微课作为大学物理辅助教学手段的可行性方案探索

张海娟

(上海第二工业大学数理与统计学院 上海 201209)

大学物理课程是理工科大学生非常重要的一门公共基础必修课。该课程一方面为学生大学期间其他理工类课程的学习奠定必要的物理学基础，另一方面也在学生科学的世界观和方法论的树立，分析、解决问题能力的提升，探索精神、创新意识等核心素养的培养方面，发挥着其他课程所不能替代的关键作用。目前，大学物理课程的教学仍存在一些问题，导致学生学习热情和积极主动性不够。本文依据微课时间短、内容少、主题突出、针对性强等特点，针对目前大学物理教学中存在的问题，探索将微课作为辅助手段，应用于大学物理教学的可行性方案，以提高学生的学习积极性、主动性，使大学物理教学在大学生培养中的作用能得到更加充分的发挥。

1 大学物理教学现状与问题分析

作为理工类专业的一门基础必修课程，大学物理在培养学生的科学素养、逻辑思维能力、科学研究能力，增强学生分析问题、解决问题的能力等方面具有关键且不可替代的作用。当前，该课程的教学还存在以下突出问题。

1.1 课程内容逻辑性强但相对枯燥

物理学科作为一门严谨的理论学科，其中，物理规律的发现、理论的建立，甚至公式的推导，均为逻辑严密的系统工程，在培养学生基本科学素质方面起着非常重要的基础建设作用。在当前物理教学的过程中，尽管可以实现在一次完整课程中将某基本概念或规律讲授完，然而课程中需要进行大量的初探式推导与求证，部分学生难免会产生枯燥的情绪，很难保持全程一致式的高度注意力[1]。有研究表明：普通人“注意力模式”仅维持10 min左右，而物理学科的固有特点是需要强调前后逻辑的连贯性。如果学生没有掌握某个重要节点，会导致剩余内容难以延续。

1.2 学习过程中遇到问题不能及时充分地解决

在大学物理教与学的整个过程中，一般由以下3个环节组成：学生的课前预习、教师的课堂讲解和学生的课后练习。其中，学生课后练习环节中，教师的辅导与答疑不仅是大学物理课堂教学的拓展与延伸，也是解决学生学习问题的有效途径和学生学习链条的有效补充，对于学生学习知识的有效获取具有非常重要的作用。目前，大学物理课程的答疑主要通过以下两种方式来进行：（1）学生在课间或课后提出疑问，教师解答；（2）学生完成并提交课后作业，教师批注与纠正对所学知识理解的错误。这种面对面的答疑方式，有利于促进师生间的交流与互动，使教师能够很大程度上了解学生的学习情况。但是，以上方式也存在明显的不足。例如：课间答疑时间过短，教师只能针对某个具体的问题进行解答，而没有充足的时间全面展开，答疑效果受到很大限制；而课后答疑的方式，通常为组织教师在指定时间到指定地点进行答疑，空间和时间约束性较强，学生的答疑需求可能因为时间冲突或者学生个人性格等诸多因素而不能被满足[2]。

1.3 教学进度相对统一，不能满足学生个性化学习需求

在大学物理教学设计中，每学期、每节课的教学内容和教学进度都相对固定，教师讲授进度也相对统一。随着高考政策的改革，全国各地对选考和学考内容的要求并不统一，所以不同生源地学生的基础知识储备可能存在很大差异，造成学生对于同一个知识点的接受程度出现较大差异。例如：对于机械振动和机械波，有些省份高考要求较为深入，而有些省份要求则较为浅显甚至完全不做要求。而由于教师讲授时需要面对全体学生，不可能照顾到每一位学生的学情。统一的教学内容和进度，一方面可能使学优生无法满足知识拓展的需求，另一方面可能导致基础知识储备较少的学生跟不上教学进度而变成学困生，从而使学生对课程的学习失去了兴趣。

2 微课作为大学物理教学辅助教学手段的探讨

2.1 微课的含义

微课是微课程（Micro Lecture）的简称，在2008 年秋由美国新墨西哥州圣胡安学院的高级教学设计师戴维·彭罗斯（David Penrose）首次提出，原意是指教学时间相对较短的课，后经国内外学者不断实践创新，微课的概念和内涵也得到进一步丰富和发展。国内微课创始人胡铁生教授对微课的定义为：微课又名“微课程”，是“微型视频网络课程”的简称，是以微型教学视频为主要载体，针对某个学科知识点（如重点、难点、疑点、考点等）或教学环节（如学习活动、主题、实验、任务等）而设计开发的一种情景化、支持多种学习方式的在线视频课程资源[3]。

2.2 微课的特点与优势

微课的特点和优势可以概括为3 个方面：教学时间短；主题突出，教学内容针对性强；资源容量小，传播方式灵活[4]。

2.2.1 教学时间短

有研究表明：普通人“注意力模式”仅维持在10 min左右。因此，微课的时间长度一般设置为5～10 min。而传统的一节课时间长度一般为40～45 min。相较而言，微课的时间大大缩短，使学生可以在注意力最为集中的状态下观看，对知识点的学习效果大大提高。

