微課在大學(xué)物理實驗教學(xué)中的研究與實踐
——以光的圓孔衍射為例

姬曉旭，王愛華

(南陽師范學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院，河南 南陽 473061)

大學(xué)物理實驗是高等學(xué)校理工科院校學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實驗訓(xùn)練的重要的基礎(chǔ)必修課程，旨在為學(xué)生系統(tǒng)地打好科學(xué)研究的基礎(chǔ)[1]. 近年來，由于地方本科院校大學(xué)物理實驗學(xué)時被壓縮，在有限的時間內(nèi)完成大綱要求的教學(xué)任務(wù)時間緊迫，沒有更多的時間與學(xué)生進(jìn)行互動討論，并且與基礎(chǔ)理論相關(guān)的實際應(yīng)用也無法更多地展現(xiàn)；以教師講授為主的集中授課模式，學(xué)生被動地接受知識，忽視了學(xué)生作為認(rèn)知主體的地位，無法調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動思考、獨(dú)立實驗和積極創(chuàng)新. 因此，課時的壓縮、資源的缺失和傳統(tǒng)教學(xué)手段的影響造成學(xué)生自主性、獨(dú)立操作、對知識的內(nèi)化吸收及實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)都無法達(dá)到理想的效果. 微課的出現(xiàn)恰好可以有效地解決大學(xué)物理實驗教學(xué)中的這些問題，如何將微課應(yīng)用于高校大學(xué)物理實驗教學(xué)當(dāng)中，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實驗的基本方法和技巧，提升學(xué)生的觀察力、動手能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際特別是與當(dāng)代科技發(fā)展相結(jié)合的能力，優(yōu)化大學(xué)物理實驗教學(xué)效果是本文探索的目標(biāo).

1 大學(xué)物理實驗教學(xué)中存在的問題

1.1 課程資源單一

當(dāng)前物理實驗課程主要依靠文字教材，不同出版社教材數(shù)量龐大、良莠不齊. 傳統(tǒng)教學(xué)資源中缺乏實驗儀器設(shè)備的構(gòu)造展示，缺失針對性的實驗操作演示視頻，缺少與實驗相關(guān)的實際應(yīng)用擴(kuò)展及與高新技術(shù)的關(guān)系[2]. 學(xué)生在學(xué)習(xí)中對實驗?zāi)康?、實驗原理及儀器構(gòu)造進(jìn)行預(yù)習(xí)和思考不夠透徹，理解不夠全面，目的不夠明確，只能對照教材中實驗儀器圖片按照實驗步驟想象整個實驗過程，這些因素將會導(dǎo)致學(xué)生在課堂上很難快速的動手實驗，不能按時完成實驗任務(wù)，影響實驗教學(xué)效果.

1.2 教學(xué)模式單一

當(dāng)前的物理實驗教學(xué)依然是以教師為主體的傳統(tǒng)式教學(xué)，教師先講解后示范，學(xué)生重復(fù)實驗. 如果講解時間過長，學(xué)生動手操作的時間就短；如果講解時間短，學(xué)生對整個實驗把握不好[3]. 學(xué)生在教師演示實驗過程中更多地關(guān)注操作過程和實驗結(jié)果，遇到問題即找教師解決，不主動思考，不去探究原因，只想快速完成實驗，失去了獨(dú)立思考、主動解決問題和鍛煉動手能力的機(jī)會，學(xué)生始終處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài)，制約了學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的提高.

1.3 個性化學(xué)習(xí)缺乏

大學(xué)物理實驗程序復(fù)雜，步驟繁多，對設(shè)備和實驗室也有特別的要求. 在課堂教學(xué)中理論講解和實驗操作過程時間很緊張，實驗操作過程中注意事項多數(shù)由教師提前講解，學(xué)生只是對影響實驗結(jié)果的異?，F(xiàn)象與教師進(jìn)行溝通解決，希望能夠盡快得到正常的實驗結(jié)果，不是通過實際操作來發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，提高實踐探索能力. 學(xué)生在課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)中遇到問題無法進(jìn)行實時的討論交流，對實驗的理解只限于實驗室動手操作、驗證結(jié)果. 固定的場地、有限的學(xué)時和較少的互動無法滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的需求，更無法實現(xiàn)知識技能內(nèi)化的深層次教育.

2 微課在大學(xué)物理實驗教學(xué)中的作用

作為一種新型的教學(xué)資源，微課是傳統(tǒng)課堂學(xué)習(xí)的一種重要補(bǔ)充和資源拓展[4]. 針對上述大學(xué)物理實驗教學(xué)中存在的問題，結(jié)合微課的特點(diǎn)，將微課融入大學(xué)物理實驗的教學(xué)中，以期提高大學(xué)物理實驗教學(xué)的水平和質(zhì)量. 微課在實驗教學(xué)中的作用主要體現(xiàn)在以下3點(diǎn).

