基于“學習元”理論的微課設計與案例分析

葛騰霄

微博、微信、微小說、微訪談、微電影等微時代產物以閃電的速度在社會普及。它們最主要的特征是“內容短小精悍”，適合在移動終端上展現，適合現代人的快節奏。移動學習的發展對傳統的課程形式提出了挑戰。移動學習不僅建構了新的學習價值觀，也十分迎合現代人的學習需求，這種需求讓越來越多的研究者開始關注微型課程，即微課。

一、學習元理論

學習元理論是一種基于知識點的認識與整合的教學理論。該理論力求先剖析我們需要教授的知識點本身，而為學生呈現的知識則是知識點之間的關聯。換言之，知識點是固定的，是學生容易自行記憶的，而知識點之間的數理、邏輯關聯才是真正需要學生理解的部分。我們經常會發現這種情況：知識點學生都記住了，但是不會用。就物理學科而言，概念與邏輯關系是同等重要的。一般課堂上，教師必須要先解決學生準確理解知識點的問題，然后再幫助學生建立邏輯關聯。因此學生對知識點之間的邏輯關聯的記憶一般不如知識點本身牢靠。學生不理解知識點之間內部的數理、邏輯關聯，何談將它們相互組合，從我們建立的理論邏輯框架出發去解決實際的問題？微課的特點恰好適合解決學習元理論中論述的學生在學習上到底哪里難以理解這一問題。它可以用很少的時間專門針對某個知識點或者邏輯關系進行解讀，學生可以根據自身情況，選擇需要的部分。

二、基于學習元的微課開發模式

微課包含學習目標、知識點、元數據、聚合模型、知識本體、學習資源、學習活動、學習評價以及學習過程中的各種生成性信息。其中元數據是知識點本身，而知識本體是對知識點進行串接，建立知識點之間的關系。基于學習元的微課開發包括課程分析，內容分析，設計開發，包裝聚合，應用、評價與修改等環節。

課程分析：對微課進行前端分析，包括需求分析、學習者特征分析、知識點分析、可用資源分析等，并在此基礎上確定微課目標。

內容分析：微課設計首先要對所承載的知識粒度進行劃分。一方面，在設計移動學習資源時，應盡量將學習內容按知識點進行分割，保證一個學習內容中僅包含一個知識點，以適合短時間、短流程的片段化學習；另一方面，為了適應學習者非連續的注意狀態，學習資源應微型、小粒度，同時要保證所傳遞知識的完整性。

設計開發：對微課有了詳細分析和明確定位后，需要對微課的主要部分進行設計，包括教學設計、微課資源、學習活動、學習評價、認證規劃、元數據標記、語義關聯等。

包裝聚合：將微課的內容、活動、資源、元數據、學習評價、語義關聯等按一定規范進行包裝，根據不同需求與情境實現微課內部各要素的聚合，以及將相關主題的微課聚合成粒度更大的課程。

應用、評價與修改：將微課投入實際教學，獲取學習者的評價，根據評價信息對微課進行完善。

三、案例設計與分析

“庫侖定律”是人教版高中物理選修3-1“靜電場”一章第二節的內容。它不僅是電磁學的基本定律，也是物理學的基本定律之一。庫侖定律闡明了帶電體相互作用的規律，為整個電磁學奠定了基礎，其重要性可想而知。基于上述理論，筆者以“庫侖定律”案例設計為例進行分析。

【案例設計】（微課視頻設計）

大家好，許多人對于庫侖定律為什么這樣描述仍然心存疑惑，那我們就來聊一聊。庫侖定律：真空中兩個點電荷之間相互作用的電力跟它們的電荷量的乘積成正比，跟它們之間的距離的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上。

