大擺角條件下用單擺測重力加速度的微課視頻設計與制作*

陳 炎，劉富池，呂鳳珍，朱長明，周厚兵，孔文婕，秦麗清，王麗光

(廣西師范大學物理科學與技術學院，廣西 桂林 541004)

1 引言

對于“單擺法測重力加速度”實驗，學生在初次學習時，由于并沒有學習泰勒展開、橢圓積分等數學知識，教師無法對大擺角擺動的實驗原理進行有效的講解。為了使學生較好的掌握實驗內容，該實驗常常要求在“擺角小于5 度”的條件下進行。物理是以實驗為基礎的一門學科。以班級授課制為主的教學形式，使教師很難兼顧到每一位學生的實驗狀況，學生的實驗進度超前，學生學習效率不佳。相反，學生在通過微課視頻進行學習時，對于不理解的地方可以暫停思考或者反復觀看。微課視頻憑借其授課時間短、內存比小等特點受到越來越多學生的喜愛。利用微課形式就“單擺法測重力加速度”大擺角擺動原理進行講解勢必提高學生的學習效率。

2 學情分析

學生已經在《大學物理實驗》“單擺法測重力加速度”中，習得擺角小于5 度的原理和方法。但當時對擺角大于5 度的實驗原理并沒有完整解釋，不同層次的學生存在不一樣的理解和困惑。學生在通過微課視頻學習時能夠根據自己的需要有選擇地進行學習。所以，本文以擺角大于5 度的實驗原理為內容，詳細介紹大擺角條件下用單擺測重力加速度的微課視頻設計與制作的方法。

3 腳本撰寫

腳本撰寫需要講解者理解實驗內容、理清講解思路、分配講解時間等，主要包含以下內容：

3.1 實驗目的（3 分鐘）

（1）理解最大擺角大于5 度時實驗原理；

（2）掌握大擺角條件下用單擺法測量重力加速度的方法；

（3）熟悉實驗儀器及操作步驟。

3.2 實驗原理（15 分鐘）

單擺是一種測量重力加速度的實驗儀器,其結構較為簡單。常用來做測量重力加速度的實驗。當小球擺角大于5 度時，大擺角周期公式為

公式（3-1）由機械能守恒定律導出并且適用于最大擺角為任意值(0≤θ0≤90°)的情形。但應用時需查完全橢圓積分表，計算求解較為復雜。通過計算求解新的周期公式（3-2）、重力加速度公式（3-3）。

3.3 實驗儀器（5 分鐘）

（1）單擺

用一根絕對剛性且長度不變、質量可忽略不計的線懸掛一個質點，在重力作用下在鉛垂平面內作周期運動，就成為單擺，如圖3-1 所示。為了實驗測量的準確性，單擺系統的下方設置了一個角度尺，以來讀取擺角的度數。為了保證計時起點判斷的準確性，我們還在儀器上安裝了帶虛線的平面鏡，來消除視差，如圖3-2所示。

圖3-1 單擺

圖3-2 三線合一

（2）直尺

直尺廣泛應用于數學，測量，工程等學科。是一種具有精確直線棱邊的尺形量規，如圖3-3 所示。

圖3-3 直尺

（3）游標卡尺

游標卡尺，是一種測量長度、內外徑、深度的量具。游標卡尺由主尺和附在主尺上能滑動的游標兩部分構成，如圖3-4 所示。

圖3-4 游標卡尺

（4）計時秒表

秒表或者有時候也叫停表。是一種計時儀器，右邊的按鈕是計時器的啟動、停止按鈕；左邊的按鈕是計時器復位的按鈕，也就是將計時清零。如圖3-5 所示。

圖3-5 秒表

3.4 實驗步驟（7 分鐘）

（1）將單擺放置水平桌面；

（2）調節單擺底座使單擺三線合一；

（3）將擺球拉離平衡位置，使最大擺角大于5 度并記錄擺角度數；

（4）釋放擺球，使擺球在同一豎直平面擺動；

（5）記錄數據，繪制表格；

（6）多次重復進行實驗,代入公式（3-3）計算結果；

4 課件設計

依據撰寫的腳本制作課件講解課件。利用課件講解會更好的提升微課的質量效果。適當采用動態效果能增加學生的無意注意來提高學習的質量，使學生被課件所吸引并不自覺的投入學習當中。同時課件動畫趣味性的前提條件為整齊統一避免課件動畫過于花里胡哨，使學生被動畫本身吸引，舍本逐末。

4.1 幻燈片母版制作

母版視圖用于設計模板信息，包括背景樣式、幻燈片大小、占位符和配色方案等內容。幻燈片母版設置完畢后設計者只需要使用不同的版式就可以得到不同的界面設計使之后的操作更加簡單便捷。幻燈片母版操作頁面：視圖→幻燈片母版→（設計版式）→關閉母版視圖。例如在母版視圖中添加講解標題、logo 等圖案后就不用每張幻燈片再重復添加logo 圖案，使設計方便快捷。本文母版樣例如圖4-1 所示。

圖4-1 課件母版

4.2 封面設計

一個好的封面能夠吸引學生的注意，激發學習的興趣，使學生一節課能夠全神貫注的投入學習當中。封面設計中適當插入圖案增加封面的吸引力。操作如下：在幻燈片中插入一個矩形→輸入微課課題名稱→格式里面選擇形狀樣式和藝術字樣式的形狀填充、輪廓和效果。單純的標題會使封面顯得單調死板，所以我們需要在封面中插入搭配一些小圖片來豐富封面，選擇攝像機圖片和打光燈圖片刪除背景后，擺放在封面空白處。本文封面樣例如圖4-2 所示。