2.2.2 主题突出，教学内容针对性强

微课的内容含量少且单纯，因此主题非常突出。在教学目标的引导下针对教学中的重点、难点或较复杂的问题进行聚焦，从而设计微课内容，可以使学生对知识点的把握更加清晰。

2.2.3 资源容量小，传播方式灵活

微课教学内容精练，因此资源容量较小，一般为几十兆，便于发布和传播。此外，微课视频可以制作成rm、wmv、flv 等多种格式，支持多种播放途径。学生可流畅地在线观摩，也可灵活方便地将其下载保存到终端设备（如笔记本电脑、手机、MP4 等）上，在合适的时间地点自主学习、复习，还可以重复播放，打破了时间和空间的限制。如此，学生的学习方式更加多样化，时间可以得到更加充分的利用。

2.3 微课在大学物理教学的应用探索

2.3.1 将微课应用于关键节点式信息的预习，协助维持课堂教学逻辑的连贯性

大学物理中有很多不容易理解的、抽象的概念、原理、定理和定律等。在课堂教学过程中，由于学生保持的注意力和记忆力时间有限，很容易错失关键节点式信息。而物理学科的学习强调前后逻辑的连贯性，如果学生没有掌握某个重要节点，将会导致剩余内容难以延续。对此，运用微课帮助学生有针对性地进行提前预习，使学生对具体的关键知识点进行提前了解和掌握，在正式的课堂教授时，学生将更容易保持思维的连贯性，从而充分理解课堂上讲授内容。以法拉第电磁感应定律为例，此定律由3 个经典的实验来引出，3个实验层层递进，具有很强的逻辑关系，是使学生感受物理学推理过程中“实验—设想—再实验—总结”的逻辑美，培养学生“真理来源于实践”的典型案例[5]。然而，3个实验涉及V→、B→、l→之间的方位关系，比较抽象，如果学生对单个实验理解不清楚，将直接影响学生对后续法拉第电磁感应定律的理解。这时，教师可以将3个经典实验制作成微课供学生提前学习，借助形象的动画，化抽象为具体，学生看完之后理解了3个经典实验以及它们之间的逻辑关系，在课堂学习时就能快速掌握法拉第电磁感应定律。

2.3.2 将微课应用于大学物理课后辅导与答疑，提高师生的时间利用率

目前，一所大学往往有几个校区，且相隔较远。大多情况下，教师此校区办公，而上课却需要到彼校区，上课前几分钟才到教室，下课后离开，师生分离状态明显，这就造成了面对面辅导答疑非常受限。为了满足学生的答疑需求，很多学校实行集中答疑的制度[5]，每学期组织和安排任课教师轮流值班，在统一规定的答疑时间到指定地点为学生进行答疑。当学生在学习中遇到问题时，可以在固定的答疑地点找到教师进行解答。但是，该答疑方式不够灵活，若学生发现问题了只能等到固定的答疑时间才能得到解答，容易磨灭学生的学习热情。此外，答疑资源和需求不匹配。例如：在每学期教学前期，前来答疑的学生往往很少，甚至出现没有学生前来答疑而教师空等一下午的情况，造成资源和人力的浪费；而临近期中或期末考试，具有答疑需求的学生人数则会激增，而此时教师资源有限，答疑需求不能够充分被满足。

针对此问题，教师可以将学生遇到比较集中的例题、课后题等问题制作成微课，在课后发布给学生，方便学生随时随地学习查阅，一方面弥补了师资力量的不足，另一方面也提高了答疑的时效性，有助于学生保持学习热情[6]。

2.3.3 将微课应用于物理学科知识的补充和拓展

大学物理的教学，不应仅限于经典物理学知识的传授，更重要的是引导学生通过学习与思考，将这些经典知识进行灵活运用，从而去理解和解决生活、工作甚至科学研究中的现象与问题。大学物理教学承担着开阔学生的科学视野、培养学生的科学素养的任务。在实际的课堂教学中，限于课时和教学大纲的要求，往往没有足够的时间对经典知识进行拓展，大大限制了大学物理课程作用的发挥，微课可以使这一方面的需求在一定程度上得以满足。教师可以把某些有意义的日常生产生活中与课堂知识相关内容、物理学史的内容、科技前沿内容等制作成微课，作为课堂知识的拓展发放给学生；同时，设置不同层次的问题，供不同学习程度的学生思考。一方面开阔学生的视野，另一方面也可以满足不同层次学生学习的需求[7]。例如：可以将我国传统文化中“龙洗盆”的现象（当双手心沾水并放在两盆耳上快速摩擦时，盆中的水会溅起水花）制作成微课，在讲解了共振和驻波的相关知识后，让学生观看微课视频，并运用所学知识尝试对此现象进行理解和解释。这可以在一定程度上激发学生对新奇现象的好奇心和探索欲，引发学生思考，同时也可以加深学生对我国传统文化的了解，增强了学生的文化自信[8]。

