以新形态教材为载体的系统化微课设计与制作

赵兰 刘滢 芮文欢 吴海容

摘  要  在信息技术融入课堂教学背景下，微课在高校课程教学中发挥着越来越重要的作用。分析微课视域下工程热力学教育教学改革面临的挑战和创新契机，提出以新形态教材为载体，从微课选题、PPT课件制作、脚本撰写等维度构建完整的系统化微课体系。根据工程热力学教学内容，对微课设计制作与展现形式进行研究与初探。

关键词  微课；工程热力学；新形态教材；教学改革

中图分类号：G642    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2022）21-0063-04

0  引言

在“互联网+”、短视频、云课堂等信息技术与教育教学不断融合的背景下，微课以其短小精悍、方便高效的表现形式越来越受到教育工作者的欢迎。以微课为依托的教育教学改革中，将微课引入高校传统理工科课程，能够将抽象、复杂的工科问题转换为可视化、具体化、可重复观摩的小视频。选题直指教学重、难点问题，不仅可以减少学生的畏难情绪，提高自发学习、自主思考的积极性，而且学生可以通过“预习—授课—复习—提高”的闭环学习，对重点、难点进行强化、突破和巩固，显著提升学习质量。随着信息技术的高速发展，微课应用不再局限于远程网络课堂，可以通过教材与传统的课堂教学相结合，打破传统教学资源单一的现状，更好地发挥课堂教学完整连续、亲切生动、融合互动的教学优势。

1  微课的发展与应用现状

微课的发展始于国外，微课的雏形起源于美国北爱荷华大学所提出的60秒课程以及1995年英国纳皮尔大学提出的1分钟演讲。目前热议的微课概念是由美国的戴维·彭罗斯于2008年首次提出的。到2012年左右，微视频和微课程成为利用信息技术进行网络学习的核心手段。

在我国，微课的发展经历了2011年的早期探索，2012年的酝酿准备，2013年起步发展，2014年快速发展，2015年加速发展，2016年内涵挖掘的历程[1]。2011—2013年，胡铁生老师[2]在不同时期给出微课的定义，提出微课是“以视频为载体，针对某个教学环节开展的各种教学资源的有机结合体。微课是基于网络运行的，不受时空限制的网络课程资源”。2013年，焦建利老师将微课定义为“以短小精悍的在线视频为表现形式，以学习或应用为目的的在线教学视频”。

微课的概念表述差异主要是由于随着微课的发展，人们对其认识越来越深刻。无论哪种概念，其核心元素均体现为：1）以视频为载体；2）围绕知识点展开；3）具备完整的教学设计；4）以网络平台和信息技术为支撑；5）支持移动终端学习。

我国微课的应用涉及高校到中小学的各个学科领域，教育部在微课推广应用方面给予大力支持，通过各种比赛提高人们对微课的认识，推广普及微课制作技术。目前，国内微课的主要存在形式是各类比赛，如“全国中小学优秀微课征集”“全国高校微课教学比赛”和各省级高校、中小学微课比赛等，以网络形式推动和展现微课成果的有凤凰微课、五分钟课程网等。比赛主旨主要在于普及信息技术、提高师生在课堂教学中对微课的制作和应用技术，从而推动教学资源和媒体资源的整合、优化。

因此，在发展前期，微课的制作初衷源于比赛，大多数成果也仅止步于比赛，应用于课堂教学的微课总体占比并不高，且是零星、零散、孤立的微课视频，在高校教学中的优势还没有得到充分发挥。

2020年初，新冠肺炎疫情暴发，教学也由传统模式转变为网络教学与课堂教学相结合，在形势严峻时期，“倒逼”出一系列涵盖微课的网络课程，使网络教学步入常态化。因此，如何提高微课设计与制作能力，建设丰富、优质的多元化课程资源，成为教学工作者面临的重大课题。

2  微课视域下的工程热力学教学改革

工程热力学是能源与动力工程、机电工程、建筑环境与能源应用工程等多门学科的专业基础课程。该课程内容庞杂，概念多、原理多、公式多、应用多，且涉及的理论知识抽象、晦涩。传统的课堂教育方式，教学模式单一，仅通过课堂讲解难以达到预期学习目标，且容易引发学生的畏难心理。将微课教学与传统的课堂教学相结合，可以较好地改善上述问题。微课教学模式的应用，为工程热力学课程教学改革带来全新发展契机。

1）以微课为主要形式，建立新颖活泼、形象生动、内容丰富多样的教学资源，同时将微课纳入预习、课堂学习和复习环节，强化学生主动学习，改变课堂的沉闷气氛，提高学生的参与意识和学习兴趣。

2）微课视频资源的获取采用更简便的形式，与《工程热力学》教材结合，出版以纸质教材为载体、信息化资源为辅助平台的新形态教材，借助手机、平板等移动终端扫描教材二维码即可展开学习。微课资源陪伴整个学习过程，学生可反复复习巩固，减少畏难情绪，开展自主学习与深度思考。

