中學物理實驗微課結構探討

弓密俠

(西安市臨潼區鐵路中學，陜西 西安 710600)

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中學物理實驗微課結構探討

弓密俠

(西安市臨潼區鐵路中學，陜西 西安 710600)

目前微課研究蓬勃發展,但微課建設缺乏系統性,學習者通過微課碎片化學習,很難形成個人獨特的知識體系與能力結構．文章提出應系統構建區域優質資源共享微課,為學習者搭建知識結構,指出從實驗微課功能、實驗呈現方式、實驗內容建構物理實驗系列微課,希望能對物理實驗微課的有效開發起到促進作用．

物理實驗;微課;系列構建

目前中學物理微課研究蓬勃發展,涌現出許多準確把握微課相對獨立與完整性的精美作品,但打開教育公共資源平臺,會發現一個主題有多人重復開發建設,而大量主題因無人問津而空缺,造成公共共享資源系統性建設的漏洞．在盲目開發微課資源的過程中,存在只關注微課碎片化(短小精)外表的問題,走入把微課只作為一種碎片化學習資源的誤區,使得微課缺乏系統性．不系統的微課,會使得工作重復,造成資源的浪費和很多無謂的勞動的同時,[1]也不利于學習者建構知識體系,造成學習者只是體驗了知識散點,無法從廣度與深度對知識進行升華．

微課,其微小化在于保留與發揮其在移動互聯時代所具有的“碎片化呈現、可視化學習過程的愉悅體驗優勢”,使得其可以在較短時間完成對個別主題的有針對性的學習,實現獨立片斷的制作和傳輸;其系統化在于“形成個人獨特的知識體系與能力結構的學習結果”,使得微課有利于學習者有目的、有梯度、有層次、有條理、成系列地完成一個較大單元乃至一門課程的學習．[2]為此,微課建設應跳出“小微課”的局限走向“大微課”的設計、開發與應用,讓微課走向專題化、體系化,使資源碎而不散．

物理實驗微課一般用于講授物理現象、實驗原理、實驗操作過程、實驗方法演示、實驗儀器應用講解等．根據實驗微課的功能、實驗的呈現方式、實驗內容等不同特征,可以從不同角度構建物理實驗微課系統．

1 從實驗微課功能建構實驗微課結構

按照微課的功能,物理實驗微課可分為課程資源型、學習資源型和拓展資源型．如,探究凸透鏡成像規律是新知識學習的重要課程資源,而凸透鏡成像規律的復習是鞏固自主學習資源;“壓力與重力之間的區別與聯系”是教學的難點,但不是重點,為了不影響課堂上重點內容的學習,根據這一內容制作的微課適用于學生課外拓展學習．[3]

1.1 課程資源型實驗微課

實驗的整體過程是一個復雜、抽象的過程,而目前傳統的授課方式仍然是一群學生對一個教師,教師實驗授課的一條龍方式對不同程度的學生只能搭建同一“支架”,勢必使部分學生的疑問難以單獨解答;其次由于教師課堂演示實驗授課內容無法重復,若干天后學生對實驗知識、操作過程的全程回顧難以重現,致使實驗教學目標不能有效達成;再次又因教師教學水平參差不齊,教學手段不豐富,致使學生對實驗目的、實驗內容難以達到完全理解消化．[4]

如,“帶電粒子在勻強磁場中的運動”是高中物理教學的一個難點內容．由于粒子的微觀特性及磁場的不可見性,學生很難通過一次真實物理實驗感受到粒子的運動,使得他們在構建粒子運動情形、描繪粒子運動軌跡時就面臨許多困難．把用洛倫茲力演示儀演示帶電粒子在磁場、電場中的運動開發成課程資源型實驗微課,在新課教學后,提供給學生重溫實驗操作過程,促成學生最終深化物理現象、理解實驗原理．而支持反復演示、直接演示的實驗微課視頻,也可對課程資源匱乏學校的師生提供幫助．

1.2 學習資源型實驗微課

隨著移動終端的普遍應用,學習資源型實驗微課可以更好的用于學生自主學習,扶植學生的自主探究鉆研,滿足學生學習方式的改變與多樣化．

如,游標卡尺是高中學生必須要掌握的一種精密測量工具,由于不是經常使用,一般中學實驗室不能保障學生隨時進行游標卡尺實物操練,使學生往往不能牢固掌握其用法．對于學生來說,隨時需要時,有能提供學習的資料是十分必要的,因此,類似的微課不失為一個供學生隨時使用的優秀移動學習資源．

