物理實驗課程M—learning教學平臺的設計與教學應用

馬現(xiàn)超++方愷++馬寧生++倪晨

摘 要：在移動互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展、無線通信技術(shù)和智能移動設備迅速普及的背景下，本文通過對智能手機應用軟件（Mobile App）的開發(fā)與實踐，探究了在高等院校教學對傳統(tǒng)課堂教學改革創(chuàng)新的新模式，以具有在線學習和測試功能教學應用軟件為媒介，進行移動學習（M-learning）教學平臺的開發(fā)，并實現(xiàn)其教學應用。同時，結(jié)合當前高等院校中學生普遍的移動學習傾向和大學本科物理實驗的課堂教學模式，建設大學物理移動學習平臺，成為移動端教學應用軟件開發(fā)以及基于移動端的物理實驗教學的一次教學創(chuàng)新實踐探索。

關(guān)鍵詞：移動學習（M-learning）；Mobile App；物理實驗教學；智能手機

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2017）03-0085-04

一、引言

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展、無線通信技術(shù)和移動新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，智能手機中的應用軟件發(fā)展迅速，其中在娛樂、通訊、游戲、教育等方面的應用軟件在各大手機應用市場不斷涌現(xiàn)，也在生活中的各個領(lǐng)域中扮演不可或缺的角色。信息技術(shù)對教育發(fā)展具有革命性的影響，高等教育信息化是促進高等教育改革創(chuàng)新和提高質(zhì)量的有效途徑，也是教育信息化發(fā)展的創(chuàng)新前沿。[1]傳統(tǒng)的課堂教學方式在學習者學習習慣逐步變化的背景之下進行了一系列的改革實踐，其中MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂、混合學習等教學模式成為創(chuàng)新教學新實踐。[2-4]在教學方式改革方面，移動智能設備的應用在教學中的地位日漸凸顯，基于移動互聯(lián)網(wǎng)的應用程序（Web App）、Mobile App等教學實踐也得到一定的實踐發(fā)展。智能手機作為教學平臺在現(xiàn)代高等院校課堂教學中的應用尤為重要，在各大應用市場上，教育類應用軟件也正迅速增長。相關(guān)的在線教育網(wǎng)站如中國大學MOOC，MOOC學院等都開發(fā)有相應的移動客戶端應用軟件供用戶使用。

當前，移動端應用開發(fā)技術(shù)發(fā)展到了一定階段，Mobile App在開發(fā)之時可以獲得足夠的技術(shù)開發(fā)支持。本文旨在利用Mobile App輔助高等院校中的物理實驗課程教學，提高實驗教學效率和教學質(zhì)量。其中，教學平臺的開發(fā)技術(shù)是以在移動端展示的Html5開發(fā)技術(shù)為基礎(chǔ)、以WordPress為內(nèi)容管理系統(tǒng)平臺，結(jié)合Android和IOS應用程序客戶端開發(fā)技術(shù)，為同濟大學本科物理實驗教學開發(fā)出具有在線微課程學習和在線測試功能的客戶端應用程序。

二、移動端教學應用的研究背景

計算機和網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展對教育領(lǐng)域的發(fā)展起到了巨大的推進作用，建成了各種用于實現(xiàn)E-learning功能的計算機應用平臺，包括智能教學系統(tǒng)（ITS），遠程學習系統(tǒng)（DLS）、虛擬實驗室和計算機自適應測試（CAT）系統(tǒng)等，使教育方法和教學評價方法更加靈活多樣。[5]

近年來，智能手機的逐步普及和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，為將手機APP應用于高校教學的信息化建設提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。[6]搭載Android操作系統(tǒng)和IOS操作系統(tǒng)的智能手機、平板電腦等智能移動設備在高等院校學生中的使用已有很高普及率，并且學生的日常學習生活已經(jīng)變得和這些智能移動設備密不可分。如何充分利用智能移動設備并且實現(xiàn)與教學活動之間的資源整合，將學習資源更方便快捷地傳遞給學生已然成為當前教學工作者研究的重點內(nèi)容。移動學習自出現(xiàn)以來就成為教育研究者研究的熱點，也成為了近年來學生獲取學習資源的一種重要途徑。

近年來，基于微信客戶端軟件、Web App等形式的移動學習的教學模式尤為引人關(guān)注，也得到了很多應用?；谖⑿趴蛻舳塑浖ǔＪ褂梦⑿殴娰~號將教學資源以推送的形式發(fā)送給學生，學生在加公眾號關(guān)注之后就可以接收到教學資源。[7，8]

