“微课”翻转课堂在大学物理实验教学中的应用

2018-04-11甘亮勤杨上供周承仙穆瑞珍

实验室研究与探索 2018年2期

甘亮勤，　杨上供，　周承仙，　穆瑞珍

(厦门理工学院光电与通信工程学院，福建厦门 361024)

0　引　言

大学物理实验是针对高等学校理工科学生进行科学基本训练的一门独立的必修基础课程，是学生进入大学后受到的系统实验方法和实验技能训练的开端，是学生进行科学实验训练的重要基础[1]。因此大学物理实验的教学研究一直受到各学校和广大师生的高度关注。随着信息化时代，互联网技术的快速发展，传统的教学模式已不能满足新时代培养人才的需要，微课、翻转课堂、MOOC等新型教学模式应运而生[2-5]。如何将新型教学模式的优点与传统教学模式的经典结合起来，达到一个最优课堂教学的效果，是每个老师所关注的[6]。本文在福建省高校在线课程联盟的政策关怀和经费资助下，通过实践，构建了基于“微课”的翻转课堂教学模式，以提高大学物理实验的教学效果。

1　传统大学物理实验教学模式中存在的问题

1.1　教学模式单一，学生学习被动，教学效果欠佳

传统教学模式主要以学生预习文字教材；课堂教师讲解示范，学生按部就班地被动做实验；课后写实验报告的形式来完成。此教学模式的缺点在于：①课前学生针对大量的文字资料进行预习，形式较为枯燥，且需要学生自主学习，很多学生敷衍了事，更有部分学生直接没预习就来上实验课；②因课堂讲解占用了较多时间，很多学生实验时间很紧张，遇到问题直接找老师，没法好好地思考和探讨问题；③课后缺乏一个交流互动的机会，也无法知道学生的实验掌握情况，不同层次的学生更是缺乏一个温故和提高的平台。

1.2　场地、设备、课时等资源限制了课程的开设

目前部分院校特别是理工科院校，开设大学物理实验课程的班级较多，受场地、设备，课时等限制，没法针对不同的专业开出与之专业相侧重的实验项目，甚至有的实验课程也没法和大学物理理论课程步调一致，导致个别专业的学生在上大学物理实验课程时，其理论知识可能还没学过的脱节现象，教学效果欠佳。

2　“微课”的课程特点

微课是以视频为主要载体记录教师围绕某个知识点、专题、实验活动作为选题，针对教学中常见的，典型的，有代表性的问题或内容进行的简短、完整的“小而精”的教学活动[7]，类型包括讲授类、解题类、答疑类、实验类、活动类等，同时还包含了与该教学主题相关的教学设计、素材课件、教学反思、练习测试及学生反馈、教师点评等辅助性教学资源。微课可以通过电脑和网络发送，学生也可利用手机随时随地下载学习，打破了时间、空间和内容的局限[8-9]。且微课可设置不同的问题来满足不同层次学生的需求[10]，把实验中的理论讲解移出课堂，让实践性内容进入课堂，大大延长了课堂的实践操作时间。

3　“微课”翻转课堂教学

针对传统大学物理实验教学模式中存在的问题[11-13]，结合微课的特点和优势，探讨了“微课”翻转课堂的大学物理实验教学模式，以逐步提高大学物理实验的教学水平和质量。基于“微课”翻转课堂的大学物理实验教学模式主要以课前微课学习、课堂实践操作+分析讨论、课后实验报告+创新和开放性实验的形式来进行。

3.1　制作微课视频，提高课前预习效果

课前的微课学习是大学物理实验教学的基础，而微课视频是微课的主要内容，微课视频的质量直接影响教学效果，所以微课视频的设置尤为重要。微课视频具有简、短、精的特点，时长约为5～10 min，一段微课对应一个知识点，学生可以选择性地重复观看自己需要学习的内容[14-15]。大学物理实验的微课视频主要包括以下内容：①实验目的与实验原理。原理是实验的基础，正常情况下，实验原理在理论课上提前学习。但不同专业的学生，对实验原理的理解程度会不一样，比如“拉脱法测量液体表面张力系数”的实验，对于土木专业的学生，他对力学部分的原理会理解比较透彻，但是对于仪器部分的传感器不是很懂。到底什么是传感器，为什么要用传感器？这个时候，就要求教师在制作视频时，要考虑到不同专业学生的知识结构，把各个难重点讲解透彻，或者引导他们在实验中去探索这些理论，让学生在实验过程中自己深入理解知识点。②仪器介绍。仪器介绍主要是引导学生理解实验的设置，比如夫兰克-赫兹实验，这个实验曾获1925年的诺贝尔奖，非常经典，应该跟学生讲解这个实验仪器设置的成功点与巧妙点，让学生在实验过程中，体会这种创新思维，培养他们的创新意识。③实验操作重难点与注意事项。实验操作重难点与注意事项这部分主要提醒学生操作中最应该注意的地方，但尽量避免全程演示，应给学生足够的思考空间，需要动点脑才能完成实验。比如迈克尔逊干涉仪的调整与使用，应该提醒学生怎样才会出现干涉条纹，干涉条纹是怎样的？④实验应用与实验拓展。实验应用与拓展用于提高学生的实验兴趣，培养他们的实验创新精神，引导学生：这个实验能应用于哪里？有哪些创新点？大家自己应用该实验原理来设计一个产品等。