圖4-2 封面

4.3 文本框設計

在課件中會書寫大量文本，對于重要文本要重點突出，增加學生的的有意注意。在文本框的“繪圖工具格式”中可以選擇不同的形狀填充、形狀輪廓以及形狀效果等組成部分，配合文本填充顏色，選擇不同的藝術字樣式可以達到突出重點的效果。樣例如圖4-3 所示。

圖4-3 文本框設計

4.4 插入圖片

當需要舉例子例證時可以在課件中插入一些圖片來豐富例證，激發學生的積極思維，開發學生的大腦。如本文在舉例生活中的擺動時，通過插入秋千、鐘擺、風鈴等圖片來豐富例證。激發學生學習興趣，提高學生學習效率。

4.5 動畫設計

沒有動畫設計的課件在播放時會顯得死板尷尬，添加動畫之后可以使整份課件活靈活現的進行展示。合理設置動畫樣式、入場次序、持續時間等因素會讓整份課件錦上添花。

添加動畫步驟：選中對象→點擊動畫→選擇動畫方式→調整入場次序→調節動畫持續時間，即可為對象添加動畫。

動畫添加完畢后還可以在“動畫窗格”中對所有的動畫進行調節，編排動畫出場順序，選中動畫右擊可以調整動畫出場方式例如單擊開始、從上一項開始、從上一項之后開始，使動畫銜接自然。

4.6 導出課件視頻

制作好課件后還需要將課件導出為視頻格式用于后期視頻合成，導出方法如下：文件→導出→創建視頻→使用錄制的計時和旁白→錄制計時和旁白。導出視頻畫質盡量選擇較高畫質，保證視頻清晰度。需要注意錄制的旁白需要和人物講解視頻相對應，做到聲畫同步。

5 視頻制作

5.1 拍攝場景布置

在視頻拍攝之前，可能存在拍攝場地光源過暗，背景雜亂等情況。因此在拍攝之前需要對拍攝場景進行布置。例如，添加光源對講解者進行側面打光，增加講解者的明亮度。添加提詞器便于講解者講解視頻。為了方便后期影視摳圖，本微課制作采用光滑綠幕為拍攝背景，講解者站在綠幕之前進行視頻錄制。布置場景后需要對儀器進行調試才能進行拍攝，包括DV 清晰度的選擇，DV 擺放的位置使講解者位于拍攝中央，檢查DV 剩余電量等因素。如圖5-1 所示。

圖5-1 場景布置

5.2 視頻錄制

利用DV 相機對實驗儀器進行近景拍攝，讓學生對實驗儀器有所認知了解。避免使學生產生無謂的空想，讓學生在觀看微課的學習過程中有圖可依。在實驗過程的講解中，講解者實際操作儀器，并講解操作時需要注意的要點。以學生能夠在脫離視頻的幫助下能夠獨立的完成實驗為目標。講解者聲情并茂地講解實驗內容部分，語速做到輕重緩急，在重要的地方適當的放慢語速，并配合各種疑問詞對學生提問使學生產生思考。配合手勢語的使用，增加視頻的觀賞性，避免動作僵硬、眼神呆板無光。

5.3 剪輯摳像

首先，對視頻進行粗剪即剪去不理想的片段，須保證剩下的片段拼接流暢無卡點。本文剪輯使用Adobe Premiere，操作如下：

選中開始幀→剃刀工具（ctrl+k）→選中結束幀→剃刀工具（ctrl+k）→選中要刪除的片段→刪除（delete）→選中全部→波紋刪除，就可以剪去去不想要的片段，如圖5-2 所示。

圖5-2 視頻粗剪

講解視頻只需要講解者圖像即可，需要進行摳除背景綠幕，所以我們需要對講解視頻進行摳圖操作，在Adobe Premiere 中利用“超級鍵”進行摳圖操作如下：

效果面板搜索“超級鍵”→將效果拖至講解視頻→選中“超級鍵”中吸管→吸取背景綠色。若摳像后還存在陰影可以適當調整差值參數根據實際情況使摳圖干凈無陰影。如圖5-3 所示

圖5-3 “超級鍵”摳圖

5.4 后期優化

講解視頻粗剪完成后就可以和課件視頻進行合成。將課件視頻導入相同序列。使講解視頻位于上層軌道，課件視頻位于下層軌道。兩者聲畫對應，保證聲畫同步不延遲。

在視頻錄制時，由于儀器設備及拍攝場地的原因，視頻會不可避免的產生雜音，需要對聲音進行降噪提音等處理，使播放的聲音清晰透徹無雜聲。

在實驗儀器展示的片段中，對儀器的微小部件進行添加光標特效等處理，使觀看者對儀器的各種部件清晰明了。在Adobe Premiere 可以利用“油漆桶”特效搭配幀動畫制作頻閃效果來突出儀器部件。如圖5-4 所示。最后在保證視頻清晰度的前提下盡可能的減少視頻所占內存，符合微課視頻設計的初衷。

圖5-4 頻閃效果

6 總結

本次微課視頻制作采用前期拍攝后期合成的方式，將授課視頻配合課件的進行講解錄制。在前期的工作中主要是準備授課內容、撰寫授課腳本以及制作授課課件，課件插畫做到不枯燥呆板，與時俱進。錄制工作完成之后，后期運用視頻剪輯工具對錄制視頻進行剪切拼裝，添加特效，聲頻降噪等工作，做到在視頻中慢慢吸引學生興趣，避免學生只產生三分鐘學習熱度。讓學生在學習的過程中產生對學習的興趣。