1.3 拓展資源型實驗微課

拓展資源型實驗是對原有實驗的改進、深化,拓展資源型實驗微課是針對某一主題展開的項目學習活動．

如,初中物理光學部分有很多實驗,一般課堂上演示實驗用激光做光源,而光在空氣中的傳播路徑根本看不到,使得實驗效果不明顯,影響學生對實驗結論的可信度．為了改變這種現狀,在裝水的玻璃箱中注入適量純牛奶,利用牛奶顆粒的反射,能顯示出光在水中的傳播路徑,從而在演示光的直線傳播和折射實驗的基礎上拓展其他光學實驗．

根據這些素材制作的拓展資源型實驗微課,改變了傳統實驗中只看見光的起點和終點,傳播過程只靠想象的現狀,使光的傳播路徑清晰可見,增強了光學實驗的可視性,學生更容易直觀的接受知識,實驗的過程也更加符合學生的認知特點,使光學部分的所有實驗的結果更有說服力．

2 從實驗呈現方式建構實驗微課結構

按照物理實驗的呈現方式,物理實驗微課可分為虛擬實驗型、實物實驗型、數字實驗(DIS實驗)型、生活實驗型．

2.1 虛擬實驗型微課

虛擬實驗是多媒體計算機技術、網絡技術、儀器技術的有機結合,用計算機模擬實驗儀器(虛擬儀器)及實驗操作(虛擬實驗) 的虛擬仿真實驗,相比于傳統的實驗教學模式,可以突破時間、空間以及地點的限制,可以隨時隨地進行實驗,特別適用于教師課堂演示復雜、危險、極端破壞性、反應周期過長、無法控制反應過程的實驗(如涉及高壓電源、危險品、放射性物質、微觀觀察等方面的情境),一些物理定律或原理難以用傳統實驗手段直接驗證,隨著信息技術的迅速發展,可以通過計算機仿真技術解決．如,創建太空理想化的力學實驗環境,完成牛頓定律、曲線運動、宇宙航行等實驗．[5]

中學物理中可用以開發的虛擬實驗微課有:波的合成、多普勒效應、α粒子散射、速度選擇器、質譜儀、粒子回旋加速器、磁流體發電、電磁振蕩、霍爾效應、布朗運動、電路連接等．

作為傳統實驗課程的一種有效補充,虛擬實驗型微課充滿了高新技術氣息,在逼真、立體的表現抽象的實驗過程中,最大限度地發揮虛擬元器件資源的優勢,為學習者創造更靈活的實驗學習環境,在發展學生的構建思維的同時,滿足學生追求時尚、期待創新的個性需求,具有獨特的實驗教學的實踐作用．

2.2 實物實驗型微課

實物實驗是教師利用實驗儀器能實際進行操作的實驗活動．物理實物實驗中會產生新知識,也是檢驗新理論的最基本方法．

用激光演示光的反射、用平拋豎落儀研究平拋運動、用洛倫茲力演示儀演示帶電粒子在磁場中的運動等屬于實物實驗型．中學物理教學中許多必不可少的實物實驗可以開發成實物實驗型微課,彰顯物理實物實驗千百年來探求科學的魅力,發揮物理實驗的教育功能與任務,為物理學人才的產生與成長做出貢獻．

2.3 數字實驗(DIS實驗)型微課

隨著信息技術與學科特點的深度融合,大量的數字化實驗儀器與手段在實驗教學中應用,使傳統物理實驗室無法完成或者完成不好的實驗得到了很好的改進．數字化儀器具備“實時實驗”功能,收集的是實驗真實數據,學生能即時看到實驗結果．數據收集、處理和圖線描繪由計算分析顯示+網絡系統完成,實時實驗、省時省力,提高學習效率和質量．

如,力傳感器、位移傳感器、聲傳感器、溫度傳感器、電流傳感器、磁感應強度傳感器、光電門傳感器等,與計算機技術共同搭建自然科學實驗研究平臺,通過數字化實驗系統的應用,完善現有實驗教學手段．在此基礎上開發的數字化物理實驗微課,在拓展學生視野的同時,培養了學生一種新的科學實驗方法．

2.4 生活實驗型微課

生活實驗貼近實際,題材廣泛,內容豐富．這些蘊涵科學原理的生產生活小實驗,既有助于突破教學重點、難點,又能激發學生學習科學的興趣,培養學生的科學素養．因此,開發的生活實驗型微課在科學教學中顯得十分重要和必要．

如,研究曲線運動速度的方向時引入磨刀具時飛濺的砂粒,研究大氣壓時做覆杯實驗,由快樂的紙飛機科普飛機飛行原理,行車記錄儀中隱含的凸透鏡成像等光學知識的應用等．設計開發“從生活走向物理,從物理走向生活”的生活實驗型微課,搭建學生與科學間的橋梁．

