基于共享网络空间的物理演示实验教学平台

李 海 宝

(黑龙江科技大学 理学院, 黑龙江 哈尔滨 150022)



基于共享网络空间的物理演示实验教学平台

李 海 宝

(黑龙江科技大学 理学院, 黑龙江 哈尔滨 150022)

基于教育信息化背景，利用网络服务运营商提供免费和共享信息技术服务的客观条件，提出了一种全新的物理演示实验利用方案。这一方案通过创建基于共享网络空间的物理演示实验教学平台，一方面有助于解决传统物理演示实验使用过程中所遇到的时域和地域受限问题；另一方面有助于推进传统演示实验与信息技术相融合问题，适应数字化时代，学生微课化、碎片化学习行为的需要。通过创建基于“360 Cloud+ Faisco”的演示实验网络教学平台的等具体措施，对这一方案进行教学实践，为翻转课堂模式下物理演示实验的利用，提供借鉴参考。

大学物理； 演示实验； 教育信息化； 共享网络空间； 翻转课堂

0 引 言

物理演示实验一直是大学物理课程教学中，最受欢迎的教学手段之一。为配合师生使用演示实验，很多理工科高校都建有相应规模物理演示实验室[1-2]。课堂使用和通过预约向学生开放演示实验室，一定程度上可解决传统物理演示实验使用的时域和地域受限问题。然而，在数字化时代，学生微课化、碎片化学习的行为特征背景下，这种传统运行方式，已不能使物理演示实验和物理演示实验室的职能得以更充分发挥。为解决这一问题，我们提出一种基于共享网络空间，创建物理演示实验教学平台的方案，强调凭借低技术门槛的免费建站平台服务和云盘的内嵌资源管理功能[3]，通过创建“360 Cloud+ Faisco”演示实验网络教学平台的具体措施，实现数字化物理演示实验资源的共建共享，为翻转课堂模式下物理演示实验的利用，提供借鉴参考。

1 物理演示实验教学平台的基础

1.1 硬件基础

从演示实验设备方面来看，一方面，随着教育工作者加入到演示实验设计和制作的人数增加，针对物理现象的演示仪器或装置的种类和数量正在日益增加，这为各高校仪器采购提供了较大选择空间；另一方面，随着各高校学生实践素质教育活动的深入开展，由学生制作完成的演示实验设备的数量也在稳步增长。此外，校际之间的教学联盟和信息网络技术的发展，使各高校演示实验设备通过某种方式互补共享成为现实。

从录制演示实验所使用的工具来看，现在可供选择的录像工具丰富而且快捷。高清照相机、录像机已经十分普遍，特别是现在学生广泛使用智能手机、Ipad等，均内置高清摄像装置，可以快捷地拍摄清晰度较高的视频。在我们的实践中，利用智能手机拍摄了一段时长约7 min的MP4格式演示视频，文件大小达到1GM，影音质量十分理想。

由以上两点看出，创建基于共享网络空间的物理演示实验教学平台的硬件基础具备。

1.2 技术基础

我们很是幸运，处在一个云计算和大数据时代，特别是一些常用软件，如办公软件、电子邮件系统、即时通讯平台、云盘等基本上是共享和免费使用的，并且这些软件的内嵌资源管理功能十分强大。以360云盘为例[4]，它提供了存储空间无上限，操作极其简单的云服务平台，师生只需要合理设计和提供素材就可以使用，一般不涉及技术问题。换句话说，师生能够像使用office等软件一样，来制作不同类型的网络教学资源，这为演示实验网络化提供重要基础。

除360云盘作为网络化演示实验资源的存储仓库外，还需要寻找一个网络发布平台，即学生可在浏览器中输入域名，就可访问和学习的登陆界面。这一点，现在已经非常容易得到解决，因为一些信息产品提供商，如凡科网(广州凡科信息科技有限公司，http://www.faisco.com，faisco)[5-6]、建站之星(上海美橙科技信息发展有限公司，http://www.sitestar.cn，sitestar)[7]等，已经推出无需代码编写并且永久免费建站服务。

