信息化教学中视频作业的应用与探讨——以“光电信息物理基础”课程为例

邓玲玲，孔梅梅，郑加金，沈建平，钱黎明

[1.南京邮电大学 电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏南京210023；2.南京信息工程大学 物理与光电工程学院，江苏南京 210044]

近年来，教育部连续出台了一系列政策，大力推进信息技术与教学深度融合，创新教学模式[1]。在全国各大高校里，多媒体教室、资源库建设、虚拟仿真实验室等越来越普及，翻转课堂、微课、MOOC、大数据、云计算等新一代信息手段进入高校的教学领域。网络、微信已成为现代大学生不可或缺的社交手段和平台，这就要求高校教师学会如何应用信息技术，利用文字、声音、图像、视频等多源信息与学生互动交流，使教学变得更加有效[2-3]。

“光电信息物理基础”是光电信息科学与工程专业的一门重要的专业基础课程，重点讲解电子运动状态的描述方法以及电子在晶体，尤其是半导体材料中的运动对材料光电特性的影响。为了帮助学生系统地理解半导体中电子运动的物理图像和理论分析方法，本课程综合了量子力学、固体物理学和半导体物理学这三门理论课程的相关基础知识。实际授课时，本课程以理论讲授为主，大部分学生可以在课堂把握讲解重点。课堂听讲和课后作业相辅相成，学生在课堂上若没有记忆教师讲解思路，课后也很难应用课堂知识独立完成课后作业。如果学生课后作业完成得敷衍，无法巩固课堂知识，则更加难以在后续课堂上理解讲课内容。这就出现“课堂学不懂→课后抄作业→更加学不懂”的恶性循环，最终导致学生放弃学习。

视频作业，即以视频讲解的方式介绍课后作业相关知识点和解题过程。这种完成作业的方式，可以激发学生完成作业的兴趣，使他们在完成作业的过程中，对课程知识点的学习从机械性记忆及简单应用转变为主动思考。在一些理工类课程中，已有教师尝试视频作业，并取得了良好的效果[4-5]。笔者认为，视频作业布置得当，会使学生始终保持高效的课堂听课效率。在经过充分调研并征得大部分学生同意后，我们将视频作业应用于“光电信息物理基础”课程教学中。首先，将全班学生按照自然班级分为两组，一组采用视频作业+书面作业的综合方式完成课后作业，称为视频作业组；另一组则完全采用书面作业，称为对照组。本文通过比较视频作业组和对照组在课堂听课效果及期末考核中的表现，分析讨论视频作业对学生学习效果的影响。

一、视频作业的实施方式及对学生课堂学习的影响

组成本课程的三个知识模块，其内部的知识点和知识结构各不相同。“量子力学基础”模块主要介绍微观粒子力学状态以及力学量的讨论方法，该部分内容概念抽象，如概率分布、算符等，但知识点比较体系化，均围绕同一个重要内容，且重点明确，逻辑清晰。“固体物理基础”模块主要讲解固体材料的各种基本性质，讨论固体中电子的运动规律。模块中知识点易于理解，但相对比较庞杂，且不同方面的内容之间没有非常紧密的联系。“半导体物理基础”模块中的知识点同样很多，具有比较强的前后逻辑关系，知识点层层递进。同时，这部分内容涉及对量子力学和固体物理学知识的综合运用，难度较大。在视频作业的具体实施中，根据不同模块的知识结构特点以及学生的课堂反馈，教师需要对视频作业的实施方式进行设计和调整。

（一）量子力学基础

根据“量子力学基础”的知识结构特点，所设计的视频作业分配方案如表1所示。

表1 “量子力学基础”视频作业分配方案

首先，将所有课后作业按照知识点分为三组，每组题目都包含主要知识点，比如波函数的概率统计意义、力学量取值的概率分布、氢原子的定态等。这样，保证学生无论完成哪一组作业，都可以进行比较全面的复习。