當前，客戶端應用軟件成為移動端應用的主力。區(qū)別于傳統(tǒng)的課堂教學活動中，學生離開課程之后獲取教學資源受到一定局限性的情況，手機終端的優(yōu)勢在于具備可以隨身攜帶、不受時間空間限制以及可以實時查詢信息的特點，移動應用軟件的出現(xiàn)可以使學生更加快捷地獲得教學資源。[9-11]因此，基于移動學習支持平臺的設計與開發(fā)具備扎實的理論指導，具有技術(shù)可行性，在教育領(lǐng)域具有一定的現(xiàn)實意義。[12]

三、基于Hybrid App技術(shù)的移動端教學平臺開發(fā)

目前，在移動端應用程序形式最常見的是基于移動互聯(lián)網(wǎng)的應用程序（Web App）和本地化應用程序（Native App），其中Web App指的是使用Html5技術(shù)開發(fā)、在移動端運行的應用程序。此類應用程序可以通過掃描二維碼和使用鏈接等形式訪問，具有不用下載就可以使用并且適用多種操作系統(tǒng)、多種不同型號設備的智能手機或平板電腦。Native App是通過應用市場下載到手機并安裝到本地的應用軟件，其訪問形式是通過在移動端點擊應用的形式進行訪問。為了更加節(jié)省開發(fā)成本、提高開發(fā)效率，混合模式移動應用（Hybrid App）隨科技的發(fā)展進步和開發(fā)需要應運而生。Hybrid App是運行在客戶端，使用體驗類似于Native App，并通過安裝到本地的形式來訪問Web App。

本項物理實驗教學中引入移動端教學軟件是針對學生對物理實驗知識的學習進行引導，需求是一個具有在線測試功能的移動端應用程序。然而，在線測試系統(tǒng)的建設往往是一個比較復雜的過程，其考慮設計的要素繁多，且耗費時間較長。本文通過使用開源應用系統(tǒng)WordPress以及其插件的形式搭建應用環(huán)境，并且通過二次開發(fā)使應用更加符合教學應用的需求。

在開發(fā)之初，結(jié)合應用軟件以及物理實驗教學的特點，我們進行了教學設計和教學模式的研究。移動端應用軟件需要一個后臺管理系統(tǒng)作為移動端數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓芾?，但是借助于開源系統(tǒng)使開發(fā)變得更加簡單快捷，所采用的WordPress是一種使用PHP語言開發(fā)的內(nèi)容管理系統(tǒng)（CMS），是比較類似于博客的開源平臺，其眾多的插件可以為用戶快速實現(xiàn)多種功能。WordPress的出現(xiàn)改變了網(wǎng)站建設的傳統(tǒng)概念與方式。使網(wǎng)站開發(fā)更加方便快捷并在此基礎(chǔ)上也變得更加智能化與人性化。[13]它的主題，也就是顯示層現(xiàn)在可以在移動端使用，并且能適配多種屏幕尺寸的機型。對WordPress和其插件WP PRO QUIZ進行二次開發(fā)這樣后臺管理系統(tǒng)就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理功能，生成的HTML5頁面是Web App的形式在移動端展示。并且分別利用Android和IOS操作系統(tǒng)應用軟件開發(fā)工具中WebView開發(fā)組件訪問到Web App即可開發(fā)出在移動端本地運行的應用軟件。圖1呈現(xiàn)了整個應用的設計開發(fā)和應用流程。

首先搭建的是WordPress CMS運行環(huán)境，并安裝好具有在線測試功能的插件。在顯示W(wǎng)ordPress主題上我們選擇Html5技術(shù)開發(fā)運行在移動端的主題形式。當普通用戶訪問網(wǎng)站時，響應的頁面是以Web App的形式。移動端App的應用形式實際是一個WebView將Web App呈現(xiàn)，開發(fā)也相對比較簡單，通過Android開發(fā)軟件Android Studio，利用其中的WebView組件即可實現(xiàn)。IOS操作系統(tǒng)同樣可以使用Xcode開發(fā)軟件，利用WebView的組件進行開發(fā)。對于物理實驗課程的M-learning教學平臺的使用可以分為三部分，包括試題和試卷的設計與輸入、學生在移動端進行答題、將答題結(jié)果統(tǒng)計分析反饋給學生和教師。在得到學生的測試結(jié)果之后，教師通過反饋結(jié)果對試題和試卷進行重新設計和輸入，以便得到更好的應用效果。

