基于共享網絡空間的物理演示實驗教學平臺

李 海 寶

(黑龍江科技大學 理學院, 黑龍江 哈爾濱 150022)

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基于共享網絡空間的物理演示實驗教學平臺

李 海 寶

(黑龍江科技大學 理學院, 黑龍江 哈爾濱 150022)

基于教育信息化背景，利用網絡服務運營商提供免費和共享信息技術服務的客觀條件，提出了一種全新的物理演示實驗利用方案。這一方案通過創建基于共享網絡空間的物理演示實驗教學平臺，一方面有助于解決傳統物理演示實驗使用過程中所遇到的時域和地域受限問題；另一方面有助于推進傳統演示實驗與信息技術相融合問題，適應數字化時代，學生微課化、碎片化學習行為的需要。通過創建基于“360 Cloud+ Faisco”的演示實驗網絡教學平臺的等具體措施，對這一方案進行教學實踐，為翻轉課堂模式下物理演示實驗的利用，提供借鑒參考。

大學物理； 演示實驗； 教育信息化； 共享網絡空間； 翻轉課堂

0 引 言

物理演示實驗一直是大學物理課程教學中，最受歡迎的教學手段之一。為配合師生使用演示實驗，很多理工科高校都建有相應規模物理演示實驗室[1-2]。課堂使用和通過預約向學生開放演示實驗室，一定程度上可解決傳統物理演示實驗使用的時域和地域受限問題。然而，在數字化時代，學生微課化、碎片化學習的行為特征背景下，這種傳統運行方式，已不能使物理演示實驗和物理演示實驗室的職能得以更充分發揮。為解決這一問題，我們提出一種基于共享網絡空間，創建物理演示實驗教學平臺的方案，強調憑借低技術門檻的免費建站平臺服務和云盤的內嵌資源管理功能[3]，通過創建“360 Cloud+ Faisco”演示實驗網絡教學平臺的具體措施，實現數字化物理演示實驗資源的共建共享，為翻轉課堂模式下物理演示實驗的利用，提供借鑒參考。

1 物理演示實驗教學平臺的基礎

1.1 硬件基礎

從演示實驗設備方面來看，一方面，隨著教育工作者加入到演示實驗設計和制作的人數增加，針對物理現象的演示儀器或裝置的種類和數量正在日益增加，這為各高校儀器采購提供了較大選擇空間；另一方面，隨著各高校學生實踐素質教育活動的深入開展，由學生制作完成的演示實驗設備的數量也在穩步增長。此外，校際之間的教學聯盟和信息網絡技術的發展，使各高校演示實驗設備通過某種方式互補共享成為現實。

從錄制演示實驗所使用的工具來看，現在可供選擇的錄像工具豐富而且快捷。高清照相機、錄像機已經十分普遍，特別是現在學生廣泛使用智能手機、Ipad等，均內置高清攝像裝置，可以快捷地拍攝清晰度較高的視頻。在我們的實踐中，利用智能手機拍攝了一段時長約7 min的MP4格式演示視頻，文件大小達到1GM，影音質量十分理想。

由以上兩點看出，創建基于共享網絡空間的物理演示實驗教學平臺的硬件基礎具備。

1.2 技術基礎

我們很是幸運，處在一個云計算和大數據時代，特別是一些常用軟件，如辦公軟件、電子郵件系統、即時通訊平臺、云盤等基本上是共享和免費使用的，并且這些軟件的內嵌資源管理功能十分強大。以360云盤為例[4]，它提供了存儲空間無上限，操作極其簡單的云服務平臺，師生只需要合理設計和提供素材就可以使用，一般不涉及技術問題。換句話說，師生能夠像使用office等軟件一樣，來制作不同類型的網絡教學資源，這為演示實驗網絡化提供重要基礎。

除360云盤作為網絡化演示實驗資源的存儲倉庫外，還需要尋找一個網絡發布平臺，即學生可在瀏覽器中輸入域名，就可訪問和學習的登陸界面。這一點，現在已經非常容易得到解決，因為一些信息產品提供商，如凡科網(廣州凡科信息科技有限公司，http://www.faisco.com，faisco)[5-6]、建站之星(上海美橙科技信息發展有限公司，http://www.sitestar.cn，sitestar)[7]等，已經推出無需代碼編寫并且永久免費建站服務。