2.1 豐富教學(xué)資源，提升趣味性

物理實驗教學(xué)要通過觀察實驗現(xiàn)象讓學(xué)生能夠更好地理解物理知識和原理，更重要是掌握其在實際中的應(yīng)用. 在實際教學(xué)中對物理現(xiàn)象的觀察被限制在實驗室，如果教師將操作過程和注意事項錄制成微課視頻，學(xué)生就可以隨時隨地在電腦、平板和手機(jī)中對實驗內(nèi)容和現(xiàn)象反復(fù)觀察，做到“隨心所欲”，有利于學(xué)生的課前自主學(xué)習(xí)和課后復(fù)習(xí)，使其更好地完成實驗任務(wù)，實現(xiàn)知識的內(nèi)化吸收. 同時，更多的視頻資源可以多維度地展現(xiàn)理論知識在實際生活中的應(yīng)用，讓學(xué)生體會到學(xué)而有用.

2.2 豐富教學(xué)模式，提高學(xué)習(xí)主動性

物理實驗教學(xué)中通過學(xué)生獨(dú)立操作來提升學(xué)生的動手能力和在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力是非常重要的目標(biāo). 如果教師提前發(fā)布“微課”視頻，學(xué)生課下可以對實驗內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性. 學(xué)生有不清楚的地方可以隨時觀看微課中的內(nèi)容，減少課堂講授的時間，留下更多的時間與學(xué)生交流，可以更好地進(jìn)行實驗過程的指導(dǎo)，跟學(xué)生進(jìn)行更深層次的交流，也使 “一對一”教學(xué)模式得以實現(xiàn).

2.3 促進(jìn)教與學(xué)之間的互動，滿足個性化學(xué)習(xí)

大學(xué)物理實驗學(xué)時的壓縮導(dǎo)致教師在有限的課時內(nèi)完成大綱要求的教學(xué)任務(wù)時間緊迫，沒有更多的時間與學(xué)生進(jìn)行互動討論和傳遞更多的信息. “微課”視頻的學(xué)習(xí)打破時間和空間的限制，可以使學(xué)生隨時隨地學(xué)習(xí)不同的知識，也可以在線進(jìn)行師生、生生間的實時互動. 同時，“微課”視頻內(nèi)容也可以滿足不同層次學(xué)生的需求，對學(xué)有余力的學(xué)生可以完成設(shè)置的拓展訓(xùn)練.

3 融入“微課”的大學(xué)物理實驗教學(xué)實踐案例

物理學(xué)與生活息息相關(guān)，日常生活中的現(xiàn)象包含著許多物理原理或規(guī)律. 光學(xué)儀器中所用孔徑光闌和透鏡的邊緣都相當(dāng)于透光的圓孔，圓孔的衍射對成像質(zhì)量有直接影響，導(dǎo)致光學(xué)儀器的分辨能力有上限，因此圓孔衍射實驗具有重要的現(xiàn)實意義. 下面結(jié)合“微課”的特點(diǎn)以圓孔衍射為例，探討“微課”在實驗教學(xué)中具體的實踐應(yīng)用.

3.1 制作 “微課”視頻，完善教學(xué)資源

“微課”通常是以視頻為載體，配以PPT 輔助來完成的，同時由教師同步講解，并且在講解的同時還可以對照實物進(jìn)行現(xiàn)場演示. PPT 中的文字、音樂、圖片以及動畫等各種表現(xiàn)形式使課程不僅生動活潑而且趣味性強(qiáng)，能在短時間內(nèi)吸引學(xué)生的注意力，引發(fā)思考. 本實驗“微課”視頻由“圓孔衍射-光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)”和“圓孔衍射實驗”2部分構(gòu)成. 例如通過典型的光學(xué)儀器在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用及圖片對比提出問題：為什么不同的相機(jī)或者顯微鏡觀察到的同一事物細(xì)節(jié)會不同？引發(fā)思考：這里面包含圓孔衍射和瑞利判據(jù)這些基本原理. 從具體實例中引出圓孔衍射的重要意義，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生利用物理知識解決實際問題的能力. 例如演示視頻中通過對各種儀器操作的演示以及會出現(xiàn)的現(xiàn)象、要注意哪些問題都可以詳細(xì)地進(jìn)行講解，學(xué)生在觀看的過程中會有身臨其境的感覺，加強(qiáng)感性認(rèn)識.

