微課作為大學物理輔助教學手段的可行性方案探索

張海娟

(上海第二工業大學數理與統計學院 上海 201209)

大學物理課程是理工科大學生非常重要的一門公共基礎必修課。該課程一方面為學生大學期間其他理工類課程的學習奠定必要的物理學基礎，另一方面也在學生科學的世界觀和方法論的樹立，分析、解決問題能力的提升，探索精神、創新意識等核心素養的培養方面，發揮著其他課程所不能替代的關鍵作用。目前，大學物理課程的教學仍存在一些問題，導致學生學習熱情和積極主動性不夠。本文依據微課時間短、內容少、主題突出、針對性強等特點，針對目前大學物理教學中存在的問題，探索將微課作為輔助手段，應用于大學物理教學的可行性方案，以提高學生的學習積極性、主動性，使大學物理教學在大學生培養中的作用能得到更加充分的發揮。

1 大學物理教學現狀與問題分析

作為理工類專業的一門基礎必修課程，大學物理在培養學生的科學素養、邏輯思維能力、科學研究能力，增強學生分析問題、解決問題的能力等方面具有關鍵且不可替代的作用。當前，該課程的教學還存在以下突出問題。

1.1 課程內容邏輯性強但相對枯燥

物理學科作為一門嚴謹的理論學科，其中，物理規律的發現、理論的建立，甚至公式的推導，均為邏輯嚴密的系統工程，在培養學生基本科學素質方面起著非常重要的基礎建設作用。在當前物理教學的過程中，盡管可以實現在一次完整課程中將某基本概念或規律講授完，然而課程中需要進行大量的初探式推導與求證，部分學生難免會產生枯燥的情緒，很難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”僅維持10 min左右，而物理學科的固有特點是需要強調前后邏輯的連貫性。如果學生沒有掌握某個重要節點，會導致剩余內容難以延續。

1.2 學習過程中遇到問題不能及時充分地解決

在大學物理教與學的整個過程中，一般由以下3個環節組成：學生的課前預習、教師的課堂講解和學生的課后練習。其中，學生課后練習環節中，教師的輔導與答疑不僅是大學物理課堂教學的拓展與延伸，也是解決學生學習問題的有效途徑和學生學習鏈條的有效補充，對于學生學習知識的有效獲取具有非常重要的作用。目前，大學物理課程的答疑主要通過以下兩種方式來進行：（1）學生在課間或課后提出疑問，教師解答；（2）學生完成并提交課后作業，教師批注與糾正對所學知識理解的錯誤。這種面對面的答疑方式，有利于促進師生間的交流與互動，使教師能夠很大程度上了解學生的學習情況。但是，以上方式也存在明顯的不足。例如：課間答疑時間過短，教師只能針對某個具體的問題進行解答，而沒有充足的時間全面展開，答疑效果受到很大限制；而課后答疑的方式，通常為組織教師在指定時間到指定地點進行答疑，空間和時間約束性較強，學生的答疑需求可能因為時間沖突或者學生個人性格等諸多因素而不能被滿足[2]。

1.3 教學進度相對統一，不能滿足學生個性化學習需求

在大學物理教學設計中，每學期、每節課的教學內容和教學進度都相對固定，教師講授進度也相對統一。隨著高考政策的改革，全國各地對選考和學考內容的要求并不統一，所以不同生源地學生的基礎知識儲備可能存在很大差異，造成學生對于同一個知識點的接受程度出現較大差異。例如：對于機械振動和機械波，有些省份高考要求較為深入，而有些省份要求則較為淺顯甚至完全不做要求。而由于教師講授時需要面對全體學生，不可能照顧到每一位學生的學情。統一的教學內容和進度，一方面可能使學優生無法滿足知識拓展的需求，另一方面可能導致基礎知識儲備較少的學生跟不上教學進度而變成學困生，從而使學生對課程的學習失去了興趣。

