國外高校物理慕課研究

吳方平+馬書云+王慧+章曦+劉翠翠+苗仁德

摘 要：MOOC課程不是傳統(tǒng)課堂的錄像上傳，而是專門為網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者設(shè)計(jì)的在線視頻課程。MOOC通常有作業(yè)，有期末考試，有課程結(jié)業(yè)證書。而且上同一課程的同學(xué)們可以在課程論壇上互相幫助和交流。該文選取了大學(xué)物理中力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)和近代物理各部分對(duì)應(yīng)的幾門國外名校大學(xué)物理慕課，分析其特點(diǎn)并提出了自己的思考。

關(guān)鍵詞：慕課 大學(xué)物理 國外慕課

1 國內(nèi)外高校慕課的興起

大規(guī)模開放在線課程（Massive open online courses，簡稱 MOOC）是近一兩年的教育流行語，成為“地平線報(bào)告”預(yù)測的將在未來一年之內(nèi)普及的技術(shù)，并且被認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的“下一個(gè)革新之舉”[1]。

MOOC課程不是傳統(tǒng)課堂的錄像上傳，而是專門為網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者設(shè)計(jì)的在線視頻課程。MOOC通常有作業(yè)，有期末考試，有課程結(jié)業(yè)證書。而且上同一課程的同學(xué)們可以在課程論壇上互相幫助和交流。

利用豐富的國外高校的網(wǎng)絡(luò)物理慕課，無疑能豐富教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，完善教學(xué)策略。文章基于課題組對(duì)國外高校物理慕課的研究，談?wù)勏嚓P(guān)的體會(huì)與思考。

2 慕課平臺(tái)介紹

2.1 國內(nèi)外慕課平臺(tái)

國外慕課平臺(tái)主要有coursera、Edx以及Udacity三大平臺(tái)。

Coursera最初由斯坦福大學(xué)創(chuàng)始的，到現(xiàn)在無疑是目前全球用戶最多的課程平臺(tái)，知名度也最高。Coursera課程結(jié)構(gòu)框架整體一致，細(xì)節(jié)部分略有不同，教師可對(duì)課程進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，加入不同內(nèi)容和活動(dòng)，形成獨(dú)特的風(fēng)格和個(gè)人特色。

Edx是哈佛大學(xué)與麻省理工學(xué)院于2012年5月2日宣布結(jié)成非營利性合作伙伴關(guān)系，聯(lián)合發(fā)起了網(wǎng)上課程系統(tǒng)，由兩所名校聯(lián)手提供免費(fèi)的網(wǎng)上課程，搭建共同的教育平臺(tái)。Udacity的課程主要跟計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)有關(guān)。

國內(nèi)慕課課程平臺(tái)主要有學(xué)堂在線、中國大學(xué)MOOC、云課堂、好大學(xué)在線等。

2.2 國外大學(xué)物理慕課的搜集

MOOC學(xué)院是國內(nèi)主要的MOOC分發(fā)平臺(tái)，幾乎收錄了所有MOOC平臺(tái)的課程。分類、檢索功能比較完善，特別好的一點(diǎn)是有很多英文課程都有中文簡介，課程下面還有打分、點(diǎn)評(píng)、筆記、討論功能。

雖然國外慕課平臺(tái)及課程資源比較豐富，但搜集國外物理慕課課程還存在幾個(gè)問題。一是由于部分網(wǎng)站由于域名的限制，無法連接，例如edx大部分課程無法進(jìn)入，只有與之合作的國內(nèi)學(xué)堂在線平臺(tái)上有其部分課程；二是有些平臺(tái)上的課程比較專業(yè)單一，例如Udacity平臺(tái)上的課程主要是涉及軟件開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，有些平臺(tái)專為某類課程設(shè)計(jì)；三是有些課程雖是物理課程，但要么是科普層次，要么是高中層次，無法作為大學(xué)物理的素材。