庫侖定律最開始是實驗總結出來的而不是數學計算得來的。最新的高精度實驗表明，兩個點電荷之間的作用力并不是嚴格地遵循與距離之間的平方反比規律，而是在指數方面大約有在10-16數量級上的偏差，也就是說即使是庫侖定律這種比較完美的數學形式仍然只是近似。因此我們第一步可以僅僅有一個感性認識，就是兩個點電荷之間相互作用跟它們的電荷量有關系，也和距離有關系，這也是科學家發現的第一步。

為什么兩個點電荷之間的相互作用力是這一種表現形式呢？筆者給大家演示一個實驗—用天平稱出庫侖定律。

本實驗儀器是根據天平的平衡原理設計而成的。實驗裝置設計如圖1。當小球A、B不帶電時，調節天平平衡，游碼將處于零刻度線處。通過分電小球給A和B帶上同種電荷。由于同種電荷相互排斥，小球B會向下傾斜，如圖2。通過調節天平右端（圖2為左端）的游碼，可以使天平重新恢復平衡。

移動小球A的位置，改變A球和B球之間的距離，可以研究庫侖力大小與點電荷距離之間的關系。觀察圖3和圖4，可以看出，當小球A和B之間的距離減小為原來1/2時，游碼的讀數將變為原來的4倍，這說明了庫侖力的大小F與點電荷之間的距離r的平方成反比，即有F∝1/r2

同理，通過分電小球改變A、B所帶電荷量，通過游碼的讀數，可以得出庫侖力的大小與電荷量的乘積成正比，即F∝。

由此我們最終得到：真空中兩個點電荷之間相互作用的電力跟它們的電荷量的乘積成正比，跟它們之間的距離的平方成反比。由實驗可知他們是一對作用力與反作用力，因此他們之間的相互作用是在一條直線上的。

最后有一點，庫侖定律本身可以讓我們明白相互作用是哪里來的，大小如何，但是沒有搞清楚這種作用是如何實現的。我們比較容易理解相互接觸的物體能夠產生力的作用，但對于這種不接觸的作用似乎有點存疑。

【案例分析】

庫侖定律這節課的知識點主要可以總結為三點：①知道電荷之間的作用力大小與電荷量的多少以及電荷之間距離大小有關系。②明確點電荷是個理想模型，知道帶電體簡化為點電荷的條件。③庫侖定律。

顯而易見庫侖定律本身是這節課的重點更是難點，前面兩個知識點學生是比較容易理解和記憶的。根據學習元的微課開發模式中關于內容分析的要求“在設計移動學習資源時，應盡量將學習內容按知識點進行分割，保證一個學習內容中僅包含一個知識點，以適合短時間、短流程的片段化學習”，筆者選擇知識點③作為這一節5分鐘微課的內容。從另一個角度上來說，學生最不能理解和記憶的也就是公式的形式，必須要講清楚公式的由來。因為庫侖定律本身想要通過公式推導得出必定得使用大學數學的知識，而且要承認一些電磁學的基本假設，這些高中生都不能接受。強行給學生灌輸公式的形式絕對不是明智之舉，因此實驗成了唯一選擇。好在，網絡上關于自制的演示、驗證庫侖定律的實驗不算少，除了本例之外學生還可以通過觀看其他實驗進一步加強理解。

毋庸置疑這節微課最好的適用形式仍然是短視頻。我們可以將電場的相關微課做成一個較大的系列，并把這堂課并入其中。設想該系列包括庫侖定律、電場及電場線、點電荷的電場、電勢與電勢能、帶電粒子在電場中的表現五段微課視頻。教師可以上傳到個人主頁，學生在學習過之后需要在留言區寫下自己對這段視頻的感受作為反饋，其中包括是否解決或者部分解決了自己的疑惑，有哪些錯誤或需要改進的地方，還希望了解點什么等等。當留言積累到一定程度的時候，教師需要根據學生意見修改或者重做視頻以滿足不斷變化的學生需求，達到前邊提到的“想學生之所想，急學生之所急，短時間內解決學生最大疑惑”的目的。