物理实验课程M—learning教学平台的设计与教学应用

马现超++方恺++马宁生++倪晨

摘 要：在移动互联网快速发展、无线通信技术和智能移动设备迅速普及的背景下，本文通过对智能手机应用软件（Mobile App）的开发与实践，探究了在高等院校教学对传统课堂教学改革创新的新模式，以具有在线学习和测试功能教学应用软件为媒介，进行移动学习（M-learning）教学平台的开发，并实现其教学应用。同时，结合当前高等院校中学生普遍的移动学习倾向和大学本科物理实验的课堂教学模式，建设大学物理移动学习平台，成为移动端教学应用软件开发以及基于移动端的物理实验教学的一次教学创新实践探索。

关键词：移动学习（M-learning）；Mobile App；物理实验教学；智能手机

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2017）03-0085-04

一、引言

随着移动互联网的发展、无线通信技术和移动新技术的不断出现，智能手机中的应用软件发展迅速，其中在娱乐、通讯、游戏、教育等方面的应用软件在各大手机应用市场不断涌现，也在生活中的各个领域中扮演不可或缺的角色。信息技术对教育发展具有革命性的影响，高等教育信息化是促进高等教育改革创新和提高质量的有效途径，也是教育信息化发展的创新前沿。[1]传统的课堂教学方式在学习者学习习惯逐步变化的背景之下进行了一系列的改革实践，其中MOOC、翻转课堂、混合学习等教学模式成为创新教学新实践。[2-4]在教学方式改革方面，移动智能设备的应用在教学中的地位日渐凸显，基于移动互联网的应用程序（Web App）、Mobile App等教学实践也得到一定的实践发展。智能手机作为教学平台在现代高等院校课堂教学中的应用尤为重要，在各大应用市场上，教育类应用软件也正迅速增长。相关的在线教育网站如中国大学MOOC，MOOC学院等都开发有相应的移动客户端应用软件供用户使用。

当前，移动端应用开发技术发展到了一定阶段，Mobile App在开发之时可以获得足够的技术开发支持。本文旨在利用Mobile App辅助高等院校中的物理实验课程教学，提高实验教学效率和教学质量。其中，教学平台的开发技术是以在移动端展示的Html5开发技术为基础、以WordPress为内容管理系统平台，结合Android和IOS应用程序客户端开发技术，为同济大学本科物理实验教学开发出具有在线微课程学习和在线测试功能的客户端应用程序。

二、移动端教学应用的研究背景

计算机和网络技术的发展对教育领域的发展起到了巨大的推进作用，建成了各种用于实现E-learning功能的计算机应用平台，包括智能教学系统（ITS），远程学习系统（DLS）、虚拟实验室和计算机自适应测试（CAT）系统等，使教育方法和教学评价方法更加灵活多样。[5]

近年来，智能手机的逐步普及和移动互联网技术的快速发展，为将手机APP应用于高校教学的信息化建设提供了良好的技术基础。[6]搭载Android操作系统和IOS操作系统的智能手机、平板电脑等智能移动设备在高等院校学生中的使用已有很高普及率，并且学生的日常学习生活已经变得和这些智能移动设备密不可分。如何充分利用智能移动设备并且实现与教学活动之间的资源整合，将学习资源更方便快捷地传递给学生已然成为当前教学工作者研究的重点内容。移动学习自出现以来就成为教育研究者研究的热点，也成为了近年来学生获取学习资源的一种重要途径。

近年来，基于微信客户端软件、Web App等形式的移动学习的教学模式尤为引人关注，也得到了很多应用。基于微信客户端软件通常使用微信公众账号将教学资源以推送的形式发送给学生，学生在加公众号关注之后就可以接收到教学资源。[7，8]

当前，客户端应用软件成为移动端应用的主力。区别于传统的课堂教学活动中，学生离开课程之后获取教学资源受到一定局限性的情况，手机终端的优势在于具备可以随身携带、不受时间空间限制以及可以实时查询信息的特点，移动应用软件的出现可以使学生更加快捷地获得教学资源。[9-11]因此，基于移动学习支持平台的设计与开发具备扎实的理论指导，具有技术可行性，在教育领域具有一定的现实意义。[12]

三、基于Hybrid App技术的移动端教学平台开发

目前，在移动端应用程序形式最常见的是基于移动互联网的应用程序（Web App）和本地化应用程序（Native App），其中Web App指的是使用Html5技术开发、在移动端运行的应用程序。此类应用程序可以通过扫描二维码和使用链接等形式访问，具有不用下载就可以使用并且适用多种操作系统、多种不同型号设备的智能手机或平板电脑。Native App是通过应用市场下载到手机并安装到本地的应用软件，其访问形式是通过在移动端点击应用的形式进行访问。为了更加节省开发成本、提高开发效率，混合模式移动应用（Hybrid App）随科技的发展进步和开发需要应运而生。Hybrid App是运行在客户端，使用体验类似于Native App，并通過安装到本地的形式来访问Web App。

本项物理实验教学中引入移动端教学软件是针对学生对物理实验知识的学习进行引导，需求是一个具有在线测试功能的移动端应用程序。然而，在线测试系统的建设往往是一个比较复杂的过程，其考虑设计的要素繁多，且耗费时间较长。本文通过使用开源应用系统WordPress以及其插件的形式搭建应用环境，并且通过二次开发使应用更加符合教学应用的需求。

