微課教學在分光計測量棱鏡角實驗中的創(chuàng)新實踐

詹強　許泳　楊源楷　徐維濤　邱彩虹

摘要：以微課教學在分光計測量棱鏡角實驗中的創(chuàng)新實踐為例，介紹了微課在大學物理實驗教學中的應用情況和發(fā)展前景，以及微課教學在分光計結(jié)構(gòu)、核心操作，望遠鏡和云臺的粗調(diào)、細調(diào)，數(shù)據(jù)采集和處理等環(huán)節(jié)的物理原理和內(nèi)容設(shè)計。

關(guān)鍵詞：微課;分光計;棱鏡角

2020年是實施2010—2020年《國家中長期教育改革與發(fā)展規(guī)劃綱要》和《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃》的收官之年，也是豐收之年。微課作為新時代的寵兒，大放異彩，微課資源和網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)取得了很大的發(fā)展，教師有熱情，學生愛參與，教學效果突出，充分展現(xiàn)了微課的核心價值和發(fā)展意義[1]。

1 微課與大學物理實驗教學

大學物理實驗是理工科必修的一門重要基礎(chǔ)課程，它包括經(jīng)典物理實驗、近代物理實驗和前沿物理科學技術(shù)實驗等內(nèi)容。隨著當代大學生對學習的個性化需求（混合學習，移動學習，立體學習）日益強烈，傳統(tǒng)的教學突出幾大問題：（1）學生預習物理實驗效果差。（2）課堂時間學生無法有效利用。（3）課前課后交流互動缺乏，學生易產(chǎn)生畏難情緒。（4）教學方式和手段比較單一。針對上述問題，結(jié)合微課的特點，把微課引入到大學物理實驗的教學中，來提高大學物理實驗教學的水平和質(zhì)量[2]。因此，引入微課教學，同當下物理實驗教學有機結(jié)合，揚長避短，充分發(fā)揮信息技術(shù)優(yōu)勢，優(yōu)化資源配置，調(diào)動學生學習的主觀能動性，落實分類型分層次教學，建設(shè)豐富有效的大學物理實驗微課資源學習和互動平臺，利用微課資源開展啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學，鼓勵發(fā)展性評價，探索建立以大學生為中心的大學物理實驗教學新模式，以應對信息化時代下學習多樣性、個性化的挑戰(zhàn)，對切實提高大學物理實驗教學質(zhì)量具有重大意義。

2 微課在分光計測量棱鏡角實驗中的創(chuàng)新實踐

分光計是可以用來精確測量角度的經(jīng)典光學儀器，比如棱鏡角、光束偏向角，結(jié)合分光元件還可以觀察光譜、測量光譜波長。因此，分光計的調(diào)節(jié)和使用是大學物理實驗課程中的必修實驗內(nèi)容，對學生的鍛煉和提高非常有意義，其中測量棱鏡角和折射率是必做的兩個經(jīng)典光學實驗。但是該實驗對初學者來說，上手較為困難，操作難度大，需要有正確的方法，還要有清晰的耐心。這里利用微課教學的優(yōu)勢，創(chuàng)新的把重難點立體的剖析清楚，讓初學者得到充分的預習，達到理解并用的效果。簡言之，就是把核心操作和技術(shù)通過精心制作的微視頻結(jié)合實景和理論分析展示清楚、講解明白，同時提供課前預習的互動交流，盡可能地讓學生對儀器、實驗原理、操作過程產(chǎn)生認知突破。

2.1 微課之分光計的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和核心操作

設(shè)計了三個微課小視頻，第一，錄制講解分光計的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，如上圖所示，分光計主要由望遠鏡系統(tǒng)、平行光管、載物可調(diào)云臺、圓形刻度盤、光源、底座等構(gòu)成，其中的望遠鏡系統(tǒng)包含目鏡物鏡、雙十字線分劃板、綠色十字叉絲以及可以調(diào)節(jié)水平仰角的調(diào)節(jié)螺絲A;載物可調(diào)云臺由三個調(diào)節(jié)螺絲B、C、D調(diào)節(jié)云臺臺面的水平;圓形刻度盤由主尺外盤和游標內(nèi)盤（因顏色為黑，也叫黑盤）構(gòu)成，其中螺絲E鎖定主尺外盤，螺絲F鎖定黑盤，螺絲G鎖定望遠鏡。