四、基于M-learning教學平臺的物理實驗課程教學設計

基于移動端的教學平臺發(fā)展迅速，手機應用類教學軟件在各大應用市場增長迅猛。在當前背景下使用互聯(lián)網(wǎng)進行教學基礎(chǔ)在于：①移動互聯(lián)網(wǎng)教育有堅實的硬件資源支撐。②充分滿足“碎片化”學習需求。③形成教與學的閉合循環(huán)。[14]在高等教學確立了“以學生為主體”的教學觀念之后，教育研究者必須對學習者進行分析以引導學生更加高效學習。然而，目前的現(xiàn)狀是高等院校學生呈現(xiàn)對智能手機高度依賴，而學習資源在手機端又較為有限。

同時，移動互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下高校課堂教學面臨著諸多挑戰(zhàn)：①加大了高校教師課堂教學管理的難度。②加大了高校教師實現(xiàn)教學目標、完成教學任務的難度。③高校教師獲取學生認同的難度加大。[15]因此，高等院校教學中對于傳統(tǒng)教學方式的改革在當前環(huán)境下是勢在必行的。

根據(jù)自身應用軟件系統(tǒng)的設計特點并結(jié)合物理實驗教學，我們將在線測試應用在物理實驗教學中學生進行實驗相關(guān)知識預習的環(huán)節(jié)，即在學生進入實驗室操作本次實驗之前，我們將與實驗相關(guān)的試題輸入到在線測試當中，并且規(guī)定學生在一定的時間內(nèi)完成測驗才能進行實驗操作。

基于M-learning教學平臺的物理實驗課程中一個物理實驗項目的教學主要包括五個教學環(huán)節(jié)：

（1）實驗理論課學習，主要講解與該實驗項目相關(guān)的物理原理、實驗內(nèi)容、儀器操作和數(shù)據(jù)處理等，由實驗課程任課教師以傳統(tǒng)大班授課的方式進行講授。

（2）學生預習主要包括閱讀實驗教材、學習實驗中心網(wǎng)站提供的講義、通過物理實驗課程的M-learning教學平臺觀看實驗微課程視頻、完成實驗項目的預習報告等。本項內(nèi)容由學生在做實驗之前于課外完成。實驗預習報告將于下次上課時提交，并由教師記錄完成情況。

（3）完成實驗在線測試：其試題內(nèi)容均與實驗操作相關(guān)，可以通過對學生實驗知識的考查進而強化認識和理解，往常在實驗操作時學生容易出現(xiàn)的操作錯誤和忽略的實驗操作細節(jié)知識。學生在安裝好應用軟件之后就可以進行查找實驗知識的在線測試和學習。測試的結(jié)果也將會在學生答題提交之后反饋給學生，學生答題之前測驗的目標和之后反饋界面Android操作系統(tǒng)的應用截圖如圖2和圖3所示。在圖3中，學生進行答題之后可以看到自己在答題時所用時間和所得分數(shù)。此外，每一題的答題情況也能得到反饋，其中粉紅色標記的試題為學生選擇的錯誤答案，綠色為正確答案。如果學生對自己答題的情況不滿意或者未通過相應的合格標準可以進行多次測驗，這樣可以強化學生記憶和理解錯誤的試題以免在實驗室進行物理實驗操作時出現(xiàn)同樣或類似的錯誤。

（4）學生完成實驗操作與測量，計算和分析實驗結(jié)果，獲得實驗結(jié)論，并提交實驗報告。在課余時間，如果學生有疑問，則可以通過物理實驗課程的M-learning教學平臺與教師交流。

（5）教師評閱學生的實驗報告，并綜合學生的預習報告、物理實驗課程的M-learning教學平臺上預習測試題完成情況、實驗測量記錄和實驗報告等進行評分。

五、總結(jié)

隨著科技發(fā)展對人們生活的影響越來越深入，在高等院校進行改革的同時要緊密結(jié)合學生的學習生活習慣，使教學緊跟時代發(fā)展。在當前軟件開發(fā)技術(shù)開源的大環(huán)境下，充分利用開源系統(tǒng)可以快速開發(fā)出適合教學需求的應用系統(tǒng)和客戶端應用軟件，并且將其應用到實際教學活動當中。移動端教學平臺的搭建和使用充分利用了當前移動通信和開發(fā)技術(shù)，提高了教學效率。此外，移動客戶端應用軟件可以在2G、3G和4G等網(wǎng)絡信號或WIFI環(huán)境下學習使用，發(fā)揮了移動學習的優(yōu)勢。當前高等院校對傳統(tǒng)課堂教學方式的改革實踐處于逐步探索中，移動端教學平臺與物理實驗教學的資源融合不僅能加強學生學習物理實驗知識的理解，也能避免學生在實驗操作時可預見的錯誤操作。物理實驗課程的移動學習教學平臺的開發(fā)與應用為物理實驗教學在改革發(fā)展中提供了創(chuàng)新教學設計與經(jīng)驗。

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（編輯：王天鵬）