2 微課作為大學物理教學輔助教學手段的探討

2.1 微課的含義

微課是微課程（Micro Lecture）的簡稱，在2008 年秋由美國新墨西哥州圣胡安學院的高級教學設計師戴維·彭羅斯（David Penrose）首次提出，原意是指教學時間相對較短的課，后經國內外學者不斷實踐創新，微課的概念和內涵也得到進一步豐富和發展。國內微課創始人胡鐵生教授對微課的定義為：微課又名“微課程”，是“微型視頻網絡課程”的簡稱，是以微型教學視頻為主要載體，針對某個學科知識點（如重點、難點、疑點、考點等）或教學環節（如學習活動、主題、實驗、任務等）而設計開發的一種情景化、支持多種學習方式的在線視頻課程資源[3]。

2.2 微課的特點與優勢

微課的特點和優勢可以概括為3 個方面：教學時間短；主題突出，教學內容針對性強；資源容量小，傳播方式靈活[4]。

2.2.1 教學時間短

有研究表明：普通人“注意力模式”僅維持在10 min左右。因此，微課的時間長度一般設置為5～10 min。而傳統的一節課時間長度一般為40～45 min。相較而言，微課的時間大大縮短，使學生可以在注意力最為集中的狀態下觀看，對知識點的學習效果大大提高。

2.2.2 主題突出，教學內容針對性強

微課的內容含量少且單純，因此主題非常突出。在教學目標的引導下針對教學中的重點、難點或較復雜的問題進行聚焦，從而設計微課內容，可以使學生對知識點的把握更加清晰。

2.2.3 資源容量小，傳播方式靈活

微課教學內容精練，因此資源容量較小，一般為幾十兆，便于發布和傳播。此外，微課視頻可以制作成rm、wmv、flv 等多種格式，支持多種播放途徑。學生可流暢地在線觀摩，也可靈活方便地將其下載保存到終端設備（如筆記本電腦、手機、MP4 等）上，在合適的時間地點自主學習、復習，還可以重復播放，打破了時間和空間的限制。如此，學生的學習方式更加多樣化，時間可以得到更加充分的利用。

2.3 微課在大學物理教學的應用探索

2.3.1 將微課應用于關鍵節點式信息的預習，協助維持課堂教學邏輯的連貫性

大學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。在課堂教學過程中，由于學生保持的注意力和記憶力時間有限，很容易錯失關鍵節點式信息。而物理學科的學習強調前后邏輯的連貫性，如果學生沒有掌握某個重要節點，將會導致剩余內容難以延續。對此，運用微課幫助學生有針對性地進行提前預習，使學生對具體的關鍵知識點進行提前了解和掌握，在正式的課堂教授時，學生將更容易保持思維的連貫性，從而充分理解課堂上講授內容。以法拉第電磁感應定律為例，此定律由3 個經典的實驗來引出，3個實驗層層遞進，具有很強的邏輯關系，是使學生感受物理學推理過程中“實驗—設想—再實驗—總結”的邏輯美，培養學生“真理來源于實踐”的典型案例[5]。然而，3個實驗涉及V→、B→、l→之間的方位關系，比較抽象，如果學生對單個實驗理解不清楚，將直接影響學生對后續法拉第電磁感應定律的理解。這時，教師可以將3個經典實驗制作成微課供學生提前學習，借助形象的動畫，化抽象為具體，學生看完之后理解了3個經典實驗以及它們之間的邏輯關系，在課堂學習時就能快速掌握法拉第電磁感應定律。

