微課在大學物理實驗教學中的研究與實踐
——以光的圓孔衍射為例

姬曉旭，王愛華

(南陽師范學院 物理與電子工程學院，河南 南陽 473061)

大學物理實驗是高等學校理工科院校學生進行科學實驗訓練的重要的基礎必修課程，旨在為學生系統地打好科學研究的基礎[1]. 近年來，由于地方本科院校大學物理實驗學時被壓縮，在有限的時間內完成大綱要求的教學任務時間緊迫，沒有更多的時間與學生進行互動討論，并且與基礎理論相關的實際應用也無法更多地展現；以教師講授為主的集中授課模式，學生被動地接受知識，忽視了學生作為認知主體的地位，無法調動學生自主學習、主動思考、獨立實驗和積極創新. 因此，課時的壓縮、資源的缺失和傳統教學手段的影響造成學生自主性、獨立操作、對知識的內化吸收及實踐創新能力的培養都無法達到理想的效果. 微課的出現恰好可以有效地解決大學物理實驗教學中的這些問題，如何將微課應用于高校大學物理實驗教學當中，培養學生科學實驗的基本方法和技巧，提升學生的觀察力、動手能力和創新能力，培養學生理論聯系實際特別是與當代科技發展相結合的能力，優化大學物理實驗教學效果是本文探索的目標.

1 大學物理實驗教學中存在的問題

1.1 課程資源單一

當前物理實驗課程主要依靠文字教材，不同出版社教材數量龐大、良莠不齊. 傳統教學資源中缺乏實驗儀器設備的構造展示，缺失針對性的實驗操作演示視頻，缺少與實驗相關的實際應用擴展及與高新技術的關系[2]. 學生在學習中對實驗目的、實驗原理及儀器構造進行預習和思考不夠透徹，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，這些因素將會導致學生在課堂上很難快速的動手實驗，不能按時完成實驗任務，影響實驗教學效果.

1.2 教學模式單一

當前的物理實驗教學依然是以教師為主體的傳統式教學，教師先講解后示范，學生重復實驗. 如果講解時間過長，學生動手操作的時間就短；如果講解時間短，學生對整個實驗把握不好[3]. 學生在教師演示實驗過程中更多地關注操作過程和實驗結果，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，失去了獨立思考、主動解決問題和鍛煉動手能力的機會，學生始終處于被動學習狀態，制約了學生動手能力和創新能力的提高.

1.3 個性化學習缺乏

大學物理實驗程序復雜，步驟繁多，對設備和實驗室也有特別的要求. 在課堂教學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由教師提前講解，學生只是對影響實驗結果的異常現象與教師進行溝通解決，希望能夠盡快得到正常的實驗結果，不是通過實際操作來發現問題、解決問題，提高實踐探索能力. 學生在課前預習和課后復習中遇到問題無法進行實時的討論交流，對實驗的理解只限于實驗室動手操作、驗證結果. 固定的場地、有限的學時和較少的互動無法滿足學生個性化學習的需求，更無法實現知識技能內化的深層次教育.

2 微課在大學物理實驗教學中的作用

作為一種新型的教學資源，微課是傳統課堂學習的一種重要補充和資源拓展[4]. 針對上述大學物理實驗教學中存在的問題，結合微課的特點，將微課融入大學物理實驗的教學中，以期提高大學物理實驗教學的水平和質量. 微課在實驗教學中的作用主要體現在以下3點.

2.1 豐富教學資源，提升趣味性

物理實驗教學要通過觀察實驗現象讓學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用. 在實際教學中對物理現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，學生就可以隨時隨地在電腦、平板和手機中對實驗內容和現象反復觀察，做到“隨心所欲”，有利于學生的課前自主學習和課后復習，使其更好地完成實驗任務，實現知識的內化吸收. 同時，更多的視頻資源可以多維度地展現理論知識在實際生活中的應用，讓學生體會到學而有用.

2.2 豐富教學模式，提高學習主動性

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

2.3 促進教與學之間的互動，滿足個性化學習

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

3 融入“微課”的大學物理實驗教學實踐案例

物理學與生活息息相關，日常生活中的現象包含著許多物理原理或規律. 光學儀器中所用孔徑光闌和透鏡的邊緣都相當于透光的圓孔，圓孔的衍射對成像質量有直接影響，導致光學儀器的分辨能力有上限，因此圓孔衍射實驗具有重要的現實意義. 下面結合“微課”的特點以圓孔衍射為例，探討“微課”在實驗教學中具體的實踐應用.

