| 标题 | 智慧学习环境中独立学院大学物理微课程教学研究 |
| 范文 | 许成科 张登玉 唐世清 汪新文 [摘 要]微课程以其短小精悍、自由性强的特性逐步受到教育领域的重视，相关联的学习形式革新了传统的教学模式。在当今智慧学习环境中，以微课程为基础的大学物理教学活动更能调动独立学院学生的学习积极性。文章对微课程的概念、特征进行了探讨，结合当前独立学院大学物理教与学的困境，在认知负荷理论的指导下，探讨独立学院大学物理微课程的视频设计制作方法和教学应用模型。 [关键词]大学物理；微课程；认知负荷理论；智慧学习环境；设计 [中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2018）11-0113-04 21世纪是以信息化为特征的知识经济时代。随着社交媒体和新一代信息技术的快速发展和广泛应用，开放和共享成为时代特征，学习呈现个性化和多元化的特点，学习环境逐步演变成一种新型的智慧学习环境。黄荣怀等提出，智慧学习环境是指对学习情景感知和学习特征识别，利用所提供的合适的学习资源，借助于便利的交流互动工具或手段，自动记录学习过程和评测结果，有效促进学习效果提高的环境[1]。 与传统的学习环境比较，智慧学习环境具有学习个性化和资源共享的特点，其先进的信息技术、丰富的学习资源、便利的互动交流工具为多形式教学活动的开展提供支持。学习者利用智能移动设备，借助发达的信息网络技术，学习各种各样的学习资源，如在线开放课程、教学视频、电子图书等，并且学习者之间、学习者与指导者之间可以随时随地开展交流与互动。教师也由此获得丰富的资源开展教学活动。 獨立学院的学生数理基础较本二的学生差，自我约束力较弱，课堂注意力持续时间较短，但其社会活动能力强，接受新事物快，易接受或融入以信息网络技术为基础的智慧学习环境。独立学院大学物理课程丰富的教学内容和不足的学时矛盾一段时期内会继续存在[2]。因此，研究适应新时代独立学院大学物理的教学模式，充分利用学习者的“碎片化”时间，有效减少认知负荷，提升大学物理教学质量，成为大学物理教师亟须解决的主要问题之一。在此背景下，本文探究了微课程教学的理论基础和教学设计方法，以期对独立学院大学物理教学提供参考。 一、微课程简介 （一）微课程概念 从已有微课程教学研究报道中笔者发现，目前对微课程没有统一、明确的概念界定，胡铁生等人的研究以及教育部教育管理信息中心文件表明[3-4]，微课程又名微课，它是在学习理论的指导下，将学科知识点的讲授、例题习题和疑难问题讲解以及实验操作等教学过程制作成一种情景化、支持多样化学习方式的新型在线网络视频课程，此课程以教学视频为主要载体，核心资源为教学内容。围绕微视频形成了由教师提供的相对静态的微教案、微课件、微练习等技术化资源和在组织教学活动和应用过程中动态生成的微反思、微点评、微反馈等智慧型资源。静态和动态的教学资源以一定的关系和呈现方式共同营造了一个结构化明显、主题突出的微课程生态环境，参见图1。对学习者而言，微视频优化了学习内容和学习目标间的关系。学习者的学习体验更加明确、聚焦。 （二）微课程特征 1.时间“微”。微视频设计的时长控制在5-8分钟，一般不超过10分钟，符合人类认知特点和注意力保持规律。与传统课堂相比较，短小的课程更加符合学习者的认知规律，短时间学习更有利于学习者保持高度集中的注意力，充分利用碎片化时间，高效完成知识建构[5]。 2.内容“微”。考虑系统性和完整性，传统课堂的教学前期需要开展足够的铺垫和引导，而微课程通过合理的设计对传统课堂的知识内容进行分割，直接聚焦教学中的重点难点，微课程主题更加突出，学生容易达成微目标，不断实现微小的进步[6]。 3.微时代性。微课程可在多种资源平台进行共享，提供在线开放服务，组成微课程的微视频，其存储容量小，能被各种便携式移动终端设备支持，学习非常方便，不受时间和地点的限制，契合当今微时代学习者信息化环境和碎片化时间的总体要求，交互性强，使用便捷。 4.情境性。