在开发之初，结合应用软件以及物理实验教学的特点，我们进行了教学设计和教学模式的研究。移动端应用软件需要一个后台管理系统作为移动端数据传输的管理，但是借助于开源系统使开发变得更加简单快捷，所采用的WordPress是一种使用PHP语言开发的内容管理系统（CMS），是比较类似于博客的开源平台，其众多的插件可以为用户快速实现多种功能。WordPress的出现改变了网站建设的传统概念与方式。使网站开发更加方便快捷并在此基础上也变得更加智能化与人性化。[13]它的主题，也就是显示层现在可以在移动端使用，并且能适配多种屏幕尺寸的机型。对WordPress和其插件WP PRO QUIZ进行二次开发这样后台管理系统就可以实现数据管理功能，生成的HTML5页面是Web App的形式在移动端展示。并且分别利用Android和IOS操作系统应用软件开发工具中WebView开发组件访问到Web App即可开发出在移动端本地运行的应用软件。图1呈现了整个应用的设计开发和应用流程。

首先搭建的是WordPress CMS运行环境，并安装好具有在线测试功能的插件。在显示WordPress主题上我们选择Html5技术开发运行在移动端的主题形式。当普通用户访问网站时，响应的页面是以Web App的形式。移动端App的应用形式实际是一个WebView将Web App呈现，开发也相对比较简单，通过Android开发软件Android Studio，利用其中的WebView组件即可实现。IOS操作系统同样可以使用Xcode开发软件，利用WebView的组件进行开发。对于物理实验课程的M-learning教学平台的使用可以分为三部分，包括试题和试卷的设计与输入、学生在移动端进行答题、将答题结果统计分析反馈给学生和教师。在得到学生的测试结果之后，教师通过反馈结果对试题和试卷进行重新设计和输入，以便得到更好的应用效果。

四、基于M-learning教学平台的物理实验课程教学设计

基于移动端的教学平台发展迅速，手机应用类教学软件在各大应用市场增长迅猛。在当前背景下使用互联网进行教学基础在于：①移动互联网教育有坚实的硬件资源支撑。②充分满足“碎片化”学习需求。③形成教与学的闭合循环。[14]在高等教学确立了“以学生为主体”的教学观念之后，教育研究者必须对学习者进行分析以引导学生更加高效学习。然而，目前的现状是高等院校学生呈现对智能手机高度依赖，而学习资源在手机端又较为有限。

同时，移动互联网环境下高校课堂教学面临着诸多挑战：①加大了高校教师课堂教学管理的难度。②加大了高校教师实现教学目标、完成教学任务的难度。③高校教师获取学生认同的难度加大。[15]因此，高等院校教学中对于传统教学方式的改革在当前环境下是势在必行的。

根据自身应用软件系统的设计特点并结合物理实验教学，我们将在线测试应用在物理实验教学中学生进行实验相关知识预习的环节，即在学生进入实验室操作本次实验之前，我们将与实验相关的试题输入到在线测试当中，并且规定学生在一定的时间内完成测验才能进行实验操作。

基于M-learning教学平台的物理实验课程中一个物理实验项目的教学主要包括五个教学环节：

（1）实验理论课学习，主要讲解与该实验项目相关的物理原理、实验内容、仪器操作和数据处理等，由实验课程任课教师以传统大班授课的方式进行讲授。

（2）学生预习主要包括阅读实验教材、学习实验中心网站提供的讲义、通过物理实验课程的M-learning教学平台观看实验微课程视频、完成实验项目的预习报告等。本项内容由学生在做实验之前于课外完成。实验预习报告将于下次上课时提交，并由教师记录完成情况。

（3）完成实验在线测试：其试题内容均与实验操作相关，可以通过对学生实验知识的考查进而强化认识和理解，往常在实验操作时学生容易出现的操作错误和忽略的实验操作细节知识。学生在安装好应用软件之后就可以进行查找实验知识的在线测试和学习。测试的结果也将会在学生答题提交之后反馈给学生，学生答题之前测验的目标和之后反馈界面Android操作系统的应用截图如图2和图3所示。在图3中，学生进行答题之后可以看到自己在答题时所用时间和所得分数。此外，每一题的答题情况也能得到反馈，其中粉红色标记的试题为学生选择的错误答案，绿色为正确答案。如果学生对自己答题的情况不满意或者未通过相应的合格标准可以进行多次测验，这样可以强化学生记忆和理解错误的试题以免在实验室进行物理实验操作时出现同样或类似的错误。

（4）学生完成实验操作与测量，计算和分析实验结果，获得实验结论，并提交实验报告。在课余时间，如果学生有疑问，则可以通过物理实验课程的M-learning教学平台与教师交流。

（5）教师评阅学生的实验报告，并综合学生的预习报告、物理实验课程的M-learning教学平台上预习测试题完成情况、实验测量记录和实验报告等进行评分。

五、总结

随着科技发展对人们生活的影响越来越深入，在高等院校进行改革的同时要紧密结合学生的学习生活习惯，使教学紧跟时代发展。在当前软件开发技术开源的大环境下，充分利用开源系统可以快速开发出适合教学需求的应用系统和客户端应用软件，并且将其应用到实际教学活动当中。移动端教学平台的搭建和使用充分利用了当前移动通信和开发技术，提高了教学效率。此外，移动客户端应用软件可以在2G、3G和4G等网络信号或WIFI环境下学习使用，发挥了移动学习的优势。当前高等院校对传统课堂教学方式的改革实践处于逐步探索中，移动端教学平台与物理实验教学的资源融合不仅能加强学生学习物理实验知识的理解，也能避免学生在实验操作时可预见的错误操作。物理实验课程的移动学习教学平台的开发与应用为物理实验教学在改革发展中提供了创新教学设计与经验。

参考文献：

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（编辑：王天鹏）