由以上兩點看出，師生完全可以從專業的網頁設計技術工作中解脫出來，實現只要會打字，就可創建基于共享網絡空間的物理演示實驗教學平臺的目標，即技術基礎完全具備。

1.3 用戶基礎

研究資料表明，MOOCs正在席卷全球，對傳統的教與學正在產生巨大沖擊。學生的學習行為已經先于教師正在發生悄然變化，微課化、碎片化正在成為教育信息化時代，學生學習的行為特征[8-9]。智能手機成為學生獲取信息和知識的重要工具和渠道。中國互聯網絡信息中心(CNNIC)在京發布《第33次中國互聯網絡發展狀況統計報告》顯示，截至2013年12月，我國網民規模達6.18億，手機網民規模達5億，占總網民數的81.0%[10]，而智能手機則每名學生至少人手一部。因此，持有各種智能終端的學生群體，自然而然構成信息技術背景下，新型學習方式的用戶基礎。

2 物理演示實驗教學平臺的創建

2.1 物理演示實驗教學資源的數字化

數字化學習資源是指通過計算機網絡可以利用的各種學習資源的總和，具體地說是指所有以電子數據形式，把文字、圖像、聲音、視頻、動畫等多種形式的信息存儲在非紙介質的載體中。實現物理演示實驗教學資源的數字化，是創建基于共享網絡空間的物理演示實驗教學平臺的第一步。

除現有的演示實驗的實況錄像外，積極錄制自主研制演示實驗裝置的演示錄像，以增加利用網絡平臺向學生發布的數字化演示實驗資源中，自主版權所占的比重，同時也有利于突出和展示特色。利用已經授權的、引進的演示實驗錄像，進行非商業目的二次開發，也是必要的。因為在二次開發過程中，可以融入設計性要素，相對原版，可進一步提升質量和信息含量。

此外，我們應注意到，生活中有豐富的物理現象。如果某一生活現象同某一或某些物理規律存在某種聯系，就可經過一定的取材設計，將其錄制成視頻[11]。這些錄制的視頻，由于同學生日常生活緊密聯系，最容易為學生所接受。例如公園中的人們游玩的過山車娛樂項目，就可以錄制下來，可以用于說明曲線運動、自然坐標系等物理概念。

2.2 數字化演示實驗教學資源的集散

日益豐富的演示實驗影音素材，需要巨大的網絡存儲空間。同時，還要求該空間比較方便地為學習者所訪問，且沒有流量限制。根據360公司的公開承諾，360云盤存儲空間無上限、數據流量無限制，因此360云盤作為數字化物理演示實驗教學資源的集散地。

為實現數字化演示實驗教學資源的集散，我們遵循以下三步：① 將所采集的數字化演示實驗教學資源，根據知識點進行分類，形成一個個最基本的內容胞體；② 在360云盤系統中，建立以文件夾為基本形式的數據存儲的拓撲結構，其中文件夾之間的基本關系有級聯、平行、混合結構3種；③ 將所采集的內容胞體，上傳到相應的文件夾中。這項集散工作，可以遵循圖1所示的流程圖進行。

圖1 數字化演示實驗教學資源的集散工作流程圖

2.3 數字化演示實驗教學資源的發布

我們創建了基于“360 Cloud+ Faisco”的演示實驗網絡教學平臺，對數字化演示實驗教學資源進行了發布。在這里我們強調，無論是使用Faisco提供的免代碼建站服務平臺，還是360云盤所提供的云存儲空間，都是共享和永久免費的。依托Faisco免費建站平臺，實現了個性化、數字化演示實驗教學資源的發布，學生根據教師提供的訪問域名或掃描二維碼，就可以進入資源平臺。

但是，Faisco免費建站平臺的存儲空間有限，目前只有50 MB 網頁空間，根本不能滿足巨量存儲數據的空間要強求。為解決這一問題，我們將50 MB 網頁空間進行了合理劃分和充分利用，例如我們只利用Faisco網頁固有的網絡存儲空間，發布動態消息和提供訪問操作建議等各種提示性圖文信息，而將消耗空間大的視頻數據，存儲于360云盤，然后發布共享鏈接，并將鏈接編輯在Faisco網頁中。免費Faisco網頁提供有100個鏈接，合理使用和分配，基本能夠滿足資源發布的全部需要。圖2所示為鏈接數字化演示實驗教學資源在線播放截屏。

圖2 鏈接數字化演示實驗教學資源在線播放截屏

2.4 數字化演示實驗教學資源的共建共享

這里我們所指的數字化演示實驗教學資源的共建共享至少包含兩層含義：一是教師與學生之間的共建共享；二是校際之間的共建共享。我們遵循教師推動、學生使用、共建共享的原則，做好基于共享網絡空間的物理演示實驗教學平臺的原始推動工作。

為更加有效實現數字化演示實驗教學資源的共享，我們組織學生建立網絡學習共同體。云盤一般允許用戶創建文件共享群，一個文件共享群中所有用戶就構成了“學習共同體”。作為教師可以創建多個關于演示實驗的文件共享群，然后邀請學生加入相應共享群，進而形成多個“學習共同體”。這樣，學生、助學者和360平臺就構成了網絡學習共同體環境。共同體成員間可以互相學習、互助學習，同時還可以將優質的學習資源分享給教師和共同體中的其他成員。

