微视频深度融合的动态视听教学方法研究
田鹏 郭潇逸 黄劼 刘芹利
摘 要：多媒体视频作为一种常见的计算机辅助教学方法，其图文声像的融合程度将直接影响课堂讲授过程。文章提出微视频课件精制与授课内容深度融合的动态视听教学新思路。课件沿用动态PPT的制作模式，首先分析学生的知识掌握情况，拆分授课内容的重难点，接着采用计算机触屏和屏幕录像方式将板书构图动态化，并借助仿真动画的演示将抽象概念形象化，最后依据讲授知识拆分成深度融合的系列微视频嵌入到课件中，借助影音编辑营造视听感受。这种与讲授同步的动态视听教学模式能够吸引学生的学习兴趣，改变理论课和专业课枯燥的学习情景，使知识点更容易理解和识记。
关键词：微视频;动态视听;多媒体教学
中图分类号：TP37 ? ? ?文献标志码：B ? ? ? ? ?文章编号：1673-8454（2021）02-0083-04
一、引言
以数学计算为基础的理论课和专业课，要求学生具有谨密的逻辑思维以及较强的抽象思维[1]。授课时一旦产生知识点迟滞甚至断路，将会直接影响其后一系列的知识获取。故而高校中数学类课程的不及格率普遍偏高。传统的讲授方法，教师依靠深厚的学术底蕴和丰富的教学技巧，能够在教学课堂中把控授课节奏[2]，但是知识的理解困难和枯燥的学习氛围，使学生难以长时间保持饱满的学习状态。微视频教学方法，采用声像结合的方式，经过精细的影音编辑后可以有效吸引学生的注意力，并将抽象思维形象化，常用于展现具体的应用实例或者实操步骤[3][4]。该方法作为计算机辅助教学内容，广泛应用于高校教师课件之中，然而常常存在因视频格式问题无法播放，或者视频内容冗余以及与理论知识的关联性较弱等问题。
随着计算机硬件技术的不断更新和影音编辑软件的逐渐迭代，微视频教学方法逐步创新，如交互式微视频能夠在较短时间内呈现学习知识和提供一个自主动手实践的操作平台[5][6]。基于网络化的视频课程能够提供更多的学习资源[7][8]。因此，依托多元化的教学资源和先进的计算机技术，能够将传统授课方法和微视频教学方法的各自优势结合起来，形成一种授课教师可以把控讲授节奏又极具动态视听感受的新方法。
二、微视频深度融合方法
课堂讲授是大学教师传授学生知识和技能的基本方式，教师根据学生的知识架构和实时反馈，在课堂上适时调整自己的授课策略，是有效教学的前提。视频教学是基于计算机技术的一种教学手段，依赖于高校教师按照制定的教学大纲，编制授课计划和内容。通过计算机辅助教学，将微视频深度融合在课件之中，形成新颖有趣的动态教学方法，主要采用的信息技术有以下几个方面：
1.微视频与PPT课件的深度融合
微视频为教学提供形象化的教学辅助手段，普遍应用于课堂教学环节。在PPT课件当中，普遍采用超链接的方式将视频播放与文本内容相关联。然而教师制作课件的电脑软件系统与授课教室的软件系统存在差异，会出现超链接失效或者微视频无法播放的情况，一定程度上影响学生吸收知识的连贯性，甚至干扰教师的授课节奏。目前，将微视频与PPT课件放置在同一个文件夹中，并在授课前对课件进行调试，是确保视频兼容性的有效方式。即便如此，若课件和视频分属两个文件，授课时需要来回切换，视觉上存在短暂的适应过程。
微视频的深度融合能够确保知识的连续性，给学生营造沉浸式的学习条件。考虑到绝大多数教师的办公系统和教室授课系统是微软操作系统，且系统版本在Win7及以上，只需要将视频格式转换为系统默认格式，其内置的影音播放器和PPT课件即可实现微视频的深度融合。具体的处理过程有，首先将授课时需要播放的视频文件转换为WMV或者AVI格式，前者为压缩格式文件较小，后者为高清模式文件较大，根据授课需求选择;接着将视频直接插入到PPT空白页面中，并调整视频文件框位置，使其与PPT版面尺寸兼容;最后调整页面背景色为黑色，填充未被视频覆盖的版面，使其在播放时相互融为一体。