3 從實驗內容建構實驗微課結構

按照物理實驗的內容,物理實驗微課可分為工具使用、介紹儀表原理、驗證定律、探究規律、測定物理量、數據處理等．如圖1所示．

圖1 物理實驗分類圖

3.1 實驗工具使用微課

中學物理中要求學生會使用的實驗工具有:刻度尺、天平、游標卡尺、螺旋測微器、打點計時器、彈簧秤、溫度表、秒表、電流表、電壓表、滑動變阻器、電阻箱等．課標要求會對刻度尺、秒表、彈簧秤、溫度表、電流表、電壓表進行正確讀數．

3.2 實驗儀表原理微課

物理中需要向學生介紹儀表有:游標卡尺、螺旋測微器、多用電表、示波器、磁電式儀表、密度計等,對這些儀器,新課標要求學生弄清其原理,并會正確使用,能正確讀出測量儀器的讀數．由于學生平時只能在實驗室里接觸這些儀表,造成對儀表的感知度受限,通過微課資源可以提供學生隨時接觸學習掌握儀表的使用．

3.3 驗證定律實驗微課

可用于開發驗證定律的實驗微課有:驗證力的平行四邊形定則、驗證牛頓第二定律、驗證機械能守恒定律、驗證動量守恒定律、驗證阿基米德原理、驗證電磁波的存在、驗證凸透鏡成像規律等．

3.4 探究規律實驗微課

科學的核心是探究．物理科學教學的探究活動主要是通過實驗來完成的,物理教材中能用于微課開發的探究內容有:探究研究勻變速直線運動、探究彈力與彈簧伸長的關系、探究分力與合力的關系、研究平拋運動、探究動能定理、探究功與速度的關系、探究感應電流的產生條件、研究液體內部壓強的規律、探究歐姆定律、用多用電表探索黑箱內的電學元件、用描跡法畫出電場中平面等勢線、探究影響電流做功的因素、探究影響電熱的因素、探究平面鏡成像的特點、探究凸透鏡成像的規律等．

3.5 測定物理量實驗微課

物理中測定物理量的實驗有:測定勻變速直線運動的加速度、用單擺測定重力加速度、伏安法測電阻、測金屬的電阻率、測電池的電動勢和內阻、用油膜法估測分子大小、測定玻璃折射率、用雙縫干涉測光的波長、用天平量筒測密度、測定滑輪組的機械效率等．

3.6 實驗數據處理微課

高中物理重要的數據分析有:打點計時器紙帶的數據信息分析運動性質(是不是勻速運動或勻變速直線運動)、求一段時間內的平均速度、求某時刻的瞬時速度、求加速度等．

物理數據分析可通過解方程求解未知量,如,伏安法測電池的電動勢與內電阻實驗,需要解E=U+Ir二元一次方程組求出．

用計算機軟件分析數據的有:用“幾何畫板”分析合力與分力的關系;用圖標軟件描繪小燈泡伏安特性曲線、分析加速度與力的關系、分析加速度與質量的關系等．其中把原來應該是曲線關系的通過改變坐標軸的量或單位而變成線性關系,即變成直線,是重要的實驗分析能力．

每一個微課都應著眼于一個系列學習的微課系統,在建設過程中,既要考慮每一個片段視頻或相關資源的主題,又應考慮在不同主題資源之間的聯系和架構．[2]將物理實驗進行系統歸類,分塊建構子微課系列,進行有效開發建設,才能推進公共資源平臺系統建設進程,以適應學生需求的學習主流模式——基于互聯網的自由化移動學習、碎片化泛在學習、深度化混合學習、在線化系統學習、生活化興趣學習等．設計智慧性微課系列、建設智慧型系列微課,只有兩者兼顧,方可使學習者在碎片化學習進程中按體系構建自己的知識框架,最終不會因碎片化學習而演變成 “知識碎人”．

1 李澤欽,王笑君.高中物理習題微課的設計與開發[J].物理教學,2015(6):12-14.

2 高嵩.論物理微課系統的構建[J].物理教師,2014(2):68-71.

3 吳繼閣.物理微課制作中的問題剖析與矯正策略探討[J].中學物理教學參考,2015(8):41-43.

4 吳鐵飛.微課與物理實驗教學相結合的研究[J].科技視界,2013(30)142-153.

5 王偉民.利用計算機仿真技術突破高中力學難點[J].中學物理教學參考,2016(4):44-46.

2016-12-08)