由以上两点看出，师生完全可以从专业的网页设计技术工作中解脱出来，实现只要会打字，就可创建基于共享网络空间的物理演示实验教学平台的目标，即技术基础完全具备。

1.3 用户基础

研究资料表明，MOOCs正在席卷全球，对传统的教与学正在产生巨大冲击。学生的学习行为已经先于教师正在发生悄然变化，微课化、碎片化正在成为教育信息化时代，学生学习的行为特征[8-9]。智能手机成为学生获取信息和知识的重要工具和渠道。中国互联网络信息中心(CNNIC)在京发布《第33次中国互联网络发展状况统计报告》显示，截至2013年12月，我国网民规模达6.18亿，手机网民规模达5亿，占总网民数的81.0%[10]，而智能手机则每名学生至少人手一部。因此，持有各种智能终端的学生群体，自然而然构成信息技术背景下，新型学习方式的用户基础。

2 物理演示实验教学平台的创建

2.1 物理演示实验教学资源的数字化

数字化学习资源是指通过计算机网络可以利用的各种学习资源的总和，具体地说是指所有以电子数据形式，把文字、图像、声音、视频、动画等多种形式的信息存储在非纸介质的载体中。实现物理演示实验教学资源的数字化，是创建基于共享网络空间的物理演示实验教学平台的第一步。

除现有的演示实验的实况录像外，积极录制自主研制演示实验装置的演示录像，以增加利用网络平台向学生发布的数字化演示实验资源中，自主版权所占的比重，同时也有利于突出和展示特色。利用已经授权的、引进的演示实验录像，进行非商业目的二次开发，也是必要的。因为在二次开发过程中，可以融入设计性要素，相对原版，可进一步提升质量和信息含量。

此外，我们应注意到，生活中有丰富的物理现象。如果某一生活现象同某一或某些物理规律存在某种联系，就可经过一定的取材设计，将其录制成视频[11]。这些录制的视频，由于同学生日常生活紧密联系，最容易为学生所接受。例如公园中的人们游玩的过山车娱乐项目，就可以录制下来，可以用于说明曲线运动、自然坐标系等物理概念。

2.2 数字化演示实验教学资源的集散

日益丰富的演示实验影音素材，需要巨大的网络存储空间。同时，还要求该空间比较方便地为学习者所访问，且没有流量限制。根据360公司的公开承诺，360云盘存储空间无上限、数据流量无限制，因此360云盘作为数字化物理演示实验教学资源的集散地。

为实现数字化演示实验教学资源的集散，我们遵循以下三步：① 将所采集的数字化演示实验教学资源，根据知识点进行分类，形成一个个最基本的内容胞体；② 在360云盘系统中，建立以文件夹为基本形式的数据存储的拓扑结构，其中文件夹之间的基本关系有级联、平行、混合结构3种；③ 将所采集的内容胞体，上传到相应的文件夹中。这项集散工作，可以遵循图1所示的流程图进行。

图1 数字化演示实验教学资源的集散工作流程图

2.3 数字化演示实验教学资源的发布

我们创建了基于“360 Cloud+ Faisco”的演示实验网络教学平台，对数字化演示实验教学资源进行了发布。在这里我们强调，无论是使用Faisco提供的免代码建站服务平台，还是360云盘所提供的云存储空间，都是共享和永久免费的。依托Faisco免费建站平台，实现了个性化、数字化演示实验教学资源的发布，学生根据教师提供的访问域名或扫描二维码，就可以进入资源平台。

但是，Faisco免费建站平台的存储空间有限，目前只有50 MB 网页空间，根本不能满足巨量存储数据的空间要强求。为解决这一问题，我们将50 MB 网页空间进行了合理划分和充分利用，例如我们只利用Faisco网页固有的网络存储空间，发布动态消息和提供访问操作建议等各种提示性图文信息，而将消耗空间大的视频数据，存储于360云盘，然后发布共享链接，并将链接编辑在Faisco网页中。免费Faisco网页提供有100个链接，合理使用和分配，基本能够满足资源发布的全部需要。图2所示为链接数字化演示实验教学资源在线播放截屏。