上述直接在PPT课件中插入视频文件，是微视频深度融合教学方法的基本步骤，其视频已经与课件融合在一起，不需要单独保存，避免了超链接方式可能遭遇的问题。另外移植性好，基本可以保证安装微软操作系统的教学系统正常播放以及授课时图文声像幻灯片切换更加自然和流畅。
2.文字内容的深度融合
对于课程中的知识点讲解，传统讲授方法是必不可少的。基于数学计算的工程类专业课，复杂的公式时常出现在PPT页面中。专业课教师根据自己多年的研究，对公式进行演算从而解决某些工程问题或者科学诠释某些绮丽的现象。
经典的白底黑字是较多工程类专业教师采用的PPT版式，虽然充分体现了学术的严谨性，但是显得有些枯燥和单调。部分擅长课件制作的教师，通过给文字添加动画使其具有一定的视觉效果。若进一步，可以将深度融合的微视频和文字动画结合起来，达到文字内容的深度融合。
微视频不仅能够作为授课内容中展示知识的一部分，也能作为背景色使用。选取合适的微视频背景素材内容，通过前一步处理后，调整视频尺寸覆盖PPT版面，并将视频文件的上下层位置放于最底层，即实现了动态背景。根据微视频背景色调，为文字添加适宜的动画，即达到了文字内容深度融合的目的。值得注意的是微视频作为动态背景时，应衬托和彰显文字内容，避免色彩太过鲜艳反客为主。另外微视频作为动态背景时，可设置为自动播放，与幻灯片切换、文字动画无缝连接。
3.板书构图的动态化
课堂教学过程中，板书构图是加深、延展、串联知识的基本教学技能。特别是教师在讲述某个知识点时，若涉及多个关联内容，则需要逐层抽丝剥茧。对于数学基础类课程，如《高等数学》《线性代数》《概率与统计》等，拥有丰富教学经验的授课教师，依靠清晰的数理逻辑，一支粉笔就能够将知识详解透彻，故此板书和构图依旧是数学基础课的重要教学手段。然而在专业课中，更高阶的数学公式应用到实际问题的解决当中，如复变函数、积分变换等，随着公式的复杂程度增加，对板书的规范性要求就越来越高，这种传统教学模式在消耗大量时间的同时，亦不一定能取得良好的教学效果。
得益于计算机的普及，大部分专业课教师的公式推算过程可呈现在PPT课件中，授课过程中的板书减少，仅以关键词、相关性等为主要书写内容。且伴随着触摸屏的广泛使用，黑板逐渐退出了主导地位，高校讲师可以直接在屏幕上书写，其灵活性大幅度提高。构图是计算分析必不可少的部分，如电路分析、光的传播、应力的分布、热传导等。借助触屏和屏幕录像软件，教师可直接将屏幕作为画板，勾勒出与授课知识关联的分析图样。不仅如此，作图的过程动态化，学生可以反复观看，亦能给教师课后提供教学反思。
本文提出的动态教学方法是以微视频深度融合为前提。授课教师在拆分知识内容后，制作课件过程即采用上述技术完成主要的构图。其构图的过程制成微视频，并建议采用不同的线条色彩制作，经过影音编剧后，能够呈现出兼有动态视听乐趣的学习内容。授课时，再辅以精简的板书或构图细节分析，实现知识讲解和视觉映象的深度融合。
4.抽象概念的形象化
抽象概念通常都是专业课中的知识重点和难点，要求学生具备较强的理论基础和联想思维，更要求授课教师利用通俗易懂的语言来表达和引导。简单的坐标图片难以与真实的空间立体状态相关联，若要推演其演化过程更加困难，甚至有一些原理以及相关的现象无法用现有的词汇来描述。此外，教师在描述抽象概念时会根据学生的反馈自由发挥，没有统一的标准。一旦学生没有理解透彻，在下节课回顾知识点时，新的描述语言可能会与已有知识冲突，不仅没有强化记忆，反而新增困惑。
以动画来表达抽象概念的微视频深度融合方法，可以将理论知识点的表达标准化，让授课与课程回顾时的内容高度统一，并且将公式与现象的演变高度统一。对于工科专业基础知识类的抽象概念，网络素材资源较多，择优选取三维动画微视频进行再加工即可。深入学术前沿领域的抽象概念，比如在大三或大四開设的专业综合实践类课程，则需要授课教师在学科领域具备深厚的知识和材料沉淀。除了学术期刊资源库所提供或者教师自己动手录制的一些科学实验短视频外，较为便捷的方法是通过数张动态变化的仿真或者实验图片来表达，并以此配合公式演算过程制作成独具特色的微视频。
