基于微課的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)混合式教學(xué)設(shè)計(jì)
——以楊氏模量的測量為例

劉海楠，姚陸鋒，姚 琨

（海軍工程大學(xué)基礎(chǔ)部物理教研室 湖北 武漢 430030）

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是高等理工科院校自然科學(xué)類必修課程，旨在傳授科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本理論、方法和技能，為后續(xù)的專業(yè)學(xué)習(xí)、學(xué)術(shù)研究及終身發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。然而，面對“互聯(lián)網(wǎng)+教育”新形態(tài)的沖擊，傳統(tǒng)的“課前預(yù)習(xí)—示范講解—學(xué)生操作—實(shí)驗(yàn)報(bào)告”教學(xué)模式已暴露出一些弊端，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

課前預(yù)習(xí)不理想。學(xué)生在預(yù)習(xí)階段依賴教材摘抄來完成預(yù)習(xí)報(bào)告，缺乏多樣化的開放學(xué)習(xí)資源，使預(yù)習(xí)過程變得乏味和復(fù)雜，學(xué)生難以深入了解實(shí)驗(yàn)的背景、明確實(shí)驗(yàn)的目的，造成學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，無法養(yǎng)成良好的自主學(xué)習(xí)習(xí)慣。

課堂教學(xué)空心化。在示范講解加學(xué)生操作的教學(xué)流程下，學(xué)生按部就班模仿完成實(shí)驗(yàn)，缺乏內(nèi)在的學(xué)習(xí)動(dòng)力和積極性，無法深入思考實(shí)驗(yàn)方法和設(shè)計(jì)理念等深層次問題，難以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)培育效果較低。

課后評價(jià)不科學(xué)。目前的課程考核以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主要參考依據(jù)，缺少對學(xué)生動(dòng)手能力、拓展研究能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力等的客觀有效評價(jià)，“知識、能力、素質(zhì)”三維度學(xué)習(xí)效果、全過程學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)變化等有效信息不足。

綜上，教育者需積極探索創(chuàng)新的教學(xué)模式，開發(fā)教學(xué)工具，以提供更為靈活、高效和高質(zhì)量的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教育。

1 基于微課的混合式教學(xué)模式

隨著教育信息化技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，線上線下混合式教學(xué)迅速發(fā)展壯大，并將傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的優(yōu)勢和數(shù)字化或網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)的優(yōu)勢深度融合[1-4]。在該模式下，學(xué)生課前的學(xué)習(xí)情況將直接影響課堂的整體效果，成為決定線下課堂教學(xué)成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。但是對于以線下教學(xué)時(shí)空為主的實(shí)踐類課程，盲目“復(fù)制”這種深度混合教學(xué)模式難以使學(xué)生達(dá)成相關(guān)學(xué)習(xí)目標(biāo)[5]。

將微課與混合式教學(xué)全過程融合為學(xué)生提供了更多的學(xué)習(xí)途徑和靈活性。該模式雖然在理論課中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用[6]，但在實(shí)踐課程教學(xué)中的應(yīng)用潛力尚未得到充分討論?；诖耍疚囊浴皸钍夏Ａ康臏y量”為具體案例，提出一種“課前自主學(xué)習(xí)（引入式微課）-課中深化訓(xùn)練（工具箱式微課）-課后鞏固拓展（反思類微課）”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，嘗試探索構(gòu)建全程化、全方位、全員參與的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革之路。具體的教學(xué)模式設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 基于微課的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)混合式教學(xué)設(shè)計(jì)示意圖

1.1 課前自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)

實(shí)驗(yàn)前，教師利用實(shí)驗(yàn)室智慧系統(tǒng)GVSUN 上的ShowDoc在線預(yù)習(xí)平臺重塑數(shù)字化教學(xué)資源，設(shè)計(jì)課前學(xué)習(xí)指南發(fā)送至學(xué)生微信（教師在該平臺采用Markdown 語言編寫文檔，有機(jī)整合微課視頻、PPT 課件等多媒體資源，使學(xué)習(xí)指南按照內(nèi)容設(shè)計(jì)具有層次清晰的特定格式，然后轉(zhuǎn)換成有效的HTML 文檔）。學(xué)生只需在微信對話框中點(diǎn)開“學(xué)習(xí)指南”鏈接即可進(jìn)行有針對性的學(xué)習(xí)。短小精煉的學(xué)習(xí)指南可以讓學(xué)生利用碎片化時(shí)間快速獲取信息，大幅提升課前學(xué)習(xí)的準(zhǔn)確性和趣味性，解決預(yù)習(xí)效果不理想的難題。

1.2 課中深化訓(xùn)練環(huán)節(jié)