為了實現數字化演示實驗教學資源的共建，借助網絡輔助教學平臺，對演示實驗裝置進行虛擬拆分，布置相應的設計性問題，引導和激發學生進行討論，實現互動教學；同時鼓勵學生，針對生活中的物理現象，以學生的視角自行制作微視頻，不斷豐富演示實驗網絡教學資源。此外，單獨一所學校，很難擁有全部的演示實驗資源。但是借助網絡教學平臺，可以相對容易實現校際數字化演示實驗教學視頻的共建共享。

3 信息技術與演示實驗教學的深度融合

利用共享網絡空間，可初步實現數字化物理演示實驗數字化視頻的共建共享。但為更好適應翻轉課堂模式下，學生碎片化、微課化學習的需要[12-13]，需要將信息技術與演示實驗教學深度融合，實現傳統教學手段與現代信息教育手段的優勢互補。我們認為信息技術與演示實驗融合要在以下幾個方面做出努力。

3.1 演示實驗與虛擬仿真實驗相結合

大學物理課堂是唯物的，也就是說，在有眾多教學手段可以選擇的前提下，應該優先使用實物演示實驗。但是實物演示可能受客觀條件限制，不能全方位展示參數調整對實驗現象的影響，很多時候只能演示一個特定的現象。借助信息技術手段，可以對這個不足予以彌補。當前，有很多虛擬仿真軟件，可以對物理現象和規律進行深層次模擬。例如利用Matlab、LabVIEW仿真工具，編寫相應仿真程序，通過調整參數，可以非常容易得到實物演示難以實現的效果[14-15]。

為此，我們在網絡教學平臺上，在提供演示實驗視頻的同時，還融入相應虛擬仿真程序。此舉的重要意義還在于，它向學生展示一個科學研究方法，即數值模擬。這對以科研工作為主、但承擔本科大學物理教學的青年教師，迅速提高教學技能有重要意義。

3.2 演示實驗與工程應用案例相結合

多數演示實驗裝置結構簡單、原理直觀，但卻是很多高新技術和工程應用的縮影。然而傳統教學手段展示高新技術和工程應用，很受局限。借助信息技術，經過合理設計，可將演示實驗與工程應用案例對接。

我們的方法是，基于CDIO工程教育模式[16-17]，將每項高新技術或工程應用案例，借助信息技術手段開發成相應教學素材，如教學案例、情境素材等，注意發現案例的技術背景、理論價值、經濟效益等，尤其是注意尋找同物理原理的緊密聯系。在找到某種聯系或幾種聯系時，就為學生展示能夠演示相應物理原理或現象的實驗裝置。通過共享網絡空間，與演示實驗相鏈接，讓學生感受到工程就在身邊。

3.3 演示實驗與科學研究工作相結合

過去在課堂上使用演示實驗，主要目的在于用直觀現象闡釋抽象的物理原理。很少思考演示實驗與科學研究工作的某種聯系。要回答這一問題，首先回答科研工作的本質——探索和發現現象背后的規律。

演示實驗可以同科學研究工作相聯系是必然的。因為演示實驗是一種思想的可視化表達，是一種簡化的模型，而思想和模型正是科學研究的基礎。當然，在實際運用中，結合的科學研究工作可以教師自己的，也可以是其他科學工作者的。這種結合需要信息技術作為聯系的橋梁，例如我們可以直通有關學術網站。在學生訪問演示實驗視頻時，我們向學生發布思想是如何被提出的、方案是如何被制定的、規律是如何被展示的等內容的鏈接。

3.4 演示實驗與實踐能力培養相結合

已有很多文章論證了傳統演示實驗在培養學生創新能力方面的獨特作用。信息技術能將這一獨特作用進一步放大。利用信息技術，可從容而又全方位展示一個演示裝置的“構思”、“設計”、“實現”、“運作”過程，這四個詞是CDIO工程教育模式的核心概念[18]。從這個意義上說，對這些核心概念的引導，就在實踐CDIO模式，其落腳點在學生實踐能力培養上。

為此，我們借助共享網絡空間，對演示實驗按照上述核心概念進行“拆解”和“重構”很必要，在這項工作中，就要適當融入教師的組織思想和行為藝術，引導學生體會一件作品的“構思”、“設計”、“實現”、“運作”全過程，激發實踐意識和實踐動手意愿。