5.微视频的精准编辑
在上述四个方面的视频化处理后形成数个微视频源文件，需要进一步根据教学大纲、授课内容、知识重难点等与课堂教学息息相关的因素控制视频内容和时长，并选配适宜的音乐背景，满足教师对授课过程的精准把控。
微视频作为内容播放时，如实验操作、手术实施、技术展示等，需要对视频内容进行编辑，去掉冗余部分，例如网络素材中的开头与结尾;对于学生掌握情况较好或者属于公共知识部分的内容，可加速播放;视频中有需要提示的部分或者画面有误导信息、画面中有明显的水印等，可以通过对该系列帧图像进行处理，以保证视频的严谨性。总体而言，为了保证视觉上的连贯性，微视频编剧可精确到毫秒级别。
此外，微视频作为动态背景时，一般用于课堂知识讲述阶段，保持静默并且将视频内容缩短为数秒，不间断地重复播放。该方式可降低计算机系统负荷，保证文字动画的顺利演示，突出教师授课核心的教师讲解、学生回答和师生互动等环节，增加课件的生动性。构图和抽象概念微视频是与数学知识紧密结合的，除了对视频精准编辑外，还需要按照知识点的相关性或者层级关系，拆分成多个微小视频插入到多张连续版面中，以此来替代传统手动暂停的方式。每个知识点都可以独立地重复播放，知识点间的链接不间断，有助于授课教师对课堂节奏的充分掌控。
三、动态视听教学方法的应用实践
本节将“微视频深度融合的动态视听教学方法”应用在《光学工程》第一节导论课程中，并以大一年级的新生作为研究目标，进一步探讨动态视听教学课件的制作方法，并通过课堂教室的摄像系统记录学生的学习情况，综合分析该方法怎样更好地服务于课堂教学中。
1.动态视听课件的精制
本节课的教学目标是辨析几何光学与物理光学的区别。首先能够利用现有的光学知识解释生活中常见的光学现象;其次了解几何光学的几个基本概念：光线、成像、像差（球差和色差）以及矫正方法;再次初识物理光学中光波的基本概念，进一步拓展延伸到光的偏振、衍射、干涉;最后以几何与物理光学不同的应用作为结束。
课件首先以蓝色星空的微视频作为背景，营造出深空的玄奥与绮丽。接着分别选取了生活中几何光学与物理光学的两个常见光学现象，以视频的方式串联在一起，由浅入深，抛出生活中的光学问题。用动画的方式解释生活中的两个几何光学知识，又分别以微视频的方式分别讲授几何光学的几个基本概念。在物理光学部分，特别是光的波动性，将反复播放仿真动画，并将生活中的三维成像相结合，探究偏振态的应用。
视频编辑软件采用Camtasia Studio，该软件可以很方便地进行屏幕操作的录制和配音、视频的剪辑和过场动画、添加说明字幕和水印、制作视频封面和菜单、视频压缩和播放[9]。视频格式转换软件采用格式工厂，该软件支持几乎所有类型多媒体格式转换到常用的几种格式。
课件总视频数量为29个，总时长16分45秒。背景微视频2个总计57秒，实际视频播放时长15分48秒，占一节课的时间比例为35%。具体分布情况见图1。如图1（a）所示，课件视频类型主要有背景、现象、理论、实验、应用、导入6个部分。动态视频背景主要以文字讲授内容作为衬底，使整个课件动态连贯;现象以生活中的具体情节作为分析，导入课程理论;理论推导是重点和难点，采用大量仿真图像来加深学生的抽象思维和想象力;基于讲授的理论，利用简单的小实验视频来验证理论;最后联系到生活中的应用实例，简述用到的基础原理。课程导入以前一节课程的知识重难点为主，本节课程以大一年级学生作为讲授对象，以几个常见的光学问题作为课程导入。如图1（b）所示，视频大都在10秒、30秒、60秒三个档，10秒以理论仿真视频为主，30秒为现象和实验为主，60秒以实际应用案例为主。
2.课堂教学效果分析
本次授课对象为大一新生，基于小班化教学模式，班级人数为22人。课后测验参照艾宾浩斯遗忘曲线，为授课完成后20分钟填写第一次，1小时候后填写第二次。题目主要为本节课相关知识点以及知识点相关的视频，考察学生通过课程学习后的实际教学效果。
（1）学生评价分析