3）基于移动智能终端的开放式自主学习，线上与线下教学相结合，信息化教學与传统教学优势互补，大幅提升教学质量。

目前，工程热力学课程微课建设进程中也面临亟待解决的问题。

1）在市场驱动下，网络教学平台建设百花齐放，教学过程的重现度和完善度不断提高。但笔者认为：微课应用于课堂教学的网络平台应区别于远程网络课堂，其适用性不应以“齐、全、多”为评价标准，而应综合考虑与课堂教学结合的可行性、便捷性、服务性，最大化体现微课进课堂的价值。

2）工程热力学课程的微课内容需进一步系统化。对于一门重点、难点颇多的课程，可开发的微课资源非常丰富，但目前该课程微课资源数量相对较少，难以满足翻转课堂等创新教学方式的需求，且不利于学生养成良好的学习习惯。

3）将微课融入课堂教学，对教师在微课制作技术和教学设计方面提出更高要求。微课的优势不言而喻，但简单的录屏、课堂实录等传统的微课技术比较简单，不足以吸引学生的眼球，而制作精良、优质的微课所需的时间成本、经济成本往往令一线教师望而却步。通过调查发现，目前高校教师对于信息化技术的掌握，比如动画制作、视频剪辑、视频录制等，多处于初步学习阶段，高阶的更有震撼力、感染力的视频制作往往需要专业人才、专业团队操作实现。

3  新形态教材为载体的微课平台

教材是知识传播、组织课堂教学的重要载体，也是学科建设的组成部分。传统的纸质教材虽然凝结了专家学者的智慧和心血，但其在形式上无法满足慕课、微课、移动学习、线上教学等新型的多元化教学模式的需要。因此，以纸质教材为核心，融入数字化资源、数字课程开发应用的新形态教材应运而生[3-4]。新形态教材最大的创新点在于结合先进的多媒体手段和互联网技术，以传统纸质教材为载体，在内容建设中增加线上教学资源，将动画、视频、微课、习题讲解、视频授课和课程评估嵌入教材。新形态教材因其丰富的内涵、生动形象的表现形式和立体直观、可视化的愉悦学习体验，受到教育界的认可和推崇。

在高校，纸质传统教材仍占主导地位，很多出版社数字资源平台尚未投入使用，新型教材销售和使用模式还在探索阶段。教材建设的新常态构建刚刚发轫，任重道远，需要教育教学工作者共同努力创新。

微课以丰富、生动、高质量的应用特点成为新形态教材中最基础、最高效便捷的教学资源。以“新形态一体化教材2.0”的出版发展为契机，构建以新形态教材为载体的微课平台成为高校教育教学改革的创新之路。

4  系统化工程热力学微课设计与制作

高校工程热力学微课建设整体处于起步阶段，并未在教学中大规模采用，且通常制作的微课数量较少，内容孤立无衔接，知识点关联性弱，尚未形成内容完整的可以贯穿教学总体进程的系统化资源，亟待构建完备的微课体系。在系统化微课设计中，采取“课程内容优化—微课程内容遴选—视频制作—教学应用与反馈—持续改进—嵌入教材—应用推广”的技术路径对微课的内容建设、形式展现进行持续优化。

4.1  微课内容建设

内容建设的基本要求是设计合理，突出教学重点、难点，促进教学目标实现。

4.1.1  选题  微课的选题是制作微课的第一步，科学选题是微课成功的前提和基础[5]。基于新形态教材框架（图1），对各章节的知识点进行整合、比较，综合考量教与学的需求，在大量分析调研基础上，遴选出最具价值的重点、难点内容作为微课选题。

1）气体的热力性质：理想气体与实际气体；理想气体状态方程；比热容的定义及计算。

2）热力学第一定律：闭口系统能量方程及应用；开口系统稳态稳流能量方程及应用。

3）热力学第二定律：热力过程的方向性；卡诺定理与卡诺循环；逆卡诺循环及工程应用；熵和熵方程。

4）水蒸气：水蒸气的定压发生过程；水蒸气的p-v、T-s图；水蒸气表和焓—熵（h-s）图。

5）混合气体与湿空气：湿空气参数；湿空气的焓湿图；湿空气热力过程及工程应用。

6）动力循环：朗肯循环。

7）制冷循环：空气压缩制冷循环原理；蒸气压缩制冷循环；吸收式制冷循环。

4.1.2  课件制作与优化  制作高质量的课件是微课的基础[6]。PPT课件作为教学中最常使用的基础辅助工具，能够充分运用图、形、声、像、动画等多媒体元素清晰完整地呈现教学内容，优化教学组织设计，还可以制作、演示一部分动画，作为电脑录屏、视频录制的原始素材。在微课制作初期，PPT制作与动画设计为微课提供了制作思路。

