基于慕課模式的近代物理實驗教學

李景奎,王若穎,戚大偉

(東北林業大學 理學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

近代物理實驗是物理類專業高年級學生的一門重要基礎課，它所涉及的知識面廣，綜合性強，包含物理、電子、計算機技術等學科的專業知識以及多學科交叉滲透的領域，具有難度大、時間長、內容前沿等特點，學生很難在有限的課堂時間完成實驗內容，傳統的近代物理實驗教學存在一些問題[1-4]. 慕課( Massive open online courses，MOOC) 即大規模網絡開放課程，相對于傳統教學具有課程視頻時間較短，不受學習的時間和空間的限制，學生根據需要自行安排學習內容等優點[5-7]. 筆者嘗試在傳統近代物理實驗教學模式下，將慕課模式引入近代物理實驗教學中，以物理學2014-2班為試點，進行慕課模式的近代物理實驗教學探索與實踐. 把慕課模式視頻學習與傳統模式的課堂教學相結合，使學生能夠自行選擇學習時間和學習地點，不受傳統課堂的時間和地點限制，打破傳統單一化的教學方式，提高近代物理實驗課堂教學效果和學生的學習興趣，培養學生的動手能力和創新意識.

1 網絡教學平臺是慕課的技術保障

東北林業大學網絡教學平臺(超星慕課平臺)已經建立，對在線課程建設規范、課程管理、項目立項、經費支出等進行了規范化管理，并打造具有學校特色、展現學校水平和實力的精品在線開放課程；計劃“十三五”期間自主建設20門左右的慕課，1 000門左右的在線課程. 可以說“網絡教學平臺”為近代物理實驗在線課程建設和學生進行課程的慕課視頻、教學內容課件、課后作業等相關內容的查看和學習提供了有力保障.

2 近代物理實驗慕課視頻制作及在線課程建設流程

為了更好讓學生理解近代物理實驗內容，使預習、復習與課堂內實驗操作緊密結合，將慕課的教學形式融入近代物理實驗課程. 目前近代物理實驗教學團隊完成了34個視頻點和14個實驗理論PPT的制作工作，努力做到圖文并茂，簡單易懂，近代物理實驗的在線課程制作流程如圖1所示，具體步驟為：

1)首先進行近代物理實驗項目調研工作，準備超聲光柵、塞曼效應、橢圓偏振光等實驗的理論內容，制作實驗理論教學的PPT.

2)進行在線課程設計，將實驗背景、目的、原理、儀器、內容、步驟和注意事項等知識點合理切分，見表1，以超聲光柵實驗為例，給出了該實驗的課程設計方案，并設計相應的思考題和在線互動環節，使學生能夠課后復習和知識拓展.

圖1 近代物理實驗的在線課程制作流程圖

視頻知識點制作說明視頻時間/min1.實驗目的圖片、PPT視頻講解0.62.實驗儀器儀器圖片及視頻講解1.63.超聲光柵實驗原理主要原理圖片、PPT視頻講解0.33.1 超聲波的產生超聲波產生PPT視頻講解0.93.2 超聲光柵原理液體光柵形成原理PPT視頻講解2.33.3 利用超聲光柵測聲速原理超聲光柵測聲速原理PPT視頻講解1.84.實驗內容和步驟主要實驗內容步驟PPT視頻講解0.44.1 分光計的調整步驟分光計調節內容及步驟圖片、PPT視頻講解5.24.2 超聲光柵實驗的其他步驟圖片、PPT視頻講解2.35.實驗注意事項圖片、PPT視頻講解0.76.思考題實驗思考題PPT07.指導書實驗指導書及PPT0

3)將實驗目的、實驗原理、實驗儀器等小知識點進行慕課視頻制作，圖2為超聲光柵實驗儀器介紹的慕課視頻截圖，每個小視頻中主題突出，內容具體完整，時間為20 s～10 min.

4)將相應實驗教學知識點的PPT和慕課視頻等資料上傳至東北林業大學網絡教學平臺(超星慕課平臺)和實驗室計算機(https://mooc1.chaoxing.com/course/91374347.html).