第二，錄制分光計的基本操作方式：打開綠色十字叉絲光源，順時針（逆時針）旋轉(zhuǎn)，抬高（降低）目鏡側(cè)，從而降低（抬高）望遠鏡水平仰角。由于主尺外盤、游標內(nèi)盤和望遠鏡都是可以自由轉(zhuǎn)動，也可以被螺絲鎖定不動，不同實驗教材或指導老師使用的轉(zhuǎn)動鎖定方案也不盡相同，雖然核心原理是一樣的，不影響測量的結(jié)果。這里都會在微課中演示，讓同學們自己決定采取哪種轉(zhuǎn)動方案。視頻中，會著重介紹如下方案：擰緊螺絲E、G鎖定外盤和望遠鏡，松開螺絲F，讓黑盤自由轉(zhuǎn)動，以轉(zhuǎn)動云臺上的雙面平面鏡、棱鏡等光學元件，這樣做的好處有：（1）操作簡便;（2）操作人員可以坐在凳子上，不必跟隨望遠鏡移動，減少體力消耗;（3）對儀器友好，尤其望遠鏡不易損壞。

第三，講解平面鏡和三棱鏡的放置在云臺的放置方式，以及不同放置方式背后所呈現(xiàn)的物理原理。云臺上有三個調(diào)節(jié)螺絲B、C、D，即有三個調(diào)節(jié)自由度，合理放置平面鏡對后面的調(diào)節(jié)十分重要，否則沒有章法可循。多數(shù)實驗教材采用的是平面鏡與三角形BCD的高平行放置，比如過B點，垂直于CD，這樣做的出發(fā)點是只有調(diào)節(jié)C、D便可以調(diào)節(jié)平面鏡的垂直度，雖然也可以達到實驗目的，但是事實上，云臺并一定水平了，因為如此調(diào)節(jié)只能保證平面鏡所在面的垂直度，平面換個位置就不一定垂直了，所以還需要在此基礎(chǔ)上，重新放置平面鏡過C點與BD垂直，然后再次調(diào)節(jié)B、D使得平面鏡垂直，兩番操作才能實現(xiàn)云臺平面的真正水平。然而，實際上采用平面鏡過三角形BCD中心同時平行其任意邊的放置方式更高效便捷，但是對初學者者難度稍大，各有優(yōu)勢，此種放置方式在后續(xù)調(diào)節(jié)會有重點體現(xiàn)。整個微課邊錄制邊示范邊配合講解，后期加工優(yōu)化視頻內(nèi)容和節(jié)奏，加入圖文講解，讓微課既有科學性又有一定的趣味性，力求重點突出、簡短高效、直觀易懂，初學者自然樂于看、看得懂、學成快，學習的效率和教學質(zhì)量也就有了保障。

2.2 微課之望遠鏡和云臺的粗調(diào)、細調(diào)

