智慧學習環(huán)境中獨立學院大學物理微課程教學研究

許成科 張登玉 唐世清 汪新文

[摘 要]微課程以其短小精悍、自由性強的特性逐步受到教育領域的重視，相關聯(lián)的學習形式革新了傳統(tǒng)的教學模式。在當今智慧學習環(huán)境中，以微課程為基礎的大學物理教學活動更能調動獨立學院學生的學習積極性。文章對微課程的概念、特征進行了探討，結合當前獨立學院大學物理教與學的困境，在認知負荷理論的指導下，探討獨立學院大學物理微課程的視頻設計制作方法和教學應用模型。

[關鍵詞]大學物理；微課程；認知負荷理論；智慧學習環(huán)境；設計

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）11-0113-04

21世紀是以信息化為特征的知識經濟時代。隨著社交媒體和新一代信息技術的快速發(fā)展和廣泛應用，開放和共享成為時代特征，學習呈現個性化和多元化的特點，學習環(huán)境逐步演變成一種新型的智慧學習環(huán)境。黃榮懷等提出，智慧學習環(huán)境是指對學習情景感知和學習特征識別，利用所提供的合適的學習資源，借助于便利的交流互動工具或手段，自動記錄學習過程和評測結果，有效促進學習效果提高的環(huán)境[1]。

與傳統(tǒng)的學習環(huán)境比較，智慧學習環(huán)境具有學習個性化和資源共享的特點，其先進的信息技術、豐富的學習資源、便利的互動交流工具為多形式教學活動的開展提供支持。學習者利用智能移動設備，借助發(fā)達的信息網絡技術，學習各種各樣的學習資源，如在線開放課程、教學視頻、電子圖書等，并且學習者之間、學習者與指導者之間可以隨時隨地開展交流與互動。教師也由此獲得豐富的資源開展教學活動。

獨立學院的學生數理基礎較本二的學生差，自我約束力較弱，課堂注意力持續(xù)時間較短，但其社會活動能力強，接受新事物快，易接受或融入以信息網絡技術為基礎的智慧學習環(huán)境。獨立學院大學物理課程豐富的教學內容和不足的學時矛盾一段時期內會繼續(xù)存在[2]。因此，研究適應新時代獨立學院大學物理的教學模式，充分利用學習者的“碎片化”時間，有效減少認知負荷，提升大學物理教學質量，成為大學物理教師亟須解決的主要問題之一。在此背景下，本文探究了微課程教學的理論基礎和教學設計方法，以期對獨立學院大學物理教學提供參考。

一、微課程簡介

（一）微課程概念

從已有微課程教學研究報道中筆者發(fā)現，目前對微課程沒有統(tǒng)一、明確的概念界定，胡鐵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]，微課程又名微課，它是在學習理論的指導下，將學科知識點的講授、例題習題和疑難問題講解以及實驗操作等教學過程制作成一種情景化、支持多樣化學習方式的新型在線網絡視頻課程，此課程以教學視頻為主要載體，核心資源為教學內容。圍繞微視頻形成了由教師提供的相對靜態(tài)的微教案、微課件、微練習等技術化資源和在組織教學活動和應用過程中動態(tài)生成的微反思、微點評、微反饋等智慧型資源。靜態(tài)和動態(tài)的教學資源以一定的關系和呈現方式共同營造了一個結構化明顯、主題突出的微課程生態(tài)環(huán)境，參見圖1。對學習者而言，微視頻優(yōu)化了學習內容和學習目標間的關系。學習者的學習體驗更加明確、聚焦。

（二）微課程特征

1.時間“微”。微視頻設計的時長控制在5-8分鐘，一般不超過10分鐘，符合人類認知特點和注意力保持規(guī)律。與傳統(tǒng)課堂相比較，短小的課程更加符合學習者的認知規(guī)律，短時間學習更有利于學習者保持高度集中的注意力，充分利用碎片化時間，高效完成知識建構[5]。

2.內容“微”?？紤]系統(tǒng)性和完整性，傳統(tǒng)課堂的教學前期需要開展足夠的鋪墊和引導，而微課程通過合理的設計對傳統(tǒng)課堂的知識內容進行分割，直接聚焦教學中的重點難點，微課程主題更加突出，學生容易達成微目標，不斷實現微小的進步[6]。

3.微時代性。微課程可在多種資源平臺進行共享，提供在線開放服務，組成微課程的微視頻，其存儲容量小，能被各種便攜式移動終端設備支持，學習非常方便，不受時間和地點的限制，契合當今微時代學習者信息化環(huán)境和碎片化時間的總體要求，交互性強，使用便捷。