课程的适应性评价采用问卷调查的方式，主要分为非常适应、适应、一般、不适应、非常不适应五个级次。问卷调查统计显示，微视频深度融合的动态视听教学方法，未出现学生难以适应的情况，呈现普适性的特点。
选择一般的学生占总人数的50%，适应和非常适应的学生人数分别占比32%和18%。学生对课程的适应性一定程度上决定了课程的学习情况。进一步对学习情况评价进行统计，45%的学生认为自己清楚本次课程的知识点，9%认为完全清楚本次课程的知识点。仍然有41%的学生在半知半解状态，在与这些学生交流之后获悉他们对几何光学的知识点掌握透彻，因高中物理和大学物理相关性高，学生有一定的基础知识储备，故而知识的吸收较为容易且具有连贯性，但在物理光学方面，知识太过抽象，数理功底和该类光学基础知识欠缺，理解存在一定的难度，需要着重强化。值得注意的是仍有1个学生（5%）未理解知识点，交流得知该生对数学类课程学习起来极其困难，已计划转移到非数学类专业学习，而如何增强该生学习数学类课程的兴趣，需要进一步的研究。
（2）学生知识掌握情况分析
对学生进行调查问卷分析，反应的是学生的主观评价，了解其对知识点的掌握情况则要辅以客观评价。学生知识掌握情况的考察参考李克特五级量表，分为非常清楚、清楚、似懂非懂、不懂、难以理解五个等级，在统计数据时用1-5来代替。在学生自我评判的下方，同时提出一个与知识点相关的考点，以填空的方式要求学生作答。
图2所示为学生整体知识掌握情况的统计分析，问卷设置为“分辨几何光学与物理光学”，由学生自我评价对本节课知识内容的掌握程度;问题设置为“简述几何光学与物理光学的典型特征”，由教师评阅确保问卷调查的客观性。从图2可以看出第一次测试和第二次测试曲线基本重合，说明大部分学生的知识掌握情况在这一个小时里没有显著变化。其中有三位学生存在显著性变化，其中一个学生在第一次测试时为似懂非懂，第二次测试时为清楚，分析调查问卷和对话发现，该生数学基础不够扎实，学习数学类课程非常艰难，知识的掌握偏慢，理解吸收后掌握知识点;另两个学生知识点掌握不够牢靠，转移学习其他课程知识后，知识点的掌握情况显著下降。
（3）学生知识和微视频记忆情况分析
本节授课内容涉及到7个重要知识点，针对这几个知识点在记忆牢固方面进行差异化的统计和分析，总计147份数据，其中84%的学生在前后两次知识点记忆没有变化。相较于经典的遗忘曲线而言，即1小时保留的记忆占20分钟前的76%，知识点的记忆效果明显提升。有4%的学生在课堂结束后，经过同学间的交流和帮助，理解了授课内容，记忆效果变得更加深刻;另外有12%的学生逐渐遗忘了在课堂中接受的知识内容。
对7个知识点的辅助视频的学生记忆情况进行分析，同样147份数据，保留的记忆效果为73%，明显低于遗忘曲线的保有率。当然微视频是辅助学生理解知识内容，不要求记忆。优势是可以重复播放，课堂结束后学生通过反复观摩视频动画，强调或者帮助理解知识点，故而有12%的学生第二次测试时，视频记忆变得清晰，甚至有1%的学生留下了深刻的印象。故此微视频的记忆牢固性达到86%，超过遗忘曲线10%。当然也有14%的学生逐渐遗忘了课堂中用到的微视频。
四、动态视听教学方法研究总结
微视频作为一种重要的教学资源和媒体，普遍应用于高校课堂教学中。高校教师在授课时将其作为辅助教学手段，促进学生对基础知识的掌握，提升学生对此类知识的观感和学习兴趣。本文通过影音编輯技术以及课件无缝衔接转换的制作，将传统的讲授法和数字化音视频两种模式深度融合，形成微视频深度融合的动态视听教学方法。该方法在数学类专业课中具有普适性的优势，可以改善枯燥的教学环境，吸引学生的学习兴趣，强化和辅助理解疑难知识点，加深授课知识内容的记忆。当然，针对小部分喜欢推理计算的学生，该方法会降低其学习成就感和过程感，需要教师在授课时根据学情分析把控难易度和节奏，并在授课时合理安排理论讲授与微视频演示的时间。
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