望遠鏡和云臺的粗調(diào)，這點很需要經(jīng)驗和技術(shù)。這里微課里面會演示正確的操作方式和技巧，也會演示常見的錯誤或不規(guī)范操作，以達到更加的示教效果。望遠鏡粗調(diào)主要是旋轉(zhuǎn)螺絲A（順時針＼逆時針旋轉(zhuǎn)，對應于降低＼抬高仰角）調(diào)節(jié)望遠鏡水平仰角，操作時身體在望遠鏡側(cè)邊，眼睛要平時望遠鏡光軸，目光與望遠鏡光軸垂直，如有水平儀，可以放在望遠鏡鏡筒上表面，協(xié)助調(diào)節(jié)水平。同理，云臺的水平調(diào)節(jié)是如此，眼睛一定要平視云臺，目光平行于云臺臺面，通過旋轉(zhuǎn)螺絲B、C、D（順時針＼逆時針旋轉(zhuǎn)，對應于抬高＼降低臺面）使得臺面水平，也可以借助水平儀進一步檢驗和調(diào)節(jié)云臺的水平。然后打開綠色十字叉絲光源，放置雙面平面鏡使得鏡面過三角形BCD的中心，平行CD，這樣調(diào)節(jié)B和同時調(diào)節(jié)C、D即可調(diào)節(jié)鏡面的垂直度。再轉(zhuǎn)動黑盤，使得鏡面垂直于望遠鏡，透過目鏡觀察再平面鏡里面成的十字叉絲像。這個環(huán)節(jié)的微課設(shè)計架構(gòu)如下表所示，課堂上發(fā)現(xiàn)，多數(shù)同學會遇到第一種情況，就是兩面都看不到綠色十字叉絲，大多是因為沒有掌握粗調(diào)的方法，或者是粗調(diào)不達預期效果，又不知道如何有效解決問題，做很多無用功，自然就會產(chǎn)生放棄甚至厭學情緒。又有部分同學經(jīng)過調(diào)節(jié)會出現(xiàn)第二種情況，這時如果指導老師在場點撥一下，初學者便可以較快解決問題，但問題是指導老師分身乏術(shù)，往往是指導到一半就下課了，半途而廢，這對學生的自信心是極不利的，教學質(zhì)量也就無法得到保證。只有少數(shù)同學會遇到第三種情況，像這種情況，指導老師可以指導學生進一步掌握調(diào)節(jié)技巧，細想這樣的情況也是情理之中。最后，結(jié)合物理原理和光路圖，把現(xiàn)象和操作歸類劃分，層層推進，逐個擊破，編輯并優(yōu)化整個微課，初學者無論是課前預習，還是實驗中，亦是后面的實驗報告過程，都可以對號入座，從而抓住他們的興趣點、盲點、甚至是痛點，微課教學的優(yōu)勢也就顯而易見了。

2.3 微課之分光計的讀數(shù)和數(shù)據(jù)處理

分光計讀數(shù)原理類似于游標卡尺，先讀主尺，后讀游標，微課中主要展示教材中很少提及的讀數(shù)起點和旋轉(zhuǎn)方向問題，例如θ₁=30°16′、θ₂=210°16′，此時往增加的方向旋轉(zhuǎn)，教材公式φ=12[θ′₁-θ₁+θ′₂-θ₂]，但是反向轉(zhuǎn)動黑盤時，教材公式不適用，需要修正。微課中將展示兩個實例，分別講解兩種情況下對應的數(shù)據(jù)處理公式，實踐中這個問題通過微課教學的效果非常好。

3 總結(jié)

創(chuàng)新實踐證明微課教學在分光計測量棱鏡角的實驗中效果非凡，重難點突出，講解清晰具體有代入感，學生參與度高，參與感強，傳播迭代效果好，隨時隨地任意學、隨心學。課前預習效果好，實驗課過程自然輕松應對，教師和學生高?；?，教學相長落到了實處。微課短視頻精悍高效、易于傳播，對于當代信息課堂確實極具滲透力，隨著更多高校在大學物理實驗教學的創(chuàng)新實踐，微課教學未來可期，如同昔日的微信和當前的抖音，這也給我們教學工作者帶來很多啟示。

參考文獻：

[1]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，2013，31（4）：3642.

[2]唐艷妮，徐軍，羅積軍，趙云芳.微課在大學物理實驗教學中的應用探索[J].實驗物理與工程，2014：5759.

基金項目：廣東海洋大學2017年度教育教學改革項目（XJG201776）;2017年度校級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃立項項目（CXXL2017135）;2019年度校級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃立項項目（CXXL2019270）

作者簡介：詹強（1988—），男，漢族，江西九江人，碩士，講師，研究方向：固體高次諧波。

*通訊作者：邱彩虹（1970—），女，漢族，廣東湛江人，本科，實驗師，研究方向：物理實驗教學與研究。