4.情境性。微視頻通過信息技術手段將最符合主題和目標的資源優(yōu)化整合，形成平緩的知識階梯，具有真實、信息量豐富的特點，其他教學輔助性材料以微視頻為中心構成了一個主題鮮明、類型多樣、結構緊湊的“主題單元資源包”，營造了一個真實的“微教學資源生態(tài)環(huán)境”，有利于促進學習者隱性知識、默會知識等高階思維能力的提高[7]。

5.建構性。微課程由靜態(tài)的技術性資源和動態(tài)的智慧型資源圍繞微視頻為中心組成，形成半結構化特征。學習者之間、學習者與教師之間的交流、互動，形成對知識新的演繹和理解，達成構建新知識目標。教師在半結構上建構，對課程進行多次補充和完善，使課程結構更加優(yōu)化，教學目標達成度更高。

二、微課程應用

（一）應用于大學物理教學的意義

物理學是研究物質基本結構、相互作用與轉化和運行規(guī)律的科學，是一切自然科學的基礎。大學物理是高等院校理工類學生一門重要的專業(yè)基礎課，在工程意識、思維、創(chuàng)新能力和科學素養(yǎng)等方面的培養(yǎng)起著不可替代的重要作用，但由于本身課程特點和當今環(huán)境下形成的多方面的原因，大學物理教學陷入了“教師難教、學生難學”的困境[8]，獨立學院尤為突出。

造成大學物理教學困境的原因主要是：一方面，由于高校擴招，許多高校受師資、教學條件等客觀條件的限制，一部分理工類學生在高考中不考物理，使得此類學生物理基礎差，而大學物理合班上課并沒有將學生進行區(qū)分教學，同一個教學班學生物理基礎懸殊，教師教學無法兼顧每一個學生；另一方面，大學物理課程是以高等數學為基礎，課程學習之前學生必須做好充分的預習，而且課堂上要注意力高度集中，而實際上是學生的數理基礎差、注意力易分散，課堂教學也缺乏吸引力和互動性。因此，尋求大學物理教學改革的突破成為廣大物理教師努力的主要方向。

結合當今智慧學習環(huán)境，充分調動學生學習大學物理的積極性，增強教學的互動性、探究性，在基于學生認知規(guī)律的前提條件下，探究大學物理微課程教學，設計教學合理、內容豐富、講解明確、情境生動的微課程不失為一條突破大學物理教學困境的有效途徑。

（二）應用的理論依據

微課程應用和設計的理論依據是認知負荷理論（CLT）。CLT認知負荷理論建立的基礎為信息加工心理學，存在基礎人類信息加工容量的有限性[9]。約翰·斯威勒（John Sweller）認為認知負荷是基于資源有限、工作記憶和圖式理論之上，在學習者認知系統(tǒng)中施加的一定時間內的心理活動總量。

CLT分為內部認知負荷、外部認知負荷和關聯(lián)認知負荷三種，三者總和即為認知負荷總量。受學習材料本身復雜程度和學習者自身知識條件限制，各元素間交互形成內部認知負荷。一般不當教學引起外部認知負荷，具有無用性，屬于超越內部認知負荷的額外負荷。關聯(lián)認知負荷是由學習者在知識圖式構建和認知志愿投入自動化過程活動中，將認知資源分配到學習活動中去[10]。為提高學習者的學習效果，教學中應該盡可能減少外部認知負荷，增大學習者的關聯(lián)認知負荷，使學習過程中產生的認知負荷總量不超過學習者個體承受的范圍。

（三）大學物理微課程設計

CLT不僅讓教師深刻理解學習過程，還為微課程的教學設計提供強有力的指導。良好的教學設計是根據內容的不同，選用不同的認知負荷策略對微課程進行設計，從而構建出適合學習者工作記憶加工的學習對象，使教師教學效果更加出色。本文根據李小剛等[6]人的研究成果，將大學物理微課程設計分為內容、媒體和可用性這三個方面進行闡述。

1.內容設計

微課程視頻作為微課程資源的核心組成部分，其質量高低直接影響學習者的學習效果。對微課程而言，制作視頻必須對內容的適切性進行選擇，首要解決的問題就是如何將知識點進行合理的切割，即將知識點的內容進行微型化處理。

教學內容目標明確、主題鮮明。微課程教學時間短，不足傳統(tǒng)課堂時間的四分之一，甚至更少，因此內容上不求大求全、系統(tǒng)化構建，而是根據“微目標”的標準，按照最小粒度原則對教學內容進行選擇與設計。微視頻承載單一完整的知識內容，各視頻間相對獨立，卻又相互關聯(lián)，每個知識點與相鄰知識點間能松散組合，但也不一定組合[11]。比如“機械振動”的第一節(jié)“簡諧振動的動力學特征”，傳統(tǒng)課堂講授時間為45分鐘，微課程設計可分成“振動、機械振動和簡諧振動定義”、“彈簧振子物理模型”、“微振動的簡諧近似”三個“微目標”來達成，每個微目標相互獨立，相鄰之間又緊密聯(lián)系構成本節(jié)知識整體。