5)將開課班級加入在線課程班級，學生就可以根據自己學號和密碼進行在線課程學習.

圖2 超聲光柵實驗儀器介紹的慕課視頻截圖

3 近代物理實驗在線課程學習情況

3.1 慕課視頻訪問參量統計情況

當前近代物理實驗慕課視頻訪問量已經超過35 000次. 以物理2014-2班為例，該班20名學生在近代物理實驗開課10天內(10月17日-10月26日)慕課視頻訪問參量統計情況如圖3所示，圖3(a)反映了慕課視頻的訪問量統計情況，可以看出：每天都有學生訪問學習，但訪問次數參差不齊，最多1天達到278次，最少1天也超過10次，平均每天訪問次數超過100次；學生選擇觀看客戶端的方式如圖2(b)所示，可見，通過電腦觀看慕課視頻仍然占多數；具體線上學習時段統計情況如圖3(c)所示，學生線上學習時間不固定，12～16點和20～24點是線上學習的2個高峰時間段，其他時間也在觀看，甚至00～04點也有學生在線上學習. 可見，課前學生是利用“碎片化”的時間，根據自己的情況，隨時隨地觀看慕課視頻. 具體的觀看時長統計情況如圖3(d)所示，平均觀看視頻時間為78.8 min，觀看最長的時間146.2 min，說明學生是根據自己對視頻知識點的掌握情況進行學習，學習時間長短不同.

(a) 訪問次數統計圖

(b) 客戶端訪問情況統計圖

(c) 線上學習時段統計圖

(d) 觀看時長統計圖圖3 物理2014-2班慕課視頻訪問參量統計圖

3.2 在線課程成績權重設置及綜合成績

在線課程學習總成績設置為百分制，成績權重設置為：課程視頻占50%，訪問閱讀完成占

30%，課程討論占10%和思考題作業占10%. 需要完成34個視頻知識點，能拿到慕課視頻這部分分數；需要完成PPT閱讀和指導書閱讀，并超過20次的登錄次數，拿到訪問閱讀這部分分數；思考題作業分數需要在完成實驗之后完成在線作業，教師根據完成情況進行線上批改，最后給出相應成績；課程討論分數獲得需要對課程和相關知識點進行評價和討論. 物理2014-2班在線課程學習成績統計表見表2，其中90～100分為13人，80～90分為5人，70～80分為1人 ，60～70分，為1人.

表2 物理2014-2班在線課程學習成績統計表

3.3 在線課程各環節執行情況

慕課視頻任務點、課題討論、作業和理論PPT訪問閱讀等環節執行情況見表3，可見，大部分學生在課前進行了網上在線預習，幾乎都完成了在線視頻和在線閱讀，課堂上教師和學生都能比較輕松地完成實驗內容，課后也能很好的完成了思考題的作業，只是很多學生對課程評價討論不是特別關心.

表3 在線課程各環節執行情況統計表

4 結束語

將慕課模式引入近代物理實驗教學中，把慕課模式的學習與傳統模式的課堂教學相結合，成為課堂教學的有效補充. 從在線課程學習成績和各環節完成情況來看，學生完全能夠接受這種全新的學習模式，學生能夠利用“碎片化”的時間，根據自己的情況，隨時隨地觀看慕課視頻，學生在課前正常預習的同時，直觀地了解實驗儀器及內容，掌握實驗要領，特別是通過觀看儀器視頻介紹可以直觀地了解儀器的構造細節、工作原理、調整方法等. 慕課視頻方便了學生在課前預習和課后復習,教師和學生都能比較輕松地完成課堂上的實驗內容，提高了近代物理實驗的教學效果. 當前，慕課模式的近代物理實驗教學處于探索與起步階段，相信隨著慕課模式的近代物理實驗教學不斷完善，能夠打破傳統單一化教學方式，提高近代物理實驗課堂教學效果和學生的學習興趣，有利于培養學生的動手能力和創新意識[8].