微视频通过信息技术手段将最符合主题和目标的资源优化整合，形成平缓的知识阶梯，具有真实、信息量丰富的特点，其他教学辅助性材料以微视频为中心构成了一个主题鲜明、类型多样、结构紧凑的“主题单元资源包”，营造了一个真实的“微教学资源生态环境”，有利于促进学习者隐性知识、默会知识等高阶思维能力的提高[7]。 5.建构性。微课程由静态的技术性资源和动态的智慧型资源围绕微视频为中心组成，形成半结构化特征。学习者之间、学习者与教师之间的交流、互动，形成对知识新的演绎和理解，达成构建新知识目标。教师在半结构上建构，对课程进行多次补充和完善，使课程结构更加优化，教学目标达成度更高。 二、微课程应用 （一）应用于大学物理教学的意义 物理学是研究物质基本结构、相互作用与转化和运行规律的科学，是一切自然科学的基础。大学物理是高等院校理工类学生一门重要的专业基础课，在工程意识、思维、创新能力和科学素养等方面的培养起着不可替代的重要作用，但由于本身课程特点和当今环境下形成的多方面的原因，大学物理教学陷入了“教师难教、学生难学”的困境[8]，独立学院尤为突出。 造成大学物理教学困境的原因主要是：一方面，由于高校扩招，许多高校受师资、教学条件等客观条件的限制，一部分理工类学生在高考中不考物理，使得此类学生物理基础差，而大学物理合班上课并没有将学生进行区分教学，同一个教学班学生物理基础悬殊，教师教学无法兼顾每一个学生；另一方面，大学物理课程是以高等数学为基础，课程学习之前学生必须做好充分的预习，而且课堂上要注意力高度集中，而实际上是学生的数理基础差、注意力易分散，课堂教学也缺乏吸引力和互动性。因此，寻求大学物理教学改革的突破成为广大物理教师努力的主要方向。 结合当今智慧学习环境，充分调动学生学习大学物理的积极性，增强教学的互动性、探究性，在基于学生认知规律的前提条件下，探究大学物理微课程教学，设计教学合理、内容丰富、讲解明确、情境生动的微课程不失为一条突破大学物理教学困境的有效途径。 （二）应用的理论依据 微课程应用和设计的理论依据是认知负荷理论（CLT）。CLT认知负荷理论建立的基础为信息加工心理学，存在基础人类信息加工容量的有限性[9]。约翰·斯威勒（John Sweller）认为认知负荷是基于资源有限、工作记忆和图式理论之上，在学习者认知系统中施加的一定时间内的心理活动总量。 CLT分为内部认知负荷、外部认知负荷和关联认知负荷三种，三者总和即为认知负荷总量。受学习材料本身复杂程度和学习者自身知识条件限制，各元素间交互形成内部认知负荷。一般不当教学引起外部认知负荷，具有无用性，属于超越内部认知负荷的额外负荷。关联认知负荷是由学习者在知识图式构建和认知志愿投入自动化过程活动中，将认知资源分配到学习活动中去[10]。为提高学习者的学习效果，教学中应该尽可能减少外部认知负荷，增大学习者的关联认知负荷，使学习过程中产生的认知负荷总量不超过学习者个体承受的范围。 （三）大学物理微课程设计 CLT不仅让教师深刻理解学习过程，还为微课程的教学设计提供强有力的指导。良好的教学设计是根据内容的不同，选用不同的认知负荷策略对微课程进行设计，从而构建出适合学习者工作记忆加工的学习对象，使教师教学效果更加出色。本文根据李小刚等[6]人的研究成果，将大学物理微课程设计分为内容、媒体和可用性这三个方面进行阐述。 1.内容设计 微课程视频作为微课程资源的核心组成部分，其质量高低直接影响学习者的学习效果。对微课程而言，制作视频必须对内容的适切性进行选择，首要解决的问题就是如何将知识点进行合理的切割，即将知识点的内容进行微型化处理。 教学内容目标明确、主题鲜明。微课程教学时间短，不足传统课堂时间的四分之一，甚至更少，因此内容上不求大求全、系统化构建，而是根据“微目标”的标准，按照最小粒度原则对教学内容进行选择与设计。微视频承载单一完整的知识内容，各视频间相对独立，却又相互关联，每个知识点与相邻知识点间能松散组合，但也不一定组合[11]。