針對(duì)這些問題，課題組主要是采用MOOC學(xué)院搜索coursera課程平臺(tái)上與和與學(xué)堂在線合作的edx上的國外大學(xué)層次的物理慕課課程，并對(duì)此進(jìn)行整理分析。

3 國外物理慕課分析

由于慕課周期短（一般為幾周左右），因此課題組針對(duì)大學(xué)物理力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、波動(dòng)光學(xué)、狹義相對(duì)論和量子物理各個(gè)模塊相應(yīng)地選取了國外物理慕課作為研究對(duì)象。

3.1 國外力學(xué)慕課分析

力學(xué)部分選取了科羅拉多大學(xué)波爾得分校（University of Colorado Boulder）的《Physics 1 for Physical Science Majors》（物理學(xué)專業(yè)的第一堂物理課）。該校是一所美國一流的公立研究型高等學(xué)府，世界百強(qiáng)名校。雖然該課程名字是物理學(xué)專業(yè)的物理課，但其內(nèi)容與我國理工科非物理專業(yè)的大學(xué)物理課程比較接近。

這門12周的課由指定的閱讀加上3次每周的視頻課程組成，視頻是錄制于科羅拉多大學(xué)博爾德分校2013年秋季學(xué)期工程類新生的真實(shí)課程。每一節(jié)課程中都會(huì)有數(shù)次暫停，用以給出課內(nèi)的概念測試的問題。每周會(huì)有家庭作業(yè)，還會(huì)有3次期中考試和一次期末考試。

這門課制作很精良，由于是實(shí)錄的，課堂參與感很強(qiáng)。制作仔細(xì)且制作技術(shù)先進(jìn)，板書錯(cuò)誤也都進(jìn)行了更改。老師感染力很強(qiáng)，很自信。課堂上有無數(shù)交互性的小問題，可以幫助進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。大考試都是選擇，很容易過，重點(diǎn)在平時(shí)作業(yè)。

3.2 國外熱學(xué)慕課分析

熱學(xué)部分選取的是FutureLearn平臺(tái)提供的利物浦大學(xué)（University of Liverpool）的《Energy： Thermodynamics in Everyday Life》（能量：生活中的熱力學(xué)）。利物浦大學(xué)是位于英格蘭第四大城市利物浦市的頂尖研究型大學(xué)，是英國著名“紅磚大學(xué)”之一，穩(wěn)居全球150強(qiáng)的世界一流大學(xué)。

該課程為免費(fèi)課程，但提供付費(fèi)認(rèn)證證書。共5周時(shí)間，要求每周付出3 h學(xué)習(xí)時(shí)間。該課程應(yīng)用性較強(qiáng)，主要介紹熱力學(xué)定律和日常生活和生產(chǎn)中的熱力學(xué)例子，并于世界環(huán)境進(jìn)行聯(lián)系。

3.3 國外電磁學(xué)慕課分析

熱學(xué)部分選取的學(xué)堂在線平臺(tái)提供的萊斯大學(xué)（Rice University）的《Electricity & Magnetism》（電與磁）。萊斯大學(xué)是全美頂尖私立大學(xué)，是一所世界著名的研究型大學(xué)。

該課程包括每周約兩小時(shí)的視頻講座、每周的在線作業(yè)題、一頁同行評(píng)估的設(shè)計(jì)項(xiàng)目和兩次在線考試。課程為期12周，但是在進(jìn)行考試的兩周時(shí)間，未安排新的課程或作業(yè)內(nèi)容。建議學(xué)生每周堅(jiān)持學(xué)習(xí)，每周在課程內(nèi)容方面估計(jì)需要10～12 h。老師上課風(fēng)格活躍，課堂演示多，就是習(xí)題比較簡單。

該課程最突出的特點(diǎn)是同行評(píng)估的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，在此科課程中引入該評(píng)價(jià)手段，較為新穎。

