基于微课的大学物理实验混合式教学设计——以杨氏模量的测量为例

刘海楠，姚陆锋，姚 琨

（海军工程大学基础部物理教研室 湖北 武汉 430030）

大学物理实验是高等理工科院校自然科学类必修课程，旨在传授科学实验的基本理论、方法和技能，为后续的专业学习、学术研究及终身发展奠定坚实基础。然而，面对“互联网+教育”新形态的冲击，传统的“课前预习—示范讲解—学生操作—实验报告”教学模式已暴露出一些弊端，主要体现在以下三个方面：

课前预习不理想。学生在预习阶段依赖教材摘抄来完成预习报告，缺乏多样化的开放学习资源，使预习过程变得乏味和复杂，学生难以深入了解实验的背景、明确实验的目的，造成学生学习兴趣不高，无法养成良好的自主学习习惯。

课堂教学空心化。在示范讲解加学生操作的教学流程下，学生按部就班模仿完成实验，缺乏内在的学习动力和积极性，无法深入思考实验方法和设计理念等深层次问题，难以激发学生的创造性思维，实验素养培育效果较低。

课后评价不科学。目前的课程考核以实验报告为主要参考依据，缺少对学生动手能力、拓展研究能力、创新实践能力等的客观有效评价，“知识、能力、素质”三维度学习效果、全过程学习动态变化等有效信息不足。

综上，教育者需积极探索创新的教学模式，开发教学工具，以提供更为灵活、高效和高质量的大学物理实验教育。

1 基于微课的混合式教学模式

随着教育信息化技术的持续进步，线上线下混合式教学迅速发展壮大，并将传统学习方式的优势和数字化或网络化学习的优势深度融合[1-4]。在该模式下，学生课前的学习情况将直接影响课堂的整体效果，成为决定线下课堂教学成败的关键环节。但是对于以线下教学时空为主的实践类课程，盲目“复制”这种深度混合教学模式难以使学生达成相关学习目标[5]。

将微课与混合式教学全过程融合为学生提供了更多的学习途径和灵活性。该模式虽然在理论课中已经得到广泛应用[6]，但在实践课程教学中的应用潜力尚未得到充分讨论。基于此，本文以“杨氏模量的测量”为具体案例，提出一种“课前自主学习（引入式微课）-课中深化训练（工具箱式微课）-课后巩固拓展（反思类微课）”的实验教学模式，尝试探索构建全程化、全方位、全员参与的实验教学改革之路。具体的教学模式设计如图1 所示。

图1 基于微课的大学物理实验混合式教学设计示意图

1.1 课前自主学习环节

实验前，教师利用实验室智慧系统GVSUN 上的ShowDoc在线预习平台重塑数字化教学资源，设计课前学习指南发送至学生微信（教师在该平台采用Markdown 语言编写文档，有机整合微课视频、PPT 课件等多媒体资源，使学习指南按照内容设计具有层次清晰的特定格式，然后转换成有效的HTML 文档）。学生只需在微信对话框中点开“学习指南”链接即可进行有针对性的学习。短小精炼的学习指南可以让学生利用碎片化时间快速获取信息，大幅提升课前学习的准确性和趣味性，解决预习效果不理想的难题。

1.2 课中深化训练环节

实验课程的教育教学质量必须以课堂教学的水平为基础。以学生为中心的教学模式强调加强师生互动，将传统的封闭课堂转变为富有对话的环境，而问题引导则成为一种有效的组织方式。一个经过精心设计的问题通常能够激发学生的兴趣，打开他们的思维之窗，从而提升课堂教学效果。因此，问题的出现时机、作用、预期效果及实现的具体目标都需要合理考虑。在无手机课堂环境中，如何提升所有学生的参与度、积极性，并实现课堂教学评价的全员覆盖成为本环节的重要问题。本研究拟采用第四代实时互动反馈系统Plickers 软件[7]，在学生没有智能移动终端的情况下，通过教师手机扫描学生手中的二维码专属卡片的形式进行互动，并得到实时反馈数据。通过反馈信息，教师可以全面了解学生的知识掌握情况和实验进度，使实验教学更有针对性。这种方法有助于节约实验背景、目的、原理等内容的讲解时间，有机地安排示范流程和辅导节奏，为学生提供更多的动手和思考机会。这样一来，学生将更主动地构建知识，深入处理信息，培养创造力，有效提高实验课堂的教学效果，解决了课堂教学空心化的难题。

1.3 课后巩固拓展环节

课后学生自主内化知识，完成实验报告，尤其需要注重回顾与反思，比如反馈个人认为实验中的易错点和期望的教学改进方向等信息。教师同步收集过程性评价结果和数据，充分利用这些数据信息对教学活动加以评价分析，可采用差异化、个性化手段进行精准干预，发掘学生潜能，促进学生的全面发展，鼓励学生优化改进实验方案，真正实现规模化教育与个性化培养的有机统一。建立多维度、多层次的评价标准，避免出现考核形式单一、评价不科学的问题。