實(shí)驗(yàn)課程的教育教學(xué)質(zhì)量必須以課堂教學(xué)的水平為基礎(chǔ)。以學(xué)生為中心的教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)師生互動(dòng)，將傳統(tǒng)的封閉課堂轉(zhuǎn)變?yōu)楦挥袑υ挼沫h(huán)境，而問題引導(dǎo)則成為一種有效的組織方式。一個(gè)經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的問題通常能夠激發(fā)學(xué)生的興趣，打開他們的思維之窗，從而提升課堂教學(xué)效果。因此，問題的出現(xiàn)時(shí)機(jī)、作用、預(yù)期效果及實(shí)現(xiàn)的具體目標(biāo)都需要合理考慮。在無手機(jī)課堂環(huán)境中，如何提升所有學(xué)生的參與度、積極性，并實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)評價(jià)的全員覆蓋成為本環(huán)節(jié)的重要問題。本研究擬采用第四代實(shí)時(shí)互動(dòng)反饋系統(tǒng)Plickers 軟件[7]，在學(xué)生沒有智能移動(dòng)終端的情況下，通過教師手機(jī)掃描學(xué)生手中的二維碼專屬卡片的形式進(jìn)行互動(dòng)，并得到實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù)。通過反饋信息，教師可以全面了解學(xué)生的知識掌握情況和實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)更有針對性。這種方法有助于節(jié)約實(shí)驗(yàn)背景、目的、原理等內(nèi)容的講解時(shí)間，有機(jī)地安排示范流程和輔導(dǎo)節(jié)奏，為學(xué)生提供更多的動(dòng)手和思考機(jī)會(huì)。這樣一來，學(xué)生將更主動(dòng)地構(gòu)建知識，深入處理信息，培養(yǎng)創(chuàng)造力，有效提高實(shí)驗(yàn)課堂的教學(xué)效果，解決了課堂教學(xué)空心化的難題。

1.3 課后鞏固拓展環(huán)節(jié)

課后學(xué)生自主內(nèi)化知識，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，尤其需要注重回顧與反思，比如反饋個(gè)人認(rèn)為實(shí)驗(yàn)中的易錯(cuò)點(diǎn)和期望的教學(xué)改進(jìn)方向等信息。教師同步收集過程性評價(jià)結(jié)果和數(shù)據(jù)，充分利用這些數(shù)據(jù)信息對教學(xué)活動(dòng)加以評價(jià)分析，可采用差異化、個(gè)性化手段進(jìn)行精準(zhǔn)干預(yù)，發(fā)掘?qū)W生潛能，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，鼓勵(lì)學(xué)生優(yōu)化改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，真正實(shí)現(xiàn)規(guī)模化教育與個(gè)性化培養(yǎng)的有機(jī)統(tǒng)一。建立多維度、多層次的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，避免出現(xiàn)考核形式單一、評價(jià)不科學(xué)的問題。

2 微課在楊氏模量測量中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

2.1 學(xué)情分析

課程組首先調(diào)研了學(xué)生參與教改活動(dòng)的意愿和對教改實(shí)施環(huán)節(jié)的具體期望。問卷的題目為實(shí)驗(yàn)型微課在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，主要從學(xué)生喜歡什么類型的微課、學(xué)生對微課融入課堂的方法手段、學(xué)生參與教改的意愿三個(gè)方面進(jìn)行調(diào)查，共有354 位學(xué)生參與了問卷調(diào)查。調(diào)查結(jié)果顯示，學(xué)生最感興趣的微課類型是實(shí)驗(yàn)的背景與意義部分介紹及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法的指導(dǎo)；愿意使用教師在課堂上提供的工具箱式微課；擁有較高的參與教改活動(dòng)的意愿。所以，教師在設(shè)計(jì)微課應(yīng)充分考慮學(xué)生的需求，需要側(cè)重背景、目的與數(shù)據(jù)處理部分的微課設(shè)計(jì)與呈現(xiàn)。

2.2 引入式微課融于課前

本文設(shè)計(jì)“引入式”實(shí)驗(yàn)微課來實(shí)現(xiàn)學(xué)生的自主預(yù)習(xí)。對于楊氏模量實(shí)驗(yàn)，學(xué)生很可能會(huì)因?yàn)閷Φ貤钍夏Ａ颗c光杠桿概念較為陌生而喪失學(xué)習(xí)興趣。因此，本文設(shè)計(jì)制作《楊氏模量的“楊氏”是誰？》《楊氏模量有什么用？》《光杠桿是個(gè)什么杠桿？》等一系列介紹性微課，并將其整合到課前學(xué)習(xí)指南中，學(xué)生直接點(diǎn)擊指南中的鏈接即可在線上完成學(xué)習(xí)。引入式微課可通過豐富的圖片、視頻和時(shí)下流行的網(wǎng)絡(luò)用語介紹實(shí)驗(yàn)意義，突出知識要點(diǎn)，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生對實(shí)驗(yàn)教學(xué)有所期待，有利于啟發(fā)學(xué)生的問題意識和探究意識，引導(dǎo)學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用價(jià)值與創(chuàng)新之處。教師在授課之前可以花較短的時(shí)間，通過Plickers提問來了解學(xué)生預(yù)習(xí)中存在的問題，針對性講解共性問題，留出更多時(shí)間給學(xué)生自己動(dòng)手操作，現(xiàn)場給予更多延伸和補(bǔ)充，從而實(shí)現(xiàn)較高層次的學(xué)習(xí)目標(biāo)（比如應(yīng)用和分析等）。經(jīng)過課前的有效預(yù)習(xí)，學(xué)生在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室時(shí)帶著明確的目的性，能在課堂上就實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和現(xiàn)象與教師展開積極探討和互動(dòng)，大大提高了實(shí)驗(yàn)操作的趣味性和探索性。