2.3.2 將微課應用于大學物理課后輔導與答疑，提高師生的時間利用率

目前，一所大學往往有幾個校區，且相隔較遠。大多情況下，教師此校區辦公，而上課卻需要到彼校區，上課前幾分鐘才到教室，下課后離開，師生分離狀態明顯，這就造成了面對面輔導答疑非常受限。為了滿足學生的答疑需求，很多學校實行集中答疑的制度[5]，每學期組織和安排任課教師輪流值班，在統一規定的答疑時間到指定地點為學生進行答疑。當學生在學習中遇到問題時，可以在固定的答疑地點找到教師進行解答。但是，該答疑方式不夠靈活，若學生發現問題了只能等到固定的答疑時間才能得到解答，容易磨滅學生的學習熱情。此外，答疑資源和需求不匹配。例如：在每學期教學前期，前來答疑的學生往往很少，甚至出現沒有學生前來答疑而教師空等一下午的情況，造成資源和人力的浪費；而臨近期中或期末考試，具有答疑需求的學生人數則會激增，而此時教師資源有限，答疑需求不能夠充分被滿足。

針對此問題，教師可以將學生遇到比較集中的例題、課后題等問題制作成微課，在課后發布給學生，方便學生隨時隨地學習查閱，一方面彌補了師資力量的不足，另一方面也提高了答疑的時效性，有助于學生保持學習熱情[6]。

2.3.3 將微課應用于物理學科知識的補充和拓展

大學物理的教學，不應僅限于經典物理學知識的傳授，更重要的是引導學生通過學習與思考，將這些經典知識進行靈活運用，從而去理解和解決生活、工作甚至科學研究中的現象與問題。大學物理教學承擔著開闊學生的科學視野、培養學生的科學素養的任務。在實際的課堂教學中，限于課時和教學大綱的要求，往往沒有足夠的時間對經典知識進行拓展，大大限制了大學物理課程作用的發揮，微課可以使這一方面的需求在一定程度上得以滿足。教師可以把某些有意義的日常生產生活中與課堂知識相關內容、物理學史的內容、科技前沿內容等制作成微課，作為課堂知識的拓展發放給學生；同時，設置不同層次的問題，供不同學習程度的學生思考。一方面開闊學生的視野，另一方面也可以滿足不同層次學生學習的需求[7]。例如：可以將我國傳統文化中“龍洗盆”的現象（當雙手心沾水并放在兩盆耳上快速摩擦時，盆中的水會濺起水花）制作成微課，在講解了共振和駐波的相關知識后，讓學生觀看微課視頻，并運用所學知識嘗試對此現象進行理解和解釋。這可以在一定程度上激發學生對新奇現象的好奇心和探索欲，引發學生思考，同時也可以加深學生對我國傳統文化的了解，增強了學生的文化自信[8]。

3 微課輔助大學物理教學的應用舉例

在制作微課時，要清楚微課是為了滿足學生的學習需求而制作，必須以學生為中心[9]。首先，要注意并不是所有的內容都適合用來制作微課，而應該從學生角度出發，選擇教學當中的重、難點作為微課的主題。其次，微課是一個完整的教學結構，導入、授課、互動、結束等環節都需要進行設計，使微課視頻結構緊湊有趣，層層吸引，環環相扣。最后，微課程發布后，教師要對學生微課程的學習情況進行管理，并且根據反饋適當對微課程內容進行調整優化[10]。下文將以“剛體力學基礎”一章的課前預習為主題，來具體展開一個微課輔助大學物理教學的實例。

3.1 主題選擇

剛體是指經外力作用后，體積和形狀都不會發生明顯變化的物體。剛體動力學是一般力學的一個分支，研究剛體在外力作用下的運動規律，是計算機器部件的運動，艦船、飛機、火箭等航行器的運動以及天體姿態運動的力學基礎。