图2 链接数字化演示实验教学资源在线播放截屏

2.4 数字化演示实验教学资源的共建共享

这里我们所指的数字化演示实验教学资源的共建共享至少包含两层含义：一是教师与学生之间的共建共享；二是校际之间的共建共享。我们遵循教师推动、学生使用、共建共享的原则，做好基于共享网络空间的物理演示实验教学平台的原始推动工作。

为更加有效实现数字化演示实验教学资源的共享，我们组织学生建立网络学习共同体。云盘一般允许用户创建文件共享群，一个文件共享群中所有用户就构成了“学习共同体”。作为教师可以创建多个关于演示实验的文件共享群，然后邀请学生加入相应共享群，进而形成多个“学习共同体”。这样，学生、助学者和360平台就构成了网络学习共同体环境。共同体成员间可以互相学习、互助学习，同时还可以将优质的学习资源分享给教师和共同体中的其他成员。

为了实现数字化演示实验教学资源的共建，借助网络辅助教学平台，对演示实验装置进行虚拟拆分，布置相应的设计性问题，引导和激发学生进行讨论，实现互动教学；同时鼓励学生，针对生活中的物理现象，以学生的视角自行制作微视频，不断丰富演示实验网络教学资源。此外，单独一所学校，很难拥有全部的演示实验资源。但是借助网络教学平台，可以相对容易实现校际数字化演示实验教学视频的共建共享。

3 信息技术与演示实验教学的深度融合

利用共享网络空间，可初步实现数字化物理演示实验数字化视频的共建共享。但为更好适应翻转课堂模式下，学生碎片化、微课化学习的需要[12-13]，需要将信息技术与演示实验教学深度融合，实现传统教学手段与现代信息教育手段的优势互补。我们认为信息技术与演示实验融合要在以下几个方面做出努力。

3.1 演示实验与虚拟仿真实验相结合

大学物理课堂是唯物的，也就是说，在有众多教学手段可以选择的前提下，应该优先使用实物演示实验。但是实物演示可能受客观条件限制，不能全方位展示参数调整对实验现象的影响，很多时候只能演示一个特定的现象。借助信息技术手段，可以对这个不足予以弥补。当前，有很多虚拟仿真软件，可以对物理现象和规律进行深层次模拟。例如利用Matlab、LabVIEW仿真工具，编写相应仿真程序，通过调整参数，可以非常容易得到实物演示难以实现的效果[14-15]。

为此，我们在网络教学平台上，在提供演示实验视频的同时，还融入相应虚拟仿真程序。此举的重要意义还在于，它向学生展示一个科学研究方法，即数值模拟。这对以科研工作为主、但承担本科大学物理教学的青年教师，迅速提高教学技能有重要意义。

3.2 演示实验与工程应用案例相结合

多数演示实验装置结构简单、原理直观，但却是很多高新技术和工程应用的缩影。然而传统教学手段展示高新技术和工程应用，很受局限。借助信息技术，经过合理设计，可将演示实验与工程应用案例对接。

我们的方法是，基于CDIO工程教育模式[16-17]，将每项高新技术或工程应用案例，借助信息技术手段开发成相应教学素材，如教学案例、情境素材等，注意发现案例的技术背景、理论价值、经济效益等，尤其是注意寻找同物理原理的紧密联系。在找到某种联系或几种联系时，就为学生展示能够演示相应物理原理或现象的实验装置。通过共享网络空间，与演示实验相链接，让学生感受到工程就在身边。

3.3 演示实验与科学研究工作相结合

过去在课堂上使用演示实验，主要目的在于用直观现象阐释抽象的物理原理。很少思考演示实验与科学研究工作的某种联系。要回答这一问题，首先回答科研工作的本质——探索和发现现象背后的规律。

演示实验可以同科学研究工作相联系是必然的。因为演示实验是一种思想的可视化表达，是一种简化的模型，而思想和模型正是科学研究的基础。当然，在实际运用中，结合的科学研究工作可以教师自己的，也可以是其他科学工作者的。这种结合需要信息技术作为联系的桥梁，例如我们可以直通有关学术网站。在学生访问演示实验视频时，我们向学生发布思想是如何被提出的、方案是如何被制定的、规律是如何被展示的等内容的链接。