其次，将所有参与视频作业的学生根据前一年的学分绩点分为三档，从三档中各抽取一名学生组成一个作业小组。教师要求小组成员先各自完成作业，在统一答案后录制讲解视频，每位学生都要负责一部分视频制作及讲解的工作。这样的分组方法可以让基础好的学生带动基础差的学生，提供相互交流、相互帮助的小组环境。所有小组再分成三大组，任何一个大组的学生只需要选择一组作业以视频作业的形式完成并提交，其他两组作业采用传统的书面作业形式完成提交即可。这样将学生分组与作业分组交叉配合，既保证学生都能通过做视频作业复习巩固课程中大部分重要知识点，又不会因完成视频作业给学生太大的负担。

最后，学生完成视频作业和书面作业后，在同一时间节点提交，由教师逐一观看提交的每一份视频作业，并针对错误做记录。在接下来的课堂上，教师选取讲解清晰、制作精美的视频作业在课堂上播放并点评，肯定优点，指出错误。课后，教师会将优秀的视频作业以小组成员实名分享在班级学习群中，供所有学生下载学习。

视频作业对于第一次接触的学生来说是新鲜有趣的。虽然学生充满热情的接受这一任务，但是很少人了解如何能够做好视频作业。教师并没有限制，允许学生采用自己喜欢的方式。但要求无论何种讲解方式，一定要有知识点的归纳和解题过程的说明。通过课堂上对视频作业的点评与指导，学生逐渐学会如何整理知识点、如何制作图文并茂的PPT、如何将讲解与PPT演示结合等能够提高视频作业质量的方法和手段。

视频作业方式是否能够帮助学生巩固知识，提高听课效率呢？笔者采用在每次课堂上进行随堂测试，并在每个知识模块结束后统计测试成绩的方法来进行分析和研究。随堂测试可以帮助教师及时了解学生对课堂知识的掌握程度，模块结束后的统计则可以作为后续调整视频作业方式的依据。图1为三个知识模块的随堂测试结果，其中，图1(a)是每个模块中所有测试题总得分的平均值，图1(b)为所有测试题总得分在不同分数段内的学生人数分布。从图中可以看到，在“量子力学基础”模块的教学中，视频作业组学生的随堂测试平均分为55.8，远高于对照组的38.0。在分数段的人数分布上同样可以看到，在低于60分的分数段上，视频作业组的人数明显少于对照组，而在60分以上所有的分数段，视频作业组的人数则明显高于对照组。笔者分析，取得良好效果的原因是，其一，“量子力学基础”模块的教学内容，知识重点非常明确，通过视频作业强化，学生易于抓住重点；其二，学生对新颖的视频作业非常感兴趣，大部分参与的学生都能认真完成。随堂测试结果表明，学生能够利用视频作业复习课程知识点，并且可以应用解决问题，这使学生对完成课后作业充满信心，并进而帮助学生在后续课堂上紧跟老师的讲解，形成良性循环。

图1 “光电信息物理基础”三个知识模块随堂测试结果：(a)班级平均分；(b)分数段人数分布

（二）固体物理基础

基于视频作业在“量子力学基础”模块中取得的良好效果，我们在“固体物理基础”模块中仍然继续采用表1所示的视频作业分配方式。同时，考虑到本模块中知识点较为分散，笔者为对照组的学生布置了思维导图附加作业。“固体物理基础”模块中一共有六部分知识内容，教师在讲解完每一部分内容后，要求学生采用思维导图的方式整理该部分内容中的概念、公式和结论等。这样的作业设计，一方面考察视频作业的持续效果，另一方面探究思维导图对学生学习的作用。

从图1中“固体物理基础”模块的随堂测试结果可以看到，视频作业组的随堂测试平均成绩虽然仍高于对照组，但是差距并不明显。与前一模块的答题情况相比，视频作业组的得分降低，对照组的得分则有所提高。从分数段的人数分布上可以看到，低分段内，视频组的人数有所上升，而对照组的人数则明显减少，尤其在0～10分的人数，视频作业组的人数甚至高于对照组。超过60分的学生人数，视频组显著减少，对照组则明显增加。笔者分析导致上述结果的原因之一是“固体物理基础”的知识点较为分散，而视频作业只针对课后作业题涉及的知识点，不能涵盖所有的知识点，因此其效果大打折扣。第二个原因，也是笔者认为最关键的因素是学生无法持续而认真地完成视频作业。虽然教师要求视频作业需要小组合作完成，每名组员都要参与制作，但实际上小组中有的学生认真完成视频作业，也有的学生敷衍了事或者直接“搭便车”。想学好一门课程，不能只是一时“心血来潮”，而需要保持良好的学习习惯，持之以恒。由此可以看出，在教学改革过程中，授课教师都需要考虑学生素质的差别，并根据情况进行适当调整。

