基于慕课模式的近代物理实验教学

李景奎,王若颖,戚大伟

(东北林业大学 理学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

近代物理实验是物理类专业高年级学生的一门重要基础课，它所涉及的知识面广，综合性强，包含物理、电子、计算机技术等学科的专业知识以及多学科交叉渗透的领域，具有难度大、时间长、内容前沿等特点，学生很难在有限的课堂时间完成实验内容，传统的近代物理实验教学存在一些问题[1-4]. 慕课( Massive open online courses，MOOC) 即大规模网络开放课程，相对于传统教学具有课程视频时间较短，不受学习的时间和空间的限制，学生根据需要自行安排学习内容等优点[5-7]. 笔者尝试在传统近代物理实验教学模式下，将慕课模式引入近代物理实验教学中，以物理学2014-2班为试点，进行慕课模式的近代物理实验教学探索与实践. 把慕课模式视频学习与传统模式的课堂教学相结合，使学生能够自行选择学习时间和学习地点，不受传统课堂的时间和地点限制，打破传统单一化的教学方式，提高近代物理实验课堂教学效果和学生的学习兴趣，培养学生的动手能力和创新意识.

1 网络教学平台是慕课的技术保障

东北林业大学网络教学平台(超星慕课平台)已经建立，对在线课程建设规范、课程管理、项目立项、经费支出等进行了规范化管理，并打造具有学校特色、展现学校水平和实力的精品在线开放课程；计划“十三五”期间自主建设20门左右的慕课，1 000门左右的在线课程. 可以说“网络教学平台”为近代物理实验在线课程建设和学生进行课程的慕课视频、教学内容课件、课后作业等相关内容的查看和学习提供了有力保障.

2 近代物理实验慕课视频制作及在线课程建设流程

为了更好让学生理解近代物理实验内容，使预习、复习与课堂内实验操作紧密结合，将慕课的教学形式融入近代物理实验课程. 目前近代物理实验教学团队完成了34个视频点和14个实验理论PPT的制作工作，努力做到图文并茂，简单易懂，近代物理实验的在线课程制作流程如图1所示，具体步骤为：

1)首先进行近代物理实验项目调研工作，准备超声光栅、塞曼效应、椭圆偏振光等实验的理论内容，制作实验理论教学的PPT.

2)进行在线课程设计，将实验背景、目的、原理、仪器、内容、步骤和注意事项等知识点合理切分，见表1，以超声光栅实验为例，给出了该实验的课程设计方案，并设计相应的思考题和在线互动环节，使学生能够课后复习和知识拓展.

图1 近代物理实验的在线课程制作流程图

视频知识点制作说明视频时间/min1.实验目的图片、PPT视频讲解0.62.实验仪器仪器图片及视频讲解1.63.超声光栅实验原理主要原理图片、PPT视频讲解0.33.1 超声波的产生超声波产生PPT视频讲解0.93.2 超声光栅原理液体光栅形成原理PPT视频讲解2.33.3 利用超声光栅测声速原理超声光栅测声速原理PPT视频讲解1.84.实验内容和步骤主要实验内容步骤PPT视频讲解0.44.1 分光计的调整步骤分光计调节内容及步骤图片、PPT视频讲解5.24.2 超声光栅实验的其他步骤图片、PPT视频讲解2.35.实验注意事项图片、PPT视频讲解0.76.思考题实验思考题PPT07.指导书实验指导书及PPT0

3)将实验目的、实验原理、实验仪器等小知识点进行慕课视频制作，图2为超声光栅实验仪器介绍的慕课视频截图，每个小视频中主题突出，内容具体完整，时间为20 s～10 min.

4)将相应实验教学知识点的PPT和慕课视频等资料上传至东北林业大学网络教学平台(超星慕课平台)和实验室计算机(https://mooc1.chaoxing.com/course/91374347.html).

5)将开课班级加入在线课程班级，学生就可以根据自己学号和密码进行在线课程学习.

图2 超声光栅实验仪器介绍的慕课视频截图

3 近代物理实验在线课程学习情况

3.1 慕课视频访问参量统计情况

当前近代物理实验慕课视频访问量已经超过35 000次. 以物理2014-2班为例，该班20名学生在近代物理实验开课10天内(10月17日-10月26日)慕课视频访问参量统计情况如图3所示，图3(a)反映了慕课视频的访问量统计情况，可以看出：每天都有学生访问学习，但访问次数参差不齐，最多1天达到278次，最少1天也超过10次，平均每天访问次数超过100次；学生选择观看客户端的方式如图2(b)所示，可见，通过电脑观看慕课视频仍然占多数；具体线上学习时段统计情况如图3(c)所示，学生线上学习时间不固定，12～16点和20～24点是线上学习的2个高峰时间段，其他时间也在观看，甚至00～04点也有学生在线上学习. 可见，课前学生是利用“碎片化”的时间，根据自己的情况，随时随地观看慕课视频. 具体的观看时长统计情况如图3(d)所示，平均观看视频时间为78.8 min，观看最长的时间146.2 min，说明学生是根据自己对视频知识点的掌握情况进行学习，学习时间长短不同.

(a) 访问次数统计图

(b) 客户端访问情况统计图

(c) 线上学习时段统计图

(d) 观看时长统计图图3 物理2014-2班慕课视频访问参量统计图

3.2 在线课程成绩权重设置及综合成绩

在线课程学习总成绩设置为百分制，成绩权重设置为：课程视频占50%，访问阅读完成占

30%，课程讨论占10%和思考题作业占10%. 需要完成34个视频知识点，能拿到慕课视频这部分分数；需要完成PPT阅读和指导书阅读，并超过20次的登录次数，拿到访问阅读这部分分数；思考题作业分数需要在完成实验之后完成在线作业，教师根据完成情况进行线上批改，最后给出相应成绩；课程讨论分数获得需要对课程和相关知识点进行评价和讨论. 物理2014-2班在线课程学习成绩统计表见表2，其中90～100分为13人，80～90分为5人，70～80分为1人 ，60～70分，为1人.

表2 物理2014-2班在线课程学习成绩统计表

3.3 在线课程各环节执行情况

慕课视频任务点、课题讨论、作业和理论PPT访问阅读等环节执行情况见表3，可见，大部分学生在课前进行了网上在线预习，几乎都完成了在线视频和在线阅读，课堂上教师和学生都能比较轻松地完成实验内容，课后也能很好的完成了思考题的作业，只是很多学生对课程评价讨论不是特别关心.

表3 在线课程各环节执行情况统计表

4 结束语

将慕课模式引入近代物理实验教学中，把慕课模式的学习与传统模式的课堂教学相结合，成为课堂教学的有效补充. 从在线课程学习成绩和各环节完成情况来看，学生完全能够接受这种全新的学习模式，学生能够利用“碎片化”的时间，根据自己的情况，随时随地观看慕课视频，学生在课前正常预习的同时，直观地了解实验仪器及内容，掌握实验要领，特别是通过观看仪器视频介绍可以直观地了解仪器的构造细节、工作原理、调整方法等. 慕课视频方便了学生在课前预习和课后复习,教师和学生都能比较轻松地完成课堂上的实验内容，提高了近代物理实验的教学效果. 当前，慕课模式的近代物理实验教学处于探索与起步阶段，相信随着慕课模式的近代物理实验教学不断完善，能够打破传统单一化教学方式，提高近代物理实验课堂教学效果和学生的学习兴趣，有利于培养学生的动手能力和创新意识[8].