3.1 制作 “微課”視頻，完善教學資源

“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行現場演示. PPT 中的文字、音樂、圖片以及動畫等各種表現形式使課程不僅生動活潑而且趣味性強，能在短時間內吸引學生的注意力，引發思考. 本實驗“微課”視頻由“圓孔衍射-光學儀器的分辨本領”和“圓孔衍射實驗”2部分構成. 例如通過典型的光學儀器在現實生活中的應用及圖片對比提出問題：為什么不同的相機或者顯微鏡觀察到的同一事物細節會不同？引發思考：這里面包含圓孔衍射和瑞利判據這些基本原理. 從具體實例中引出圓孔衍射的重要意義，激發學生的學習興趣，在潛移默化中培養學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的現象、要注意哪些問題都可以詳細地進行講解，學生在觀看的過程中會有身臨其境的感覺，加強感性認識.

3.2 共享微課視頻，促進主動學習，豐富教學模式

課前發布視頻，提示學生觀看有關圓孔衍射相關的 “微課”視頻(圖1)，通過豐富的文字資料、圖片和視頻，學生可以清楚地了解圓孔衍射實驗的實際意義和實驗目的，熟悉實驗器材構造、具體實驗操作過程及需要注意的事項. 學生可根據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，這樣就可以引發思考提升學習的主動性. 例如，如果激光器輸出的單色光照射在1根頭發絲上將會產生怎樣的衍射花樣？可以用本實驗的哪種方法測量頭發絲的直徑？通過學生思考題的完成情況初步判斷學生對實驗的掌握程度. 充分的課前預習使學生在進行實驗之前就對知識有整體的把握，留下更多的課堂時間，使實驗課的教學從傳統的注重講解和實驗測量到注重引導觀察、邏輯分析和討論應用. 針對每個學生的問題，在課堂講解和學生操作過程中逐一解決，實現了“一對一”的教學模式.

圖1 “圓孔衍射”微課視頻截圖

3.3 時時互動，拓展訓練，實現個性化學習

微課教學視頻可以反復觀看和研究，學習不再受時間和空間的限制，對于不同專業不同程度的學生可以依據個人的情況選擇內容和掌握學習進度. 課前預習中如果出現問題可以進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，同時對要進行的實驗有更透徹的理解. 課堂上第一階段系統講解實驗和播放演示視頻，解決在線討論中學生出現的共性問題，促進知識的內化吸收；第二階段進行分組實驗，針對實現過程中學生出現的個性問題單獨解決，對操作過程中出現的共性問題再進行集體討論，最后對具有代表性的問題進行統一講解. 課后教師可以提供與本實驗的理論內容相關的實際問題(圖2)，讓學生充分體會物理學基本理論在實際中的應用(圖2). 例如提出思考題：登月宇航員聲稱在月球唯獨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？教師提示學生利用光的圓孔衍射和光學儀器的分辨本領進行解釋. 比如我國在貴州建設的單口射電望遠鏡，建成后它可以是接受外星人信息的“手機”，是研究神秘物質的巨大“耳朵”，也是未來星際航行的“眼睛”，它將帶領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實意義，讓學生體會物理學的魅力.

圖2 “圓孔衍射”微課視頻截圖

4 教學反思

受微課時間短的限制，教學過程中更強調教師的引導作用，課上不可能反復強調深入探究，由此課下的思考和討論尤其重要，教師的適當引導對學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，教師要很好地靈活運用微課，將它作為傳統課堂的輔助資源，將線上線下有效地結合起來為教與學提供更好的效果. 微課是教學資源的有效補充，它只是對某個知識點的講解，而常規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，教師應該有針對性地設計課堂教學，也不是千篇一律地都使用“微課”來輔助教學.

5 結束語

本文針對大學物理實驗課堂教學的現狀和問題，結合微課視頻資源的優勢進行了大學物理實驗課堂教學的實踐. “微課”視頻短小精悍和較強的針對性容易激發學生的學習興趣，調動積極性，學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行形象的展示，有助于學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用于課內課外，時時進行師生和生生之間的互動討論，有助于培養學生科學的思維方法和創新能力.

[1] 吳海英． 《大學物理實驗》改革的幾點建議[J]． 大學物理實驗，2015,28(1)：101-103.

[2] 宋海珍，付玲. 翻轉課堂教學模式在大學物理實驗教學中的應用[J]. 物理實驗,2017，37(5):36-43.

[3] 于濤． 當代大學物理實驗教學方法改革探討[J]． 大學物理實驗,2015,28(1):119-122.

[4] 胡鐵生. 微課的內涵理解和教學設計方法[J]. 廣東教育, 2014(4):33-35．

[5] 宋海珍，何朝政． 微課在地方本科院校大學物理實驗教學中的應用[J]． 南陽師范學院學報,2016,15(3):61-68.