本科階段所學習的剛體力學相關內容，是在一般力學中質點運動學、質點動力學、動能、勢能、角動量、動（能）量守恒定律、等概念與知識點的基礎之上，拓展出的描述剛體運動規律的力矩、轉動定律、轉動慣量、角動量、角動量守恒定律、剛體繞定軸轉動的動能定理、經典力學的成就和局限性等一系列重要知識點。由于學生在中學階段主要用到一般力學的知識，并且已經形成了某些固定的思維模式，而對剛體力學的相關概念完全是沒有接觸過。因此，在遇到剛體的定軸轉動定律、角動量定理和角動量守恒定律等需要打破原有思維模式的新模型、新概念、新定律時，學生會感覺到生疏和難以接受。如果教師直接對剛體模型進行課堂講解，容易使學生感覺“霧里看花”，從而減弱學習興趣。因此，將微課應用于剛體力學的課前預習，利用動畫效果來展示和強調不同種類剛體運動的區別和聯系，幫學生提前建立一個具體的印象，不失為一種好的教學策略。

3.2 微課程設計

3.2.1 教學課題

剛體力學基礎課前預習。

3.2.2 教學目標

（1）知識技能培養：①建立剛體模型，了解剛體平動和轉動的特點；②理解力矩、轉動慣量的概念；③初步了解剛體轉動的角量描述。

（2）思維能力培養：①運用動畫展示、實例分析等方式，對剛體模型進行展示，抽象總結出剛體的概念與剛體定軸轉動的特點，學習物理模型建立的方法；②對剛體定軸轉動的特點進行分析，并與質點運動學中質點的運動特點進行類比，思考引入角量描述的必要性。

（3）情感態度培養：①探索生活中剛體定軸轉動的實例并分析其特點，體會物理學知識在生活中的巨大作用，激發學習物理的興趣；②通過探尋、思考生活中的剛體模型，培養學生細致觀察、認真分析、發現問題、解決問題的能力。

3.2.3 教學重點難點

剛體模型的建立、剛體運動規律的描述。

3.2.4 教學設計思路

以日常生活中的動畫實例為線索，通過感官刺激，化抽象思維為形象思維；引導學生進行思考、討論，學習運用“建模”“類比”等物理方法對概念和規律進行總結歸納；嘗試運用總結出的物理規律分析實際問題。

3.2.5 教學流程圖

圖1 為教學流程圖，圖1 中4 個動畫分別設計為：（1）火車在直線軌道上行駛；（2）旋轉的陀螺；（3）在線繩上滾動的空竹；（4）摩天輪。

圖1 教學流程圖

3.2.6 微視頻制作

視頻內容設計為4 個環節：（1）觀看動畫，導入剛體概念（1 min）；（2）思考并總結剛體兩種基本運動形式的特點（3 min）；（3）總結異同，思考定軸轉動的描述方式（2 min）；（4）探索剛體模型在生活中的應用實例（1 min）。

視頻制作采取動畫制作與視頻拍攝、剪輯相結合的方式。

3.3 微課程的發布、考評與反饋

微課程的發布、管理和使用可以通過超星學習通教學平臺進行。首先，教師在學習通創建課程；其次，上傳微課視頻，將視頻設置成任務點，并把微課觀看情況作為平時成績的一部分，督促學生在課前12 h 內觀看，并思考相關問題；同時，教師也可以通過統計功能查看每位學生的學習情況，以便更有針對性地開展教學活動，提高教學效果；最后，組織學生對微課學習效果進行反饋，并據此對微課內容進行修改、調整和優化，對微課資源的質量進行提升，最終實現微課輔助大學物理教學的目標。

4 結語

微課程具有課程時間短、包含內容少、主題突出、針對性強、學習形式靈活多樣等特點。通過對微課內容進行合理設計，不僅可以讓學生提前對關鍵節點式信息進行提前學習，使知識點的邏輯性和連貫性得到有效保持，使課堂教學效果得到提升；而且可以對課堂知識進行拓展和補充，開闊學生的科學視野，滿足學生個性化學習的需求，激發學生的學習興趣。因此，將微課用于輔助大學物理教學，將有望改善大學物理教學的現狀，提高教學質量。然而，微課融入大學物理教學的具體方式，以及如何實現微課與課堂教學的有效結合，仍然值得廣大教師積極探索與實踐。