中学物理实验微课结构探讨

弓密侠

(西安市临潼区铁路中学，陕西 西安 710600)



中学物理实验微课结构探讨

弓密侠

(西安市临潼区铁路中学，陕西 西安 710600)

目前微课研究蓬勃发展,但微课建设缺乏系统性,学习者通过微课碎片化学习,很难形成个人独特的知识体系与能力结构．文章提出应系统构建区域优质资源共享微课,为学习者搭建知识结构,指出从实验微课功能、实验呈现方式、实验内容建构物理实验系列微课,希望能对物理实验微课的有效开发起到促进作用．

物理实验;微课;系列构建

目前中学物理微课研究蓬勃发展,涌现出许多准确把握微课相对独立与完整性的精美作品,但打开教育公共资源平台,会发现一个主题有多人重复开发建设,而大量主题因无人问津而空缺,造成公共共享资源系统性建设的漏洞．在盲目开发微课资源的过程中,存在只关注微课碎片化(短小精)外表的问题,走入把微课只作为一种碎片化学习资源的误区,使得微课缺乏系统性．不系统的微课,会使得工作重复,造成资源的浪费和很多无谓的劳动的同时,[1]也不利于学习者建构知识体系,造成学习者只是体验了知识散点,无法从广度与深度对知识进行升华．

微课,其微小化在于保留与发挥其在移动互联时代所具有的“碎片化呈现、可视化学习过程的愉悦体验优势”,使得其可以在较短时间完成对个别主题的有针对性的学习,实现独立片断的制作和传输;其系统化在于“形成个人独特的知识体系与能力结构的学习结果”,使得微课有利于学习者有目的、有梯度、有层次、有条理、成系列地完成一个较大单元乃至一门课程的学习．[2]为此,微课建设应跳出“小微课”的局限走向“大微课”的设计、开发与应用,让微课走向专题化、体系化,使资源碎而不散．

物理实验微课一般用于讲授物理现象、实验原理、实验操作过程、实验方法演示、实验仪器应用讲解等．根据实验微课的功能、实验的呈现方式、实验内容等不同特征,可以从不同角度构建物理实验微课系统．

1 从实验微课功能建构实验微课结构

按照微课的功能,物理实验微课可分为课程资源型、学习资源型和拓展资源型．如,探究凸透镜成像规律是新知识学习的重要课程资源,而凸透镜成像规律的复习是巩固自主学习资源;“压力与重力之间的区别与联系”是教学的难点,但不是重点,为了不影响课堂上重点内容的学习,根据这一内容制作的微课适用于学生课外拓展学习．[3]

1.1 课程资源型实验微课

实验的整体过程是一个复杂、抽象的过程,而目前传统的授课方式仍然是一群学生对一个教师,教师实验授课的一条龙方式对不同程度的学生只能搭建同一“支架”,势必使部分学生的疑问难以单独解答;其次由于教师课堂演示实验授课内容无法重复,若干天后学生对实验知识、操作过程的全程回顾难以重现,致使实验教学目标不能有效达成;再次又因教师教学水平参差不齐,教学手段不丰富,致使学生对实验目的、实验内容难以达到完全理解消化．[4]

如,“带电粒子在匀强磁场中的运动”是高中物理教学的一个难点内容．由于粒子的微观特性及磁场的不可见性,学生很难通过一次真实物理实验感受到粒子的运动,使得他们在构建粒子运动情形、描绘粒子运动轨迹时就面临许多困难．把用洛伦兹力演示仪演示带电粒子在磁场、电场中的运动开发成课程资源型实验微课,在新课教学后,提供给学生重温实验操作过程,促成学生最终深化物理现象、理解实验原理．而支持反复演示、直接演示的实验微课视频,也可对课程资源匮乏学校的师生提供帮助．

1.2 学习资源型实验微课

随着移动终端的普遍应用,学习资源型实验微课可以更好的用于学生自主学习,扶植学生的自主探究钻研,满足学生学习方式的改变与多样化．

如,游标卡尺是高中学生必须要掌握的一种精密测量工具,由于不是经常使用,一般中学实验室不能保障学生随时进行游标卡尺实物操练,使学生往往不能牢固掌握其用法．对于学生来说,随时需要时,有能提供学习的资料是十分必要的,因此,类似的微课不失为一个供学生随时使用的优秀移动学习资源．