4.1.3  脚本撰写  微课的精髓在于“微”，时长一般控制在5～10 min。因此，对于微课的内容应精密计划、合理设计，知识点讲解应言简意赅、深入浅出，不宜长篇大论。在正式录制微课前生成文字形式的腳本，并通过反复演练达到预期录制时长内的最佳效果。

4.2  微课展现形式与制作方法

微课作品最终的展现形式应力求形式多样、个性鲜明、新颖活泼、美观时尚，符合当代大学生的审美和喜好，能够生动、直观、形象地演示重要内容[7]。

4.2.1  电脑录屏  采用oCam、录屏大师、KK录像机等软件进行电脑录屏生成视频，该方式最突出的优点是简单易操作，对环境、设备要求不高。录屏有两种操作方式。

一是电脑播放课件同步采集教师的旁白讲解，直接生成教学视频。该方法可由教师独立完成微课制作。

二是电脑录屏播放课件和动画，然后后期合成主讲教师或他人的讲解配音，必要时可在视频中嵌入动画、实录视频等素材，通过剪辑导出微课作品。该制作方式适合含有公式推导、图形绘制等较多教学内容的理论讲解，比如闭口系统能量方程、开口系统稳态稳流能量的推导、理想气体状态方程的应用等。

4.2.2  高清教学视频录制  该方法对设备和环境要求较高，可借助高清屏幕视频录制工作室的设备和资源完成。高清录制最典型的优点是可以同步呈现教师的生动讲解和清晰的课件播放，达到可视性好、清晰度高、流畅度高的观看体验。

4.2.3  课堂实录  摄像机实时录制真实的课堂教学过程，剪辑生成小视频。其优点是能将PPT播放，教师语言、手势、表情、课堂板书以及教学互动完整地拍摄下来，师、生出镜参与实拍，教学场景真实，具有更强的代入感和亲切感；缺点是表现形式仍然局限于课堂教学，PPT内容清晰度不高，不易实现与其他多媒体技术的结合。可以通过后期剪辑，将重要的PPT内容录屏后嵌入实录的视频中。此类微课适用于难点讲解、习题解析等选题，复习过程中可以完整地复盘教学过程。

4.2.4  PPT课件与动画制作结合  采用Adobe Flash、Adobe After Effects、Adobe Premiere等软件制作微课所需的动画素材，达到动静结合、新颖时尚、可视性强的效果。该方式主要用于动态内容的直观展示，如水蒸气的定压发生过程，工质的混合，微观粒子的碰撞，动力循环、制冷循环的原理，水蒸气的p-v、T-s图的绘制等。

4.2.5  工程应用视频录制  在日常工作中，挖掘与课程相关的设备生产、部件安装、系统运行、工程设计、现场施工等素材，制作成微课作品。工程热力学是一门与后续专业课联系非常紧密的基础课。以建筑环境与能源应用工程为例，热能与机械能的转移和转化规律，热力学第一定律，热力学第二定律，水蒸气、湿空气的热物性等重点教学内容，均是制冷技术、空气调节等专业课程的理论基础。将基础课与专业课内容衔接，完成理论向实践的过渡与转化，可以帮助学生理解抽象、晦涩的热力学理论，提高理论课程的教学质量。同时在专业课学习中帮助学生理解和掌握工程设计的原理和本质，消除新知识、新设备、新技术的突兀感，对其不再产生陌生感。

5  结束语

基于课程重、难点的系统化微课制作，线上线下相结合的教学方式，是将来教学的发展方向。微课作品内容合理，形式丰富多样，易激发学生学习热情，使学生自主地从微课中接受知识的传递。本文以工程热力学课程为例，探索以新形态教材为载体和平台，实现系统化微课进课堂，贯穿教学过程，增强教学效果，为高校教学模式改革开辟一条创新之路。

参考文献

[1] 罗天兰，王忠华.微课的研究现状及其发展趋势综述[J].软件导刊（教育技术），2014（7）：90-93.

[2] 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.

[3] 韩娇.“互联网+ ”视域下高职新形态教材建设探索[J].中国多媒体与网络教学学报，2019（7）：196-197.

[4] 王娇娇，杜慧起.产教融合背景下职业教育新形态教材开发研究[J].教育与职业，2022（6）：109-112.

[5] 孟祥增，刘瑞梅，王广新.微课设计与制作的理论与实践[J].远程教育杂志，2014，32（6）：24-32.

[6] 王国菊，孙晓勇，刘立悦，等.探析微课的设计制作与应用：以工科院校《材料力学》课程为例[J].创新创业理论研究与实践，2021（23）：50-52.

[7] 兰洋洋.基于微课的翻转课堂教学模式研究[J].电子元器件与信息技术，2021（8）：245-246.

*项目来源：南京工业大学浦江学院2020年校级重点教改課题“《工程热力学》课程‘微课建设研究与实践”（编号：2020JG007Z）。

作者：赵兰，南京工业大学浦江学院，讲师，工程师，主要研究方向为空调制冷技术及建筑节能研究；刘滢、芮文欢、吴海容，南京工业大学浦江学院（210000）。