3.4 演示实验与实践能力培养相结合

已有很多文章论证了传统演示实验在培养学生创新能力方面的独特作用。信息技术能将这一独特作用进一步放大。利用信息技术，可从容而又全方位展示一个演示装置的“构思”、“设计”、“实现”、“运作”过程，这四个词是CDIO工程教育模式的核心概念[18]。从这个意义上说，对这些核心概念的引导，就在实践CDIO模式，其落脚点在学生实践能力培养上。

为此，我们借助共享网络空间，对演示实验按照上述核心概念进行“拆解”和“重构”很必要，在这项工作中，就要适当融入教师的组织思想和行为艺术，引导学生体会一件作品的“构思”、“设计”、“实现”、“运作”全过程，激发实践意识和实践动手意愿。

需要指出的是，以上四个方面只是给出了我们在教学实践中，信息技术与演示实验结合的几种常用的切入点，并且这四个方面并不是相互绝对独立的，很多时候是若干方面的融合。

4 物理演示实验教学平台的机制保障

4.1 建立健全相关激励机制

健全相关管理机制，为信息技术融合演示实验教学提供组织保障。

(1) 从教师角度。我们基于将演示实验使用情况，列入教学手段改革考核的重点对象，鼓励教师寻找信息技术与演示实验教学相融合的切入点，并将相关要求或指导思想，编入教学大纲；鼓励教师使用公共网络平台，创建特色辅助教学平台，开展经验和示范交流教学研讨，共享优秀资源等。

(2) 从学生角度。我们应深入分析学生的学习特征、时代特征，特别是学生利用现代信息化工具学习的行为特征，认真分析学生的学习心理，为实施演示实验的网络辅助教学提供参考。鼓励学生参与到演示实验录像、现象资源的挖掘和建设工作中来，同教师一起共同建设演示实验录像、现象、仿真程序等数字化资源库，使网络辅助教学更具有针对性。

(3) 从教学管理者角度。应争取教育职能部门支持。特别是为教师或学生自行拍摄演示实验视频数据，提供必要的技术平台和一定资金支持。例如开放演播录像教室、建设数字化和信息化校园，高速WIFI网络校园全覆盖，便于学生随时随地使用网络教学资源。

4.2 改革学生考核办法

改革学生考核办法为信息技术融合演示实验教学提供反馈保障。改革单一的以平时作业和期末考试为主要考核学生学习效果的评价办法，实施以突出学生综合能力的多元考核方式，并通过考核结果，及时反馈信息技术融合演示实验教学的实际效果，以便于及时调整教学策略。我们基于演示实验的探索性，将以此为基础激励学生参加大学物理“四小”(小读书报告、小论文、小制作、小发明)活动[19]，所取得的成绩按比例计入期末总成绩。改革传统纸质作业，实施学生作业电子提交方式，并以多媒体的方式替代传统的单一媒体方式。通过选择合适的题目，将相关演示实验融入其中，在学生完成这一题目的作业时，除必要文字撰写外，还增加学生对这一现象理解的视频讲授，对这一原理在工程技术中应用的资料查询记录文档，以及学生对一个演示实验设计的主动思考等内容。

5 结 语

我们基于教育信息化背景，利用网络服务运营商提供免费和共享信息技术服务的客观条件，提出并创建了基于共享网络空间的物理演示实验教学平台，解决了传统物理演示实验使用过程中所遇到的时域和地域受限问题；突出了传统演示实验与信息技术相融合问题，适应了数字化时代，学生微课化、碎片化学习行为的需要。基于“360 Cloud+ Faisco”的演示实验网络教学平台，最大限度地使用了免费网络资源，激发了师生在这一平台创建和使用中的主动建构作用。随着教育信息化的不断深入，各种网络公共平台易用性和共享性的不断提升，这一基于共享网络空间的物理演示实验教学平台，对翻转课堂模式下物理演示实验的利用，具有重要现实意义和强大生命力。

[1] 李海宝,刘炳胜,金永君,等.新形势下大学物理演示实验的利用[J].实验室研究与探索, 2009 (4): 109-111.

