基于“MOOC”的大学物理实验网络教学系统建设研究*

杜锦丽，申继伟

（1.中国药科大学 理学院物理教研室，江苏 南京 211198；2.南京理工大学紫金学院 电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210046）

基于“MOOC”的大学物理实验网络教学系统建设研究*

杜锦丽1，申继伟2

（1.中国药科大学 理学院物理教研室，江苏 南京 211198；2.南京理工大学紫金学院 电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210046）

结合目前学生学习日趋信息化、网络化的特点，开展了大学物理实验的信息化教学改革。通过调研分析，搭建了以“基本实验为主，课题研究性实验为补充”；包含以“实验预习”、“实验操作”、“实验报告”三大板块为基本框架的“大学物理实验网络教学系统”。按照形成的“教学系统框架”制作了所需的所有文字、图片、电子教案、教学视频等数字化资源。并将网络教学系统与传统实验课堂教学相结合进行物理实验教学，发现学生学习的积极性和主动性明显提高，各个实验环节得到充分学习和训练，学生动手能力和基本实验素养明显提高。

物理实验；网络教学；数字资源

一、引言

随着信息技术的发展，“慕课”已成为教育领域讨论的焦点。“慕课”（MOOC，Massive open online courses），是新近涌现出来的一种大规模在线课程开发模式。[1]将“慕课”这种新型网络化教学模式引入到大学物理实验的教学中，搭建实验网络教学平台，是适应新时代学生学习特征的必然选择。[2-4]

物理学是一门以实验为基础的科学，实验不仅是形成物理概念和掌握物理规律的基础，更是培养学生动手能力和创新思维能力的关键，因而大学物理实验课程的教学效果对创新型人才的培养至关重要。

目前我校大学物理实验课程主要采用课堂教学为主的传统教学模式。由于传统实验教学受到实验课时有限，实验室、实验设备、实验教师等教学资源相对紧张等条件的限制，并且数字化教学资源匮乏，学生仅依靠课本进行预习，存在预习流于形式、实验中缺乏思考、自主学习和创新精神不足等问题，使实验教学效果非常有限，成为创新人才培养过程中最薄弱的环节之一。

为了改善实验教学数字化资源相对缺乏的状况，并切实提高学生学习的积极性和主动性，以便提高学生的动手能力和基本实验素养，我们开展了实验信息化教学改革。将“MOOC”这种新型网络化教学模式引入到大学物理实验的教学中，搭建实验网络教学系统，制作实验数字化教学资源。 我们把视频、动画、图片、图表、实物投影等有机结合起来，使教学内容丰富多彩、教学方法灵活多样。 激发学生对物理的学习兴趣，充分挖掘学生的学习潜力 ，网络教学还可以使学生对物理实验的学习在时间和空间上得到延伸，在内容上得到拓展和充分训练。网络实验教学必将成为传统课堂教学的重要补充和延伸。

搭建大学物理实验网络教学系统，有助于丰富我校物理实验教学的数字化教学资源，与传统的实验课堂教学相结合，给学生提供全方位、多角度、立体化的实验教学，从而提高学生的动手能力，培养学生的创新精神。

二、研究思路

首先，通过查阅资料及走访，调研现有高校大学物理实验网络教学系统的搭建及使用效果，分析其优点与不足，并结合我校学生专业特点，制定有中国药科大学特色的大学物理实验网络教学系统设计方案。

其次，根据设计方案，搭建实验教学网络平台，初步形成必修实验为主，仿真、课题实验为补充的基本框架，并细化各个功能模块。

再次，结合各模块的功能及特点，搜集大量相关资料，包括制作实验教案，实验仪器介绍、操作示范，实验原理讲解，实验重点、难点演示等相关的电子教案、图片，动画、教学视频等资料，另外，结合大学物理课程教学，设计一些能够生动、形象地反映物理现象、物理规律的仿真实验和课题性实验，制作相应的网络学习资料和教学视频，并将所有资料上传至网络平台的相应模块，完成网络教学系统的搭建。

最后，选择部分学生和教师（3～5个实验教学班级）对教学系统进行试用，认真听取他们对平台的评价和使用心得及反馈意见，优化平台的各个功能模块，完善整个大学物理实验网络教学系统，并在大学物理实验教学中进行推广和使用。

三、研究结果

1.教学系统基本结构

通过前期对南京大学、东南大学、上海交通大学、合肥工业大学等诸多高校的大学物理网络教学情况的调研和分析，并结合我校学生的知识储备及专业需求，制定出以“基本实验为主，课题研究性实验为补充”；包含“实验预习”、“实验操作”、“实验报告”三大板块的“大学物理实验网络教学系统的基本框架”，如图1所示。

图1 实验网络教学系统基本框架

2.数字化资源制作

通过前期对我校所开设的所有大学物理基本实验进行分析，结合学生学习掌握情况，选取了“光的干涉”和“示波器的使用”两个重要且典型的光学和电学实验，在课题性实验中，设计了《信号放大电路的设计和仿真》实验，对这几个实验，按照形成的“教学系统框架”制作了所需的所有文字、图片、电子教案、教学视频等数字资源。