微課程視頻內容“微”而不“碎”，根據學習主題形成一系列的微課程，其不破壞原有章節(jié)教學或知識點的完整性。例如，“振動、機械振動和簡諧振動定義”“彈簧振子物理模型”“微振動的簡諧近似”這三個微課程緊緊圍繞“簡諧振動的動力學特征”這一主題，微課程之間相互關聯(lián)，形成平緩的知識遷移階梯，增強了學習者的黏度，較好地完成主題學習目標。

微課程的“微”主要體現在短小精悍上，為克服傳統(tǒng)課堂資源模式資源粒度大的弊端，將傳統(tǒng)課堂教學內容化整為零，進行內容分割和知識點微型化處理，減少學習者的內部和外部認知負荷，增加關聯(lián)認知負荷。具體實踐可采用微內容結構腳本[6]的辦法，合理切割，將傳統(tǒng)的整體的教學內容分成主題、話題、學習對象這三個部分，學習作為微課程教學視頻設計與制作的落腳點。根據最小粒度原則，每一個學習對象承載著一個單獨的知識點，其作為知識的基本單元，根據教學需要可以進行合適的組合，以“剛體定軸轉動的描述”為例，教學內容的分割設計如表1所示。

2.媒體設計

前期合理的內容設計是高質量微課程的基礎，視聽媒體技術的合理運用是微課視頻制作的關鍵環(huán)節(jié)，它決定微課程最終的表現形式，也很大程度上決定微課程作品最終的成敗。當前視頻制作方法主要有三種類型，分別是課堂實錄、內容演示、實錄與演示結合。

（1）課堂實錄

課堂實錄型視頻的拍攝和編輯與傳統(tǒng)課堂教學視頻的制作方法相似，一臺攝像設備加上教師本人就具備了視頻制作的前期條件。微課程短小精悍，相較傳統(tǒng)課堂視頻錄制，要求更高，制作更加精良，視頻中的視、音效等對學習者更具有吸引力。錄制時，教師要合理把握導入節(jié)奏，教學內容導入簡潔并具趣味性，降低不必要的外部認知負荷；宜采用中近景對焦教師以及黑板（投影屏幕），避免分散學習者的注意力，鏡頭調度更加準確，推拉轉擺要意有所指；字幕需要做到言簡意賅。隨著數字媒體技術的發(fā)展，專業(yè)的視頻錄制工具也被廣泛地應用。根據現有許多微視頻制作報道和作者視頻錄制實踐，微視頻錄制的一般流程主要包括撰寫微課程內容腳本、錄制樣片定型、正式拍攝、后期剪輯形成作品這四個階段（見圖2）。

（2）內容演示

內容演示型視頻指的是利用屏幕錄制軟件將教師解說的音頻信號和教學PPT畫面進行同步并保存。此視頻適合傾向于演示性微課程教學。后期通過premier或繪聲繪影等專業(yè)軟件對畫面、音頻等方面進行處理，將視頻缺陷做精細的、專業(yè)的編輯校正，并配上合適的字幕和片頭片尾信息，視頻屏幕中不出現授課教師，主要是利用聲音、PPT畫面同步切換及電子黑板系統(tǒng)的手寫板書方式帶領學習者不斷地學習與思考，教師猶如在身旁，學習者與教師的心理距離小，注意力不易分散。

（3）實錄與演示結合

單純的課堂實錄或者內容演示視頻有著各自的側重，而大學物理課程有著與其他課程不同的特征，包含理論推導（物理規(guī)律的數理推算）和實踐應用（實驗、實際應用等）的知識內容決定了其微課程視頻的制作宜將實錄與演示方式相結合使用。首先，教師真人出鏡進行內、外景拍攝，導入課程和演示實驗現象；其次，PPT錄屏技術完成知識點的講解和數理推導；最后，后期剪輯合成及配上字幕。

3.可用性設計

目前教學資源非常豐富，但優(yōu)秀的資源不多，其中很重要的原因是從優(yōu)化學習者學習體驗角度對教學資源進行的可用性設計往往不被重視。因此，在微課程設計、制作和發(fā)布的過程中，應當首先考慮學習者的要求，將其使用體驗始終擺在重要位置上，加強微課程的藝術表現力和情境感染力。微課程的制作中，需要思考“更好地獲取學習者的注意力，創(chuàng)設自由快樂的學習體驗”[12]，讓幾分鐘的微課程充滿著藝術表現力和情境感染力，深深抓住學習者的心；幽默的語言閃現智慧的火花，設計的小故事或小現象和小策略巧妙而又深刻；在最小粒度原則內科學合理地控制學習任務負載。