需要指出的是，以上四個方面只是給出了我們在教學實踐中，信息技術與演示實驗結合的幾種常用的切入點，并且這四個方面并不是相互絕對獨立的，很多時候是若干方面的融合。

4 物理演示實驗教學平臺的機制保障

4.1 建立健全相關激勵機制

健全相關管理機制，為信息技術融合演示實驗教學提供組織保障。

(1) 從教師角度。我們基于將演示實驗使用情況，列入教學手段改革考核的重點對象，鼓勵教師尋找信息技術與演示實驗教學相融合的切入點，并將相關要求或指導思想，編入教學大綱；鼓勵教師使用公共網絡平臺，創建特色輔助教學平臺，開展經驗和示范交流教學研討，共享優秀資源等。

(2) 從學生角度。我們應深入分析學生的學習特征、時代特征，特別是學生利用現代信息化工具學習的行為特征，認真分析學生的學習心理，為實施演示實驗的網絡輔助教學提供參考。鼓勵學生參與到演示實驗錄像、現象資源的挖掘和建設工作中來，同教師一起共同建設演示實驗錄像、現象、仿真程序等數字化資源庫，使網絡輔助教學更具有針對性。

(3) 從教學管理者角度。應爭取教育職能部門支持。特別是為教師或學生自行拍攝演示實驗視頻數據，提供必要的技術平臺和一定資金支持。例如開放演播錄像教室、建設數字化和信息化校園，高速WIFI網絡校園全覆蓋，便于學生隨時隨地使用網絡教學資源。

4.2 改革學生考核辦法

改革學生考核辦法為信息技術融合演示實驗教學提供反饋保障。改革單一的以平時作業和期末考試為主要考核學生學習效果的評價辦法，實施以突出學生綜合能力的多元考核方式，并通過考核結果，及時反饋信息技術融合演示實驗教學的實際效果，以便于及時調整教學策略。我們基于演示實驗的探索性，將以此為基礎激勵學生參加大學物理“四小”(小讀書報告、小論文、小制作、小發明)活動[19]，所取得的成績按比例計入期末總成績。改革傳統紙質作業，實施學生作業電子提交方式，并以多媒體的方式替代傳統的單一媒體方式。通過選擇合適的題目，將相關演示實驗融入其中，在學生完成這一題目的作業時，除必要文字撰寫外，還增加學生對這一現象理解的視頻講授，對這一原理在工程技術中應用的資料查詢記錄文檔，以及學生對一個演示實驗設計的主動思考等內容。

5 結 語

我們基于教育信息化背景，利用網絡服務運營商提供免費和共享信息技術服務的客觀條件，提出并創建了基于共享網絡空間的物理演示實驗教學平臺，解決了傳統物理演示實驗使用過程中所遇到的時域和地域受限問題；突出了傳統演示實驗與信息技術相融合問題，適應了數字化時代，學生微課化、碎片化學習行為的需要。基于“360 Cloud+ Faisco”的演示實驗網絡教學平臺，最大限度地使用了免費網絡資源，激發了師生在這一平臺創建和使用中的主動建構作用。隨著教育信息化的不斷深入，各種網絡公共平臺易用性和共享性的不斷提升，這一基于共享網絡空間的物理演示實驗教學平臺，對翻轉課堂模式下物理演示實驗的利用，具有重要現實意義和強大生命力。

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[4] 360云盤官網.安全免費 空間無限[EB/OL]. http://yunpan.360.cn

[5] 凡科官網.各大媒體爭相報道 建站就用凡科網[EB/OL]. http://www.faisco.com/news/299

[6] 搜狐資訊.專業凡科網 讓中小企業掌握建站主導權[EB/OL]. http://roll.sohu.com/20130628/n380155498.shtml

[7] 建站之星. 完全免費的新一代智能建站系統[EB/OL]. http://www.sitestar.cn

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Physics Demonstration Experiment Teaching Platform Based on Network Sharing Space

LIHai-bao

(College of Science，Heilongjiang University of Science and Technology，Harbin 150022，China)

With the education informationization, free and sharing information technology service is provided by network service providers. By using the convenience, a scheme of new physics demonstration experiment was put forward in this paper. Through the creation of teaching physics demonstration experiment platform based on a shared network space, time and regional restriction was solved on one hand; on the other hand it would promote the fusion between the traditional demonstration experiment and information technology. The platform can be adapted to students behaviors, such as the digital era, micro class, fragmentation learning. By creating the platform named "360°Cloud+ Faisco", a reference was provided for the use of physics demonstration experiment under the flipped classroom mode.

university physics; demonstration experiment; educational informationalization; shared network space; flipped classroom

2014-06-09

黑龍江省教育科學“十二五”規劃課題資助(GBD1211055；GBC1212085)；黑龍江科技大學青年才俊計劃資助

李海寶(1978-)，男，黑龍江肇源人，副教授，在讀博士生，從事物理教學、纖維集成光學研究工作。

Tel.: 15546683589; E-mail： lihaibao1978@126.com

G 434； O 4-4

A

1006-7167(2015)05-0177-05