[2] 李海宝,任敦亮,李晓萍,等.构建可持续发展的物理演示实验基地[J].实验室研究与探索, 2007 (10): 124-126.

[3] 李海宝,任常愚.基于网络公共空间的辅助教学平台的构建[J].中国远程教育,2014(4):84～88.

[4] 360云盘官网.安全免费 空间无限[EB/OL]. http://yunpan.360.cn

[5] 凡科官网.各大媒体争相报道 建站就用凡科网[EB/OL]. http://www.faisco.com/news/299

[6] 搜狐资讯.专业凡科网 让中小企业掌握建站主导权[EB/OL]. http://roll.sohu.com/20130628/n380155498.shtml

[7] 建站之星. 完全免费的新一代智能建站系统[EB/OL]. http://www.sitestar.cn

[8] 马若龙, 袁松鹤. MOOCs:教育开放的模式创新与本土启示[J].中国高教研究,2013(12):20～26.

[9] Geoff Shullenberger. The MOOC Revolution: A Sketchy Deal for Higher Education[EB/OL].2013-09-12.http://www.dissentmagazine.org/online_articles/the-mooc-revolution-asketchy-deal-for-higher-education.

[10] 中国互联网络信息中心. 第33次中国互联网络发展状况统计报告[EB/OL].2014-03-05.http://www.cnnic.net.cn/hlwfzyj/hlwxzbg/hlwtjbg/201403/t20140305_46240.htm

[11] 李海宝,任常愚,金永君,等.课堂教学中物理工程教育素材的开发与融入[J].物理与工程, 2011 (4):61-64.

[12] 何朝阳,欧玉芳,曹 祁.美国大学翻转课堂教学模式的启示[J].高等工程教育研究, 2014 (2):148-151.

[13] 吴忠良,赵 磊.基于网络学习空间的翻转课堂教学模式初探[J].中国电化教育, 2014 (2):121-126.

[14] 李晨璞,胡金江,谢革英,等.基于Lab VIEW的理想气体自由扩散动态演示[J].实验室研究与探索,2012 (4):67～71.

[15] 李晨璞,谢革英,胡金江,等.基于Lab VIEW牛顿环实验动态仿真[J].实验室研究与探索, 2013 (6):97～101.

[16] 顾佩华,包能胜,康全礼,等.CDIO在中国(上) [J]. 高等工程教育研究, 2012 (5):24-40.

[17] 顾佩华,包能胜,康全礼,等.CDIO在中国(下) [J]. 高等工程教育研究, 2012 (9):34-45.

[18] Edward F. Crawley. The CDIO Syllabus A Statement of goals f or Undergraduate Engineering Education [EB /OL].2008-06-30. http://www.cdio.org

[19] 李富全,张晓春,赵志洲.围绕工程意识和创新能力的培养深化工科大学物理教学改革[J].中国高教研究,2001(2): 66-67.

Physics Demonstration Experiment Teaching Platform Based on Network Sharing Space

LIHai-bao

(College of Science，Heilongjiang University of Science and Technology，Harbin 150022，China)

With the education informationization, free and sharing information technology service is provided by network service providers. By using the convenience, a scheme of new physics demonstration experiment was put forward in this paper. Through the creation of teaching physics demonstration experiment platform based on a shared network space, time and regional restriction was solved on one hand; on the other hand it would promote the fusion between the traditional demonstration experiment and information technology. The platform can be adapted to students behaviors, such as the digital era, micro class, fragmentation learning. By creating the platform named "360°Cloud+ Faisco", a reference was provided for the use of physics demonstration experiment under the flipped classroom mode.

university physics; demonstration experiment; educational informationalization; shared network space; flipped classroom

2014-06-09

黑龙江省教育科学“十二五”规划课题资助(GBD1211055；GBC1212085)；黑龙江科技大学青年才俊计划资助

李海宝(1978-)，男，黑龙江肇源人，副教授，在读博士生，从事物理教学、纤维集成光学研究工作。

Tel.: 15546683589; E-mail： lihaibao1978@126.com

G 434； O 4-4

A

1006-7167(2015)05-0177-05