2.3 工具箱式微課置于課中

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)微課通常是以視頻的方式簡單再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)操作過程，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中完全按照視頻中演示的正確步驟去操作，沒有機(jī)會(huì)動(dòng)腦思考，對于實(shí)驗(yàn)課程要求的培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、科學(xué)素養(yǎng)等起到了非常大的阻礙作用。本文創(chuàng)新性地提出用工具箱式微課來引發(fā)學(xué)生的自主思考。比如，在拉伸法測金屬絲楊氏模量的實(shí)驗(yàn)中，出于測量精度的考慮，對金屬絲長度、金屬絲直徑、光杠杠常數(shù)和伸長量等物理量的測量需要使用不同的工具。教師可以對此提出問題“你如何選擇合適的工具？只用一種工具能完成測量嗎？”利用Plickers 引導(dǎo)學(xué)生在問題的牽引下進(jìn)行互動(dòng)討論，并及時(shí)收集反饋信息。而這些工具和方法的使用方法可以分解成模塊化知識錄制成微課（比如《快速掌握螺旋測微計(jì)的使用》《手把手教你游標(biāo)卡尺的讀數(shù)》等）中，放在實(shí)驗(yàn)室的移動(dòng)終端設(shè)備（如局域網(wǎng)的平板和筆記本電腦等）。學(xué)生在工具箱式微課的幫助下，自主分析、解決相關(guān)問題，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的教學(xué)目標(biāo)。

2.4 反思類微課評于課后

根據(jù)問卷調(diào)查結(jié)果可知，學(xué)生普遍反映在課后實(shí)驗(yàn)處理階段遇到了困難。因此，實(shí)驗(yàn)課后的微課應(yīng)用設(shè)計(jì)應(yīng)側(cè)重于講解數(shù)據(jù)處理的要求和原理?；诖耍n程組設(shè)計(jì)《測量結(jié)果的不確定度——輕松應(yīng)對大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理難關(guān)》《10 分鐘教你用EXCEL 計(jì)算不確定度》《如何用逐差法處理數(shù)據(jù)》等微課放在GVSUN上的云盤上，同樣利用ShowDoc 平臺，以網(wǎng)頁推送的形式發(fā)給學(xué)生學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生在課后自主復(fù)習(xí)鞏固相關(guān)知識，杜絕數(shù)據(jù)處理“將錯(cuò)就錯(cuò)”的事情發(fā)生。另外，鼓勵(lì)學(xué)生自行拍攝微課版實(shí)驗(yàn)報(bào)告，以視頻的形式展示實(shí)驗(yàn)報(bào)告。學(xué)生也可以將個(gè)人認(rèn)為的實(shí)驗(yàn)中的易錯(cuò)點(diǎn)和發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)小竅門等錄制成微課發(fā)給教師，教師同步收集這些過程性數(shù)據(jù)并記錄為形成性考核成績。同時(shí)，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生優(yōu)化改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案并嘗試制作實(shí)驗(yàn)教學(xué)微課，積極參加大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽等，讓大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的考核評價(jià)更加多元化。

3 結(jié)語

本文以提升大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果為目標(biāo)，設(shè)計(jì)了一種基于微課的混合式教學(xué)模式。通過“楊氏模量的測量”案例，詳細(xì)介紹了課前自主學(xué)習(xí)、課中深化訓(xùn)練和課后鞏固拓展三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。采用引入式微課、工具箱式微課和反思類微課等創(chuàng)新方式，通過Plickers提高學(xué)生參與度，實(shí)現(xiàn)更具靈活性和多樣性的教學(xué)。盡管初步結(jié)果表明新模式在激發(fā)學(xué)生興趣、提高思維深度和改善實(shí)驗(yàn)課效果方面取得了積極成效，但也存在一些問題和挑戰(zhàn)。因此，下一步將繼續(xù)關(guān)注學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，優(yōu)化微課設(shè)計(jì)，強(qiáng)化教學(xué)技能，更好地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入新型教學(xué)環(huán)境。