外還需在課堂上經過實踐、觀察和討論來完成微課上的討論題。比如“光的等厚干涉與牛頓環(huán)”實驗，在微課上布置了4道討論題，分別是：① 怎樣避免螺距誤差？② 為何測量環(huán)紋直徑而不是半徑？③ 顯微鏡放大倍數(shù)的大小對實驗結果有啥影響？④何為等厚干涉？學生通過自己操作實驗，觀察現(xiàn)象，小組討論等方式，找出每個問題的答案。比如，學生通過觀察齒輪結構和轉動原理來理解螺距誤差的產生，再通過單向測量和雙向測量來理解怎樣避免螺距誤差。課程結束后，學生在網(wǎng)上完成討論題，系統(tǒng)會根據(jù)正確率打分。

3.3　課后知識鞏固與應用提升

基于翻轉式教學模式的課后環(huán)節(jié)主要由兩部分組成：①實驗報告。所有同學在實驗結束后，需按要求完成實驗報告。通過寫實驗報告，來分析測量數(shù)據(jù)的正確性，以及誤差大小，對于實驗數(shù)據(jù)錯誤和誤差較大的數(shù)據(jù)，要求他們重新操作實驗，測量數(shù)據(jù)。②設計實驗，創(chuàng)新提升。設有專門的創(chuàng)新實驗室和開放性實驗室，學生可以自主的在里面設計實驗，創(chuàng)新實驗。學生可開展科研型實驗、課外科技制作與發(fā)明以及各項競賽活動。經申請，給學生提供相應的實驗器材，有專門的老師提供咨詢和指導工作。此層次主要為成績好、動手能力強、感興趣又學有余力的學生提供。重在訓練和培養(yǎng)優(yōu)秀學生的創(chuàng)業(yè)精神和創(chuàng)新能力，發(fā)展學生的個性特長。

基于微課的翻轉式教學模式，其最終的成績由線上和線下兩部分組成，如圖2所示，線上一般占20%(其中視頻成績10%，測驗5%，分析討論題5%)，線下80%(操作成績40%，報告成績40%)。微課的成績管理更合理，改變了由實驗報告定成績的方式。

圖2　微課的成績管理

4　結　語

針對目前大學物理實驗教學中存在的問題，本文提出基于微課的翻轉式教學模式，該教學模式具有以下優(yōu)點：①將實驗教學的指導思想轉變?yōu)橐詫W生學習為主，教師指導為輔。②將現(xiàn)代化的微課教學模式與傳統(tǒng)教學相結合，達到一個更優(yōu)的教學效果。③該模式可以讓學生更多地融入課堂教學中，更大限度地鍛煉和發(fā)揮個人綜合能力，對學生掌握科學思想方法、培養(yǎng)創(chuàng)新和探索精神、鍛煉建模能力等方面有重要的作用?？傊?，這種翻轉式教學模式是大學物理實驗課程教學的一次改革與嘗試，有利于提高教學質量。如何將基于微課的翻轉式教學模式更好地應用于實驗教學中，還需教育教學研究者不斷地探索、總結并逐步完善。

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