在教学资源制作过程中，根据各板块的需求，选取了最好的呈现方式，例如“实验简介”、“预习检测”、“实验报告”主要以文字和图片的形式呈现；“实验原理”则主要以文字、图片构成的PPT和通过录屏教师讲解形成的教学视频呈现给学生；“仪器介绍”、“操作要点”和“数据测量”则主要通过对教师在实验室对照仪器讲解进行拍摄、录制和后期编辑形成的教学视频呈现，这几个实验共制作完成了9个教学视频，如表1所示，最终形成了全方位、多角度、立体化的大学物理实验网络教学资源。

表1 拍摄、制作的实验教学视频资源表

本研究的一个重要特色内容是实验教学视频的拍摄和制作。所有视频资源均为笔者在实验室独自用手机拍摄，在拍摄中克服了拍摄工具简陋、光源不足环境嘈杂等困难，通过大量剪辑制作、声音降噪处理，最终使视频结构完整、布局合理、画面清晰稳定地呈现出来。图2、图3为制作的教学视频截图。为考虑方便学生手机观看视频，视频格式均设置为MP4格式，每个视频时长控制在7分钟左右，视频大小约为40M左右。视频结构包括开头、引言、正文、结语。开头给出该视频讲解内容的标题，引言给出该部分理论知识，正文演示实验操作、数据测量方法，小结部分总结视频内容，思考部分提出问题留给学生思考。在视频内容设计上注重以下几个方面：①比较。②过程。③仿真与理论相结合。④画面精细，安排合理。⑤元素丰富，音频清晰。⑥在不影响观看的前提下，增加了一点人文元素和背景音乐。

图2 示波器的应用实验原理视频截图

图3 “光的干涉”实验数据测量方法视频截图

3.实践运用及效果评价

我们选取了2015级8个教学班级 （约250人）对该实验系统进行了试用。选取154048和154049两个班，在教学过程中一个班使用教学系统，而另外一个班未使用教学系统，对教学效果进行比较，如表2、图4、图5所示。课前，学生利用预习板块中的“微课”视频了解实验仪器，熟悉调节、使用方法，理解实验原理，这比单独依靠教材预习要形象、生动，学生产生了学习兴趣。设定10道预习检测题目，通过答题的正确率来反映预习效果，从表2以及图4和图5中可以看出，使用系统后，答题正确率显著提高，预习效果显著增强。课堂上，教师通过视频演示实验过程，保证了所有学生都可以全方位、多角度地看清教师的操作，通过完成实验内容以及数据测量正确率来反映课堂教学效率，从表2以及图4和图5中可以看出，使用系统后，完成实验内容时间明显缩短，数据测量正确率也得到提高，可见，使用系统后，实验课堂教学效率得到了提高。课后，学生通过系统对实验进行思考、回顾、总结，并撰写实验报告。我们在整个实验教学过程中对该实验系统进行了运用，收效明显。

表2 使用和未使用教学系统效果比较表

图5 “光的干涉”实验使用和未使用系统效果比较

使用该系统后，学生认为通过“微课”视频喜闻乐见的形式，预习实验变得轻松、易懂，教师认为，通过微视频演示实验变得清晰、明了。总之，通过试用，我们发现将网络教学系统与传统实验课堂教学相结合进行物理实验教学，将学生对物理实验的学习在时间和空间上得到延伸，在实验的各个环节得到充分训练，在实验内容上得到拓展，学生学习的积极性和主动性有所提高，实验教学效果明显增强，学生动手能力有所提高。

四、结语

通过对大学物理实验网络教学系统的建设进行探索和教学实践，我们发现建设该系统的核心是制作高质量的数字化教学资源，这也是决定网络教学系统是否能够受到学生青睐并有效使用的关键因素。这就要求我们教师一方面要对大学物理实验课程的知识点进行梳理、剖析、分解；另一方面，要不断学习信息化技术，掌握拍摄和制作微课视频的方法和技巧，制作出更多主题突出、精心设计、短小精悍的微课，以便学生真正可以通过教学系统的使用提高实验学习效率。

[1]焦炜.MOOCs背景下我国高等教育教学模式的变革与创新[J].电化教育研究,2014(4):83-86.

[2]杨强,金贞姬.构建我校大学物理虚拟实验网络教学平台的研究[J].长春大学学报,2007(8):87-88.

[3]倪燕茹.基于网络教学平台的大学物理课程建设的必要性[J].科技创新导报,2015(32):213-214.

[4]毕会英,刘贺平,徐义爽,蔡桂双,张欣.《大学物理实验》课程建设的实践和研究[J].物理通报,2016(7):77-81.

G434

B

1673-8454（2017）19-0094-03

本文系2016江苏省高校哲学社会科学研究项目“基于微课资源下移动学习的研究与实践”（编号：2016SJD880192）的研究成果。

（编辑：王天鹏）