2 微课在杨氏模量测量中的应用设计

2.1 学情分析

课程组首先调研了学生参与教改活动的意愿和对教改实施环节的具体期望。问卷的题目为实验型微课在大学物理实验教学中的应用，主要从学生喜欢什么类型的微课、学生对微课融入课堂的方法手段、学生参与教改的意愿三个方面进行调查，共有354 位学生参与了问卷调查。调查结果显示，学生最感兴趣的微课类型是实验的背景与意义部分介绍及实验数据处理方法的指导；愿意使用教师在课堂上提供的工具箱式微课；拥有较高的参与教改活动的意愿。所以，教师在设计微课应充分考虑学生的需求，需要侧重背景、目的与数据处理部分的微课设计与呈现。

2.2 引入式微课融于课前

本文设计“引入式”实验微课来实现学生的自主预习。对于杨氏模量实验，学生很可能会因为对地杨氏模量与光杠杆概念较为陌生而丧失学习兴趣。因此，本文设计制作《杨氏模量的“杨氏”是谁？》《杨氏模量有什么用？》《光杠杆是个什么杠杆？》等一系列介绍性微课，并将其整合到课前学习指南中，学生直接点击指南中的链接即可在线上完成学习。引入式微课可通过丰富的图片、视频和时下流行的网络用语介绍实验意义，突出知识要点，明确实验目标，激发学生的学习兴趣，使学生对实验教学有所期待，有利于启发学生的问题意识和探究意识，引导学生明确实验的应用价值与创新之处。教师在授课之前可以花较短的时间，通过Plickers提问来了解学生预习中存在的问题，针对性讲解共性问题，留出更多时间给学生自己动手操作，现场给予更多延伸和补充，从而实现较高层次的学习目标（比如应用和分析等）。经过课前的有效预习，学生在进入实验室时带着明确的目的性，能在课堂上就实验内容和现象与教师展开积极探讨和互动，大大提高了实验操作的趣味性和探索性。

2.3 工具箱式微课置于课中

传统的实验微课通常是以视频的方式简单再现实验操作过程，学生在实验过程中完全按照视频中演示的正确步骤去操作，没有机会动脑思考，对于实验课程要求的培养学生的动手能力、创新能力、科学素养等起到了非常大的阻碍作用。本文创新性地提出用工具箱式微课来引发学生的自主思考。比如，在拉伸法测金属丝杨氏模量的实验中，出于测量精度的考虑，对金属丝长度、金属丝直径、光杠杠常数和伸长量等物理量的测量需要使用不同的工具。教师可以对此提出问题“你如何选择合适的工具？只用一种工具能完成测量吗？”利用Plickers 引导学生在问题的牵引下进行互动讨论，并及时收集反馈信息。而这些工具和方法的使用方法可以分解成模块化知识录制成微课（比如《快速掌握螺旋测微计的使用》《手把手教你游标卡尺的读数》等）中，放在实验室的移动终端设备（如局域网的平板和笔记本电脑等）。学生在工具箱式微课的帮助下，自主分析、解决相关问题，实现个性化的教学目标。

2.4 反思类微课评于课后

根据问卷调查结果可知，学生普遍反映在课后实验处理阶段遇到了困难。因此，实验课后的微课应用设计应侧重于讲解数据处理的要求和原理。基于此，课程组设计《测量结果的不确定度——轻松应对大学物理实验数据处理难关》《10 分钟教你用EXCEL 计算不确定度》《如何用逐差法处理数据》等微课放在GVSUN上的云盘上，同样利用ShowDoc 平台，以网页推送的形式发给学生学习，帮助学生在课后自主复习巩固相关知识，杜绝数据处理“将错就错”的事情发生。另外，鼓励学生自行拍摄微课版实验报告，以视频的形式展示实验报告。学生也可以将个人认为的实验中的易错点和发现的实验小窍门等录制成微课发给教师，教师同步收集这些过程性数据并记录为形成性考核成绩。同时，教师可以鼓励学生优化改进实验方案并尝试制作实验教学微课，积极参加大学生物理实验创新设计竞赛等，让大学物理实验课程的考核评价更加多元化。

3 结语

本文以提升大学物理实验教学效果为目标，设计了一种基于微课的混合式教学模式。通过“杨氏模量的测量”案例，详细介绍了课前自主学习、课中深化训练和课后巩固拓展三个关键环节。采用引入式微课、工具箱式微课和反思类微课等创新方式，通过Plickers提高学生参与度，实现更具灵活性和多样性的教学。尽管初步结果表明新模式在激发学生兴趣、提高思维深度和改善实验课效果方面取得了积极成效，但也存在一些问题和挑战。因此，下一步将继续关注学生的个性化学习需求，优化微课设计，强化教学技能，更好地引导学生进入新型教学环境。