3.4 國外光學(xué)慕課分析

光學(xué)部分選取的是萊斯大學(xué)的《Waves & Optics》（波和光學(xué)）。該課程每周發(fā)布一次視頻，通過詳細(xì)的推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)演示來講解課程內(nèi)容。此外還包括每周作業(yè)、一個(gè)課程討論區(qū)和兩次測試。課程中有8周用于授課，另外1周用于自定進(jìn)度的考試。該課程中部分內(nèi)容不屬于國內(nèi)大學(xué)物理范疇，如介紹用于對(duì)復(fù)數(shù)形式的震動(dòng)和傅里葉級(jí)數(shù)合成近似求解的數(shù)學(xué)工具。

3.5 國外狹義相對(duì)論慕課分析

狹義相對(duì)論部分選取的是coursera平臺(tái)提供的斯坦福大學(xué)（Stanford University）的《Understanding Einstein： The Special Theory of Relativity》（理解愛因斯坦：狹義相對(duì)論）。斯坦福大學(xué)臨近世界著名高科技園區(qū)硅谷，是世界著名私立研究型大學(xué)，在usnews世界大學(xué)排名中位列世界第三。

該課程的突出特點(diǎn)是繞過人們“制造神話”的心理，超越相對(duì)論的大眾化介紹，更深刻地理解愛因斯坦本人以及他的理論中的概念、預(yù)測和奇怪的悖論。學(xué)生選擇以下3種方式之一參加該課程：定量方式、定性方式，或旁聽方式。定量方式將包括每周習(xí)題集，而定性方式將包括一個(gè)與年輕的愛因斯坦和/或他的狹義相對(duì)論相關(guān)的創(chuàng)新項(xiàng)目。

3.6 國外量子物理慕課分析

量子物理部分選取的是斯坦福大學(xué)的《Quantum Mechanics for Scientists and Engineers》（面向科學(xué)家和工程師的量子力學(xué)）。該課程面向任何對(duì)物理學(xué)或工程具有本科水平知識(shí)的人員。

該課程內(nèi)容主要包括量子力學(xué)導(dǎo)論、薛定諤波動(dòng)方程、概率密度、物質(zhì)波數(shù)學(xué)運(yùn)算、量子力學(xué)的測量、斯特恩-革拉赫實(shí)驗(yàn)、量子力學(xué)數(shù)學(xué)運(yùn)算、不確定性原理、氫原子、量子力學(xué)角動(dòng)量—原子軌道、一個(gè)以上粒子的量子力學(xué)、原子狀態(tài)的性質(zhì)。部分內(nèi)容超出國內(nèi)大學(xué)物理范疇，如矩陣和狄拉克符號(hào)。

4 結(jié)語

從以上幾門國外大學(xué)物理慕課的分析可以看出，借鑒國外物理慕課的本土化建設(shè)任重道遠(yuǎn)，原因既有國內(nèi)外大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容的差異，也有慕課本身的特點(diǎn)（學(xué)時(shí)少，周期短），但其中的優(yōu)秀元素，例如新穎的教學(xué)內(nèi)容、別處心裁的教學(xué)設(shè)計(jì)、豐富的演示實(shí)驗(yàn)，以及與生產(chǎn)生活緊密聯(lián)系的在線測試題等。另外由于課題組調(diào)研時(shí)，相關(guān)慕課課程基本已經(jīng)結(jié)束，所以未能及時(shí)參與整個(gè)授課過程，后續(xù)課題組將密切跟蹤國外物理慕課動(dòng)態(tài)，力求獲得參與實(shí)際課程的體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]王左利.MOOC：一場教育的風(fēng)暴要來了嗎？[J].中國教育網(wǎng)絡(luò)，2013（4）：11-15.

[2]王海榮，張偉.國外大規(guī)模開放教育資源設(shè)計(jì)理念及啟示[J].天津電大學(xué)報(bào)，2013（3）：32-36.