3.2 共享微課視頻，促進(jìn)主動學(xué)習(xí)，豐富教學(xué)模式

課前發(fā)布視頻，提示學(xué)生觀看有關(guān)圓孔衍射相關(guān)的 “微課”視頻(圖1)，通過豐富的文字資料、圖片和視頻，學(xué)生可以清楚地了解圓孔衍射實驗的實際意義和實驗?zāi)康?，熟悉實驗器材?gòu)造、具體實驗操作過程及需要注意的事項. 學(xué)生可根據(jù)自己對知識掌握的情況有選擇性地觀看，同時完成教師留下的思考題，這樣就可以引發(fā)思考提升學(xué)習(xí)的主動性. 例如，如果激光器輸出的單色光照射在1根頭發(fā)絲上將會產(chǎn)生怎樣的衍射花樣？可以用本實驗的哪種方法測量頭發(fā)絲的直徑？通過學(xué)生思考題的完成情況初步判斷學(xué)生對實驗的掌握程度. 充分的課前預(yù)習(xí)使學(xué)生在進(jìn)行實驗之前就對知識有整體的把握，留下更多的課堂時間，使實驗課的教學(xué)從傳統(tǒng)的注重講解和實驗測量到注重引導(dǎo)觀察、邏輯分析和討論應(yīng)用. 針對每個學(xué)生的問題，在課堂講解和學(xué)生操作過程中逐一解決，實現(xiàn)了“一對一”的教學(xué)模式.

圖1 “圓孔衍射”微課視頻截圖

3.3 時時互動，拓展訓(xùn)練，實現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)

微課教學(xué)視頻可以反復(fù)觀看和研究，學(xué)習(xí)不再受時間和空間的限制，對于不同專業(yè)不同程度的學(xué)生可以依據(jù)個人的情況選擇內(nèi)容和掌握學(xué)習(xí)進(jìn)度. 課前預(yù)習(xí)中如果出現(xiàn)問題可以進(jìn)行師生之間和生生之間在線討論，將一部分問題解決在課堂之外，同時對要進(jìn)行的實驗有更透徹的理解. 課堂上第一階段系統(tǒng)講解實驗和播放演示視頻，解決在線討論中學(xué)生出現(xiàn)的共性問題，促進(jìn)知識的內(nèi)化吸收；第二階段進(jìn)行分組實驗，針對實現(xiàn)過程中學(xué)生出現(xiàn)的個性問題單獨(dú)解決，對操作過程中出現(xiàn)的共性問題再進(jìn)行集體討論，最后對具有代表性的問題進(jìn)行統(tǒng)一講解. 課后教師可以提供與本實驗的理論內(nèi)容相關(guān)的實際問題(圖2)，讓學(xué)生充分體會物理學(xué)基本理論在實際中的應(yīng)用(圖2). 例如提出思考題：登月宇航員聲稱在月球唯獨(dú)能夠用肉眼分辨地球上的人工建筑是中國的長城，是真的嗎？教師提示學(xué)生利用光的圓孔衍射和光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)進(jìn)行解釋. 比如我國在貴州建設(shè)的單口射電望遠(yuǎn)鏡，建成后它可以是接受外星人信息的“手機(jī)”，是研究神秘物質(zhì)的巨大“耳朵”，也是未來星際航行的“眼睛”，它將帶領(lǐng)我們追溯宇宙誕生之初，揭開人類從哪里來，又到哪里去……對我們了解太空有重要的現(xiàn)實意義，讓學(xué)生體會物理學(xué)的魅力.

圖2 “圓孔衍射”微課視頻截圖

4 教學(xué)反思

受微課時間短的限制，教學(xué)過程中更強(qiáng)調(diào)教師的引導(dǎo)作用，課上不可能反復(fù)強(qiáng)調(diào)深入探究，由此課下的思考和討論尤其重要，教師的適當(dāng)引導(dǎo)對學(xué)生的思考可以起到事半功倍的效果. 微課不是取代課堂教學(xué)，教師要很好地靈活運(yùn)用微課，將它作為傳統(tǒng)課堂的輔助資源，將線上線下有效地結(jié)合起來為教與學(xué)提供更好的效果. 微課是教學(xué)資源的有效補(bǔ)充，它只是對某個知識點(diǎn)的講解，而常規(guī)授課更注重知識的連貫性和整體性. 每個物理實驗都有各自的特點(diǎn)，教師應(yīng)該有針對性地設(shè)計課堂教學(xué)，也不是千篇一律地都使用“微課”來輔助教學(xué).

5 結(jié)束語

本文針對大學(xué)物理實驗課堂教學(xué)的現(xiàn)狀和問題，結(jié)合微課視頻資源的優(yōu)勢進(jìn)行了大學(xué)物理實驗課堂教學(xué)的實踐. “微課”視頻短小精悍和較強(qiáng)的針對性容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動積極性，學(xué)生由被動地接受知識到主動地探索知識. 微課可以通過動畫和小視頻等多種形式針對難以理解的理論知識進(jìn)行形象的展示，有助于學(xué)生對知識的理解和掌握. 微課視頻打破時間和空間的限制可以被靈活地運(yùn)用于課內(nèi)課外，時時進(jìn)行師生和生生之間的互動討論，有助于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法和創(chuàng)新能力.

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