三、微課程的教學應用及優(yōu)點

（一）微課程教學應用

在智慧學習環(huán)境的背景下，學習者借助快速發(fā)達的信息網絡技術、社交媒體平臺等，利用隨身攜帶的智能移動設備，十分方便地開展微課程學習。

微課程為傳統(tǒng)課堂教學提供了有力幫助。學習者課前利用碎片化時間觀看微課程視頻完成對重要內容的預習，并借助于交流互動平臺將存在的問題及時反饋給教師，同時與其他學習者進行討論，構建自己對知識的理解；課堂上，教師可將難度系數小、易理解的知識講授時間縮短，而將大量時間用于重難點問題的探究和理解上。

微課程的“針對具體問題、推崇自主學習”的教學理念和“線上線下”便捷的學習途徑為翻轉課堂教學的開展提供了有力的資源支持。根據大學物理教學實際，總結國內外典型的翻轉課堂特點，給出了微課程應用于翻轉課堂的教學模型（見圖3）。

（二）微課程的優(yōu)點

1.具有個性化、專題化和易傳播性的優(yōu)點

在智慧學習環(huán)境中，微課程以其短小精悍特點和用戶優(yōu)良的視聽體驗，構建了各種不同學科的、豐富的學習資源生態(tài)環(huán)境，為個性化學習提供了強有力的支持。根據學科知識要求，教師可以按照本人教學風格、特色來錄制視頻，形成系列化、專題化的微課程教學主題，既能就此開展連貫性的微課程教學，也能使學習者進行針對性、查漏補缺式的學習[3]。微課程時間短、內存容量小，借助發(fā)達的信息網絡技術可在便攜智能移動設備中廣泛傳播，相較傳統(tǒng)的教學視頻，優(yōu)秀的微課視頻在觀賞、傳播和廣泛應用方面有著不可比擬的優(yōu)勢。

2.有利于促進教學理念的發(fā)展

微課程的教學應用突破了傳統(tǒng)的教學模式，其課前進行知識傳授、課堂完成知識內化的教學活動，促使教師將“教師講授、灌輸和學生被動接受”改變?yōu)椤皩W生主動探究、接受者并為開發(fā)者和創(chuàng)造者”的教學新理念。隨著微課程資源的大量建設以及推廣、普及，教師在這一過程中不斷地更新觀念，基于微課程的大學物理教學將發(fā)揮重大作用。

四、結語

獨立學院大學物理教學面臨“教師難教，學生難學”的困境，面對以發(fā)達的信息網絡技術為基礎的智慧學習環(huán)境，傳統(tǒng)的教學模式難以適應。在認知負荷理論指導下設計的微課程，以其短小精悍、隨時隨地的特點，或許會成為當前獨立學院大學物理教學困境的突破口之一。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 黃榮懷，楊俊鋒，胡永斌.從數字學習環(huán)境到智慧學習環(huán)境：學習環(huán)境的變革與趨勢[J].開放教育研究，2012（1）：75-84.

[2] 許成科，張登玉，楊興華，等.基于翻轉課堂理念的獨立學院大學物理教學模式研究[J].中國教育信息化，2018（1）：77-82.

[3] 胡鐵生，黃明燕，李民.我國微課發(fā)展的三個階段及其啟示[J].遠程教育雜志，2013（4）：36-42.

[4] 教育部教育管理信息中心.關于舉行第四屆全國“教學中的互聯(lián)網應用”優(yōu)秀教學案例征集評審活動之微課大賽的通知[DB/OL].[2018-01-23].http：//www.cnweike.cn.

[5] 胡鐵生.“微課”：區(qū)域教育信息資源發(fā)展的新趨勢[J].電化教育研究，2011（10）：61-65.

[6] 李小剛，王運武，馬德俊，等.微型學習視野下的微課程設計及教學應用研究[J].現代教育技術，2013（10）：31-35.

[7] 百度百科.微課[EB/OL].[2018-01-23].https：//baike.baidu.com/iten/微課.

[8] 盛霞.改進大學物理教學 提升教學質量[J].廣東工業(yè)大學學報（社會科學版），2007（S1）：62-63.

[9] 辛自強，林崇德.認知負荷與認知技能和圖式獲得的關系及其教學意義[J].華東師范大學學報（教育科學版），2002（4）：55-60+77.

[10] 馮小燕，王志軍，李睿蓮，等.基于認知負荷理論的微課視頻設計與應用研究[J].實驗室研究與探索，2017（10）：218-222.

[11] 顧小清.終身學習視野下的微型移動學習資源建設[M].上海：華東師范大學出版社，2011.

[12] 祝智庭，張浩，顧小清.微型學習：非正式學習的實用模式[J].中國電化教育，2008（2）：10-13.

[責任編輯：龐丹丹]