微课的制作除了在知识结构上合理设置外，在录制视频时，会添加动画、实验效果图、原理图等来提高视频效果。如图1所示，在录制牛顿环的实验时，用小窗口显示原理结构图，配有相应的动画，同时，用大窗口显示实验效果图，这样学生一目了然。

微课视频录制后上传到学习网站上，学生可随时观看微课视频，微课视频学习之后，微课有设置一些简单的测验题，学生需参与答题，并且正确率达到合格要求，方可进入课堂进行实验操作，这样能保证一个良好的预习效果。

3.2　课堂实践操作

图1《光的等厚干涉与牛顿环》的微课设置和微课视频截图

实践操作是实验课程的核心，有了课前的微课学习之后，课堂上可节省大量的讲解时间，将时间留给学生实践操作，老师只需在课前对一些重难点作适当强调。学生在课堂上操作实验、观察实验现象、测量实验数据，此外还需在课堂上经过实践、观察和讨论来完成微课上的讨论题。比如“光的等厚干涉与牛顿环”实验，在微课上布置了4道讨论题，分别是：① 怎样避免螺距误差？② 为何测量环纹直径而不是半径？③ 显微镜放大倍数的大小对实验结果有啥影响？④何为等厚干涉？学生通过自己操作实验，观察现象，小组讨论等方式，找出每个问题的答案。比如，学生通过观察齿轮结构和转动原理来理解螺距误差的产生，再通过单向测量和双向测量来理解怎样避免螺距误差。课程结束后，学生在网上完成讨论题，系统会根据正确率打分。

3.3　课后知识巩固与应用提升

基于翻转式教学模式的课后环节主要由两部分组成：①实验报告。所有同学在实验结束后，需按要求完成实验报告。通过写实验报告，来分析测量数据的正确性，以及误差大小，对于实验数据错误和误差较大的数据，要求他们重新操作实验，测量数据。②设计实验，创新提升。设有专门的创新实验室和开放性实验室，学生可以自主的在里面设计实验，创新实验。学生可开展科研型实验、课外科技制作与发明以及各项竞赛活动。经申请，给学生提供相应的实验器材，有专门的老师提供咨询和指导工作。此层次主要为成绩好、动手能力强、感兴趣又学有余力的学生提供。重在训练和培养优秀学生的创业精神和创新能力，发展学生的个性特长。

基于微课的翻转式教学模式，其最终的成绩由线上和线下两部分组成，如图2所示，线上一般占20%(其中视频成绩10%，测验5%，分析讨论题5%)，线下80%(操作成绩40%，报告成绩40%)。微课的成绩管理更合理，改变了由实验报告定成绩的方式。

图2　微课的成绩管理

4　结　语

针对目前大学物理实验教学中存在的问题，本文提出基于微课的翻转式教学模式，该教学模式具有以下优点：①将实验教学的指导思想转变为以学生学习为主，教师指导为辅。②将现代化的微课教学模式与传统教学相结合，达到一个更优的教学效果。③该模式可以让学生更多地融入课堂教学中，更大限度地锻炼和发挥个人综合能力，对学生掌握科学思想方法、培养创新和探索精神、锻炼建模能力等方面有重要的作用。总之，这种翻转式教学模式是大学物理实验课程教学的一次改革与尝试，有利于提高教学质量。如何将基于微课的翻转式教学模式更好地应用于实验教学中，还需教育教学研究者不断地探索、总结并逐步完善。

参考文献(References)：

[1]宋金璠，郭新峰，石明吉,等. 翻转课堂在大学物理实验教学中的应用[J]. 实验技术与管理，2015,32(3):33-39

[2]张潞英，朱传云，陈国杰,等. “翻转课堂”在大学物理实验教学中的应用探索[J]. 教育观察，2015,29(4):96-97

[3]尹亚玲，王博文，柴志方,等. 混合教学模式在大学物理实验课程教学中的应用[J]. 物理实验，2017,37(3):41-47

[4]何朝政，宋海珍，张鸿军. 基于“微课”的翻转课堂教学模式在大学物理实验中的实践[J].南阳师范学院学报，2017,16(3):47-49

[5]蔡青，胡永金，李星星. 基于MOOCs的大学物理实验教学改革[J]. 实验室研究与探索，2016,35(9):177-180

[6]宋金璠，郭新峰，王生钊,等. 微课在大学物理实验教学中的应用[J]. 物理实验，2015,35(2):12-17

[7]曹显莹，曲阳. 基于慕课模式的大学物理实验教学改革与创新[J]. 物理实验，2016,36(5):25-28

[8]李迎，张静，李群.微课在大学物理实验及演示实验教学中的应用———以东华理工大学为例[J]. 科技风，2016,11月下:27

[9]赵婷婷．大学物理实验教学与创新[J]．大学物理实验，2014,27(5)：110-112．

[10]魏绍蓉，王晓英，刘志强，等．基于E-learning 的混合式教学模式研究[J]．实验技术与管理，2014，31(12): 20-22．

[11]霍剑青, 王晓蒲, 杨旭，等. 大学物理实验教学方法和教学资源建设的研究[J]．实验室研究与探索，2008，27(5): 11-13．