（三）半导体物理基础

本课程的最后一个知识模块是“半导体物理基础”。本模块的知识点不仅逻辑关系清晰，层层递进，而且需要将前两模块知识综合运用。在讲解这个模块时，教师已经可以观察到学生在学习上的明显差异。前期比较认真的学生，具备较好的量子力学和固体物理学知识基础，不仅在课堂上能够跟随教师的讲解节奏，而且能够认真独立地完成课后作业。而部分学生由于前期的懈怠，此时学习已是十分困难，容易出现放弃的苗头。因此，这一阶段课后视频作业的实施方式进行了调整，具体如下：

第一，根据前阶段随堂测试结果，将视频作业单独布置给学习上有困难的学生，学习情况良好的学生采用传统的书面作业形式完成课后作业。

第二，被布置视频作业的学生采用视频讲解方式完成所有课后作业。

第三，设立视频作业QQ小群，教师会及时指导每位学生，帮助、督促其完成视频作业。

调整后，随堂测试成绩较低的学生被要求以视频作业的方式独立完成所有作业。相比于小组合作，由个人独立完成视频作业会增加难度。在教师的指导帮助下，督促这部分学生不放弃学习，化压力为动力，认真完成视频作业，跟上课堂学习节奏。虽然教师付出极大的热情和努力，但是从本模块统计的结果可以看出，这种“亡羊补牢”式的视频作业分配方案调整，其正面影响效果并不理想。

二、视频作业对期末考核结果的影响

视频作业对平时课堂听课情况的促进，帮助学生在期末考试中获得了相对较好的成绩。以视频作业形式完成课后作业的学生，期末考试的平均成绩为75.37，好于采用传统纸质作业对照组的学生（平均成绩为69.20）。笔者将期末考试所有题目分为三类，一类是与课后作业知识相关的题目，一类是与课后作业知识无关的概念类基础题目，最后一类则为综合拓展类题目。这三类题目分别考查学生对课后作业相关知识的掌握情况，课堂的听课情况，以及学生利用所学知识解决问题的能力。学生答题得分统计结果如图2所示。由图2可以看到，在考试中与课后作业相关的题目上，视频作业组的优势并不明显。这是因为课后作业是学生考前复习的重点，复习目标比较明确，两组学生都会在这部分知识的复习上投注更多的精力。但在与课后作业无关的概念类基础题目中，视频作业组的表现非常突出。这说明视频作业能够更好地帮助学生课后巩固、理解、应用知识，而在后续课堂上保持良好的听课效率，更加全面地掌握课程知识。对于拓展题，由于课堂讲解和课后作业大都以基础概念为主，无法提供对学生拓展能力的培训，因此，拓展题更多依赖学生自身的学习能力，两组学生的成绩相当。

图2 “光电信息物理基础”期末测试各类型题平均分

三、结束语

本文介绍了在“光电信息物理基础”课程中采用视频形式完成课后作业的执行方法和实施效果。学生先自行完成作业，经过小组交流后，将达成一致的解题思路和解题过程录制成视频。通过这一操作，学生对已学知识点的理解更加深入，对新知识点的学习也更有信心。随堂测试和期末考核的成绩统计均表明，视频作业形式可以有效改善学生对本课程的学习效果。本次视频作业的尝试也存在很多不足，可以从以下几个方面进一步改进。第一，对于知识点庞杂的知识模块，需要辅以思维导图对知识点进行整理，并结合视频讲解进行强化；第二，为了使视频作业效果惠及众人，应以个人和小组交替的方式来完成视频作业，也可根据课堂测试结果调整视频作业任务和完成视频作业的学生名单；第三，加强与学生的交流，了解学生的想法和困难，帮助他们持续参与视频作业，保持对课程的学习的投入；第四，增加一些拓展类视频作业题，锻炼学生解决复杂问题的能力。