比如“机械振动”的第一节“简谐振动的动力学特征”，传统课堂讲授时间为45分钟，微课程设计可分成“振动、机械振动和简谐振动定义”、“弹簧振子物理模型”、“微振动的简谐近似”三个“微目标”来达成，每个微目标相互独立，相邻之间又紧密联系构成本节知识整体。 微课程视频内容“微”而不“碎”，根据学习主题形成一系列的微课程，其不破坏原有章节教学或知识点的完整性。例如，“振动、机械振动和简谐振动定义”“弹簧振子物理模型”“微振动的简谐近似”这三个微课程紧紧围绕“简谐振動的动力学特征”这一主题，微课程之间相互关联，形成平缓的知识迁移阶梯，增强了学习者的黏度，较好地完成主题学习目标。 微课程的“微”主要体现在短小精悍上，为克服传统课堂资源模式资源粒度大的弊端，将传统课堂教学内容化整为零，进行内容分割和知识点微型化处理，减少学习者的内部和外部认知负荷，增加关联认知负荷。具体实践可采用微内容结构脚本[6]的办法，合理切割，将传统的整体的教学内容分成主题、话题、学习对象这三个部分，学习作为微课程教学视频设计与制作的落脚点。根据最小粒度原则，每一个学习对象承载着一个单独的知识点，其作为知识的基本单元，根据教学需要可以进行合适的组合，以“刚体定轴转动的描述”为例，教学内容的分割设计如表1所示。 2.媒体设计 前期合理的内容设计是高质量微课程的基础，视听媒体技术的合理运用是微课视频制作的关键环节，它决定微课程最终的表现形式，也很大程度上决定微课程作品最终的成败。当前视频制作方法主要有三种类型，分别是课堂实录、内容演示、实录与演示结合。 （1）课堂实录 课堂实录型视频的拍摄和编辑与传统课堂教学视频的制作方法相似，一台摄像设备加上教师本人就具备了视频制作的前期条件。微课程短小精悍，相较传统课堂视频录制，要求更高，制作更加精良，视频中的视、音效等对学习者更具有吸引力。录制时，教师要合理把握导入节奏，教学内容导入简洁并具趣味性，降低不必要的外部认知负荷；宜采用中近景对焦教师以及黑板（投影屏幕），避免分散学习者的注意力，镜头调度更加准确，推拉转摆要意有所指；字幕需要做到言简意赅。随着数字媒体技术的发展，专业的视频录制工具也被广泛地应用。根据现有许多微视频制作报道和作者视频录制实践，微视频录制的一般流程主要包括撰写微课程内容脚本、录制样片定型、正式拍摄、后期剪辑形成作品这四个阶段（见图2）。 （2）内容演示 内容演示型视频指的是利用屏幕录制软件将教师解说的音频信号和教学PPT画面进行同步并保存。此视频适合倾向于演示性微课程教学。后期通过premier或绘声绘影等专业软件对画面、音频等方面进行处理，将视频缺陷做精细的、专业的编辑校正，并配上合适的字幕和片头片尾信息，视频屏幕中不出现授课教师，主要是利用声音、PPT画面同步切换及电子黑板系统的手写板书方式带领学习者不断地学习与思考，教师犹如在身旁，学习者与教师的心理距离小，注意力不易分散。 （3）实录与演示结合 单纯的课堂实录或者内容演示视频有着各自的侧重，而大学物理课程有着与其他课程不同的特征，包含理论推导（物理规律的数理推算）和实践应用（实验、实际应用等）的知识内容决定了其微课程视频的制作宜将实录与演示方式相结合使用。首先，教师真人出镜进行内、外景拍摄，导入课程和演示实验现象；其次，PPT录屏技术完成知识点的讲解和数理推导；最后，后期剪辑合成及配上字幕。 3.可用性设计 目前教学资源非常丰富，但优秀的资源不多，其中很重要的原因是从优化学习者学习体验角度对教学资源进行的可用性设计往往不被重视。因此，在微课程设计、制作和发布的过程中，应当首先考虑学习者的要求，将其使用体验始终摆在重要位置上，加强微课程的艺术表现力和情境感染力。微课程的制作中，需要思考“更好地获取学习者的注意力，创设自由快乐的学习体验”[12]，让几分钟的微课程充满着艺术表现力和情境感染力，深深抓住学习者的心；幽默的语言闪现智慧的火花，设计的小故事或小现象和小策略巧妙而又深刻；在最小粒度原则内科学合理地控制学习任务负载。 三、微课程的教学应用及优点 （一）微课程教学应用 在智慧学习环境的背景下，学习者借助快速发达的信息网络技术、社交媒体平台等，利用随身携带的智能移动设备，十分方便地开展微课程学习。 