3 微课辅助大学物理教学的应用举例

在制作微课时，要清楚微课是为了满足学生的学习需求而制作，必须以学生为中心[9]。首先，要注意并不是所有的内容都适合用来制作微课，而应该从学生角度出发，选择教学当中的重、难点作为微课的主题。其次，微课是一个完整的教学结构，导入、授课、互动、结束等环节都需要进行设计，使微课视频结构紧凑有趣，层层吸引，环环相扣。最后，微课程发布后，教师要对学生微课程的学习情况进行管理，并且根据反馈适当对微课程内容进行调整优化[10]。下文将以“刚体力学基础”一章的课前预习为主题，来具体展开一个微课辅助大学物理教学的实例。

3.1 主题选择

刚体是指经外力作用后，体积和形状都不会发生明显变化的物体。刚体动力学是一般力学的一个分支，研究刚体在外力作用下的运动规律，是计算机器部件的运动，舰船、飞机、火箭等航行器的运动以及天体姿态运动的力学基础。

本科阶段所学习的刚体力学相关内容，是在一般力学中质点运动学、质点动力学、动能、势能、角动量、动（能）量守恒定律、等概念与知识点的基础之上，拓展出的描述刚体运动规律的力矩、转动定律、转动惯量、角动量、角动量守恒定律、刚体绕定轴转动的动能定理、经典力学的成就和局限性等一系列重要知识点。由于学生在中学阶段主要用到一般力学的知识，并且已经形成了某些固定的思维模式，而对刚体力学的相关概念完全是没有接触过。因此，在遇到刚体的定轴转动定律、角动量定理和角动量守恒定律等需要打破原有思维模式的新模型、新概念、新定律时，学生会感觉到生疏和难以接受。如果教师直接对刚体模型进行课堂讲解，容易使学生感觉“雾里看花”，从而减弱学习兴趣。因此，将微课应用于刚体力学的课前预习，利用动画效果来展示和强调不同种类刚体运动的区别和联系，帮学生提前建立一个具体的印象，不失为一种好的教学策略。

3.2 微课程设计

3.2.1 教学课题

刚体力学基础课前预习。

3.2.2 教学目标

（1）知识技能培养：①建立刚体模型，了解刚体平动和转动的特点；②理解力矩、转动惯量的概念；③初步了解刚体转动的角量描述。

（2）思维能力培养：①运用动画展示、实例分析等方式，对刚体模型进行展示，抽象总结出刚体的概念与刚体定轴转动的特点，学习物理模型建立的方法；②对刚体定轴转动的特点进行分析，并与质点运动学中质点的运动特点进行类比，思考引入角量描述的必要性。

（3）情感态度培养：①探索生活中刚体定轴转动的实例并分析其特点，体会物理学知识在生活中的巨大作用，激发学习物理的兴趣；②通过探寻、思考生活中的刚体模型，培养学生细致观察、认真分析、发现问题、解决问题的能力。

3.2.3 教学重点难点

刚体模型的建立、刚体运动规律的描述。

3.2.4 教学设计思路

以日常生活中的动画实例为线索，通过感官刺激，化抽象思维为形象思维；引导学生进行思考、讨论，学习运用“建模”“类比”等物理方法对概念和规律进行总结归纳；尝试运用总结出的物理规律分析实际问题。

3.2.5 教学流程图

图1 为教学流程图，图1 中4 个动画分别设计为：（1）火车在直线轨道上行驶；（2）旋转的陀螺；（3）在线绳上滚动的空竹；（4）摩天轮。

图1 教学流程图

3.2.6 微视频制作

视频内容设计为4 个环节：（1）观看动画，导入刚体概念（1 min）；（2）思考并总结刚体两种基本运动形式的特点（3 min）；（3）总结异同，思考定轴转动的描述方式（2 min）；（4）探索刚体模型在生活中的应用实例（1 min）。

视频制作采取动画制作与视频拍摄、剪辑相结合的方式。

3.3 微课程的发布、考评与反馈

微课程的发布、管理和使用可以通过超星学习通教学平台进行。首先，教师在学习通创建课程；其次，上传微课视频，将视频设置成任务点，并把微课观看情况作为平时成绩的一部分，督促学生在课前12 h 内观看，并思考相关问题；同时，教师也可以通过统计功能查看每位学生的学习情况，以便更有针对性地开展教学活动，提高教学效果；最后，组织学生对微课学习效果进行反馈，并据此对微课内容进行修改、调整和优化，对微课资源的质量进行提升，最终实现微课辅助大学物理教学的目标。

4 结语

微课程具有课程时间短、包含内容少、主题突出、针对性强、学习形式灵活多样等特点。通过对微课内容进行合理设计，不仅可以让学生提前对关键节点式信息进行提前学习，使知识点的逻辑性和连贯性得到有效保持，使课堂教学效果得到提升；而且可以对课堂知识进行拓展和补充，开阔学生的科学视野，满足学生个性化学习的需求，激发学生的学习兴趣。因此，将微课用于辅助大学物理教学，将有望改善大学物理教学的现状，提高教学质量。然而，微课融入大学物理教学的具体方式，以及如何实现微课与课堂教学的有效结合，仍然值得广大教师积极探索与实践。