微课程为傳统课堂教学提供了有力帮助。学习者课前利用碎片化时间观看微课程视频完成对重要内容的预习，并借助于交流互动平台将存在的问题及时反馈给教师，同时与其他学习者进行讨论，构建自己对知识的理解；课堂上，教师可将难度系数小、易理解的知识讲授时间缩短，而将大量时间用于重难点问题的探究和理解上。 微课程的“针对具体问题、推崇自主学习”的教学理念和“线上线下”便捷的学习途径为翻转课堂教学的开展提供了有力的资源支持。根据大学物理教学实际，总结国内外典型的翻转课堂特点，给出了微课程应用于翻转课堂的教学模型（见图3）。 （二）微课程的优点 1.具有个性化、专题化和易传播性的优点 在智慧学习环境中，微课程以其短小精悍特点和用户优良的视听体验，构建了各种不同学科的、丰富的学习资源生态环境，为个性化学习提供了强有力的支持。根据学科知识要求，教师可以按照本人教学风格、特色来录制视频，形成系列化、专题化的微课程教学主题，既能就此开展连贯性的微课程教学，也能使学习者进行针对性、查漏补缺式的学习[3]。微课程时间短、内存容量小，借助发达的信息网络技术可在便携智能移动设备中广泛传播，相较传统的教学视频，优秀的微课视频在观赏、传播和广泛应用方面有着不可比拟的优势。 2.有利于促进教学理念的发展 微课程的教学应用突破了传统的教学模式，其课前进行知识传授、课堂完成知识内化的教学活动，促使教师将“教师讲授、灌输和学生被动接受”改变为“学生主动探究、接受者并为开发者和创造者”的教学新理念。随着微课程资源的大量建设以及推广、普及，教师在这一过程中不断地更新观念，基于微课程的大学物理教学将发挥重大作用。 四、结语 独立学院大学物理教学面临“教师难教，学生难学”的困境，面对以发达的信息网络技术为基础的智慧学习环境，传统的教学模式难以适应。在认知负荷理论指导下设计的微课程，以其短小精悍、随时随地的特点，或许会成为当前独立学院大学物理教学困境的突破口之一。 [ 参 考 文 献 ] [1] 黄荣怀，杨俊锋，胡永斌.从数字学习环境到智慧学习环境：学习环境的变革与趋势[J].开放教育研究，2012（1）：75-84. [2] 许成科，张登玉，杨兴华，等.基于翻转课堂理念的独立学院大学物理教学模式研究[J].中国教育信息化，2018（1）：77-82. [3] 胡铁生，黄明燕，李民.我国微课发展的三个阶段及其启示[J].远程教育杂志，2013（4）：36-42. [4] 教育部教育管理信息中心.关于举行第四届全国“教学中的互联网应用”优秀教学案例征集评审活动之微课大赛的通知[DB/OL].[2018-01-23].http：//www.cnweike.cn. [5] 胡铁生.“微课”：区域教育信息资源发展的新趋势[J].电化教育研究，2011（10）：61-65. [6] 李小刚，王运武，马德俊，等.微型学习视野下的微课程设计及教学应用研究[J].现代教育技术，2013（10）：31-35. [7] 百度百科.微课[EB/OL].[2018-01-23].https：//baike.baidu.com/iten/微课. [8] 盛霞.改进大学物理教学 提升教学质量[J].广东工业大学学报（社会科学版），2007（S1）：62-63. [9] 辛自强，林崇德.认知负荷与认知技能和图式获得的关系及其教学意义[J].华东师范大学学报（教育科学版），2002（4）：55-60+77. [10] 冯小燕，王志军，李睿莲，等.基于认知负荷理论的微课视频设计与应用研究[J].实验室研究与探索，2017（10）：218-222. [11] 顾小清.终身学习视野下的微型移动学习资源建设[M].上海：华东师范大学出版社，2011. [12] 祝智庭，张浩，顾小清.微型学习：非正式学习的实用模式[J].中国电化教育，2008（2）：10-13. [责任编辑：庞丹丹] |
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