1.3 拓展资源型实验微课

拓展资源型实验是对原有实验的改进、深化,拓展资源型实验微课是针对某一主题展开的项目学习活动．

如,初中物理光学部分有很多实验,一般课堂上演示实验用激光做光源,而光在空气中的传播路径根本看不到,使得实验效果不明显,影响学生对实验结论的可信度．为了改变这种现状,在装水的玻璃箱中注入适量纯牛奶,利用牛奶颗粒的反射,能显示出光在水中的传播路径,从而在演示光的直线传播和折射实验的基础上拓展其他光学实验．

根据这些素材制作的拓展资源型实验微课,改变了传统实验中只看见光的起点和终点,传播过程只靠想象的现状,使光的传播路径清晰可见,增强了光学实验的可视性,学生更容易直观的接受知识,实验的过程也更加符合学生的认知特点,使光学部分的所有实验的结果更有说服力．

2 从实验呈现方式建构实验微课结构

按照物理实验的呈现方式,物理实验微课可分为虚拟实验型、实物实验型、数字实验(DIS实验)型、生活实验型．

2.1 虚拟实验型微课

虚拟实验是多媒体计算机技术、网络技术、仪器技术的有机结合,用计算机模拟实验仪器(虚拟仪器)及实验操作(虚拟实验) 的虚拟仿真实验,相比于传统的实验教学模式,可以突破时间、空间以及地点的限制,可以随时随地进行实验,特别适用于教师课堂演示复杂、危险、极端破坏性、反应周期过长、无法控制反应过程的实验(如涉及高压电源、危险品、放射性物质、微观观察等方面的情境),一些物理定律或原理难以用传统实验手段直接验证,随着信息技术的迅速发展,可以通过计算机仿真技术解决．如,创建太空理想化的力学实验环境,完成牛顿定律、曲线运动、宇宙航行等实验．[5]

中学物理中可用以开发的虚拟实验微课有:波的合成、多普勒效应、α粒子散射、速度选择器、质谱仪、粒子回旋加速器、磁流体发电、电磁振荡、霍尔效应、布朗运动、电路连接等．

作为传统实验课程的一种有效补充,虚拟实验型微课充满了高新技术气息,在逼真、立体的表现抽象的实验过程中,最大限度地发挥虚拟元器件资源的优势,为学习者创造更灵活的实验学习环境,在发展学生的构建思维的同时,满足学生追求时尚、期待创新的个性需求,具有独特的实验教学的实践作用．

2.2 实物实验型微课

实物实验是教师利用实验仪器能实际进行操作的实验活动．物理实物实验中会产生新知识,也是检验新理论的最基本方法．

用激光演示光的反射、用平抛竖落仪研究平抛运动、用洛伦兹力演示仪演示带电粒子在磁场中的运动等属于实物实验型．中学物理教学中许多必不可少的实物实验可以开发成实物实验型微课,彰显物理实物实验千百年来探求科学的魅力,发挥物理实验的教育功能与任务,为物理学人才的产生与成长做出贡献．

2.3 数字实验(DIS实验)型微课

随着信息技术与学科特点的深度融合,大量的数字化实验仪器与手段在实验教学中应用,使传统物理实验室无法完成或者完成不好的实验得到了很好的改进．数字化仪器具备“实时实验”功能,收集的是实验真实数据,学生能即时看到实验结果．数据收集、处理和图线描绘由计算分析显示+网络系统完成,实时实验、省时省力,提高学习效率和质量．

如,力传感器、位移传感器、声传感器、温度传感器、电流传感器、磁感应强度传感器、光电门传感器等,与计算机技术共同搭建自然科学实验研究平台,通过数字化实验系统的应用,完善现有实验教学手段．在此基础上开发的数字化物理实验微课,在拓展学生视野的同时,培养了学生一种新的科学实验方法．

2.4 生活实验型微课

生活实验贴近实际,题材广泛,内容丰富．这些蕴涵科学原理的生产生活小实验,既有助于突破教学重点、难点,又能激发学生学习科学的兴趣,培养学生的科学素养．因此,开发的生活实验型微课在科学教学中显得十分重要和必要．

如,研究曲线运动速度的方向时引入磨刀具时飞溅的砂粒,研究大气压时做覆杯实验,由快乐的纸飞机科普飞机飞行原理,行车记录仪中隐含的凸透镜成像等光学知识的应用等．设计开发“从生活走向物理,从物理走向生活”的生活实验型微课,搭建学生与科学间的桥梁．

3 从实验内容建构实验微课结构

按照物理实验的内容,物理实验微课可分为工具使用、介绍仪表原理、验证定律、探究规律、测定物理量、数据处理等．如图1所示．

图1 物理实验分类图

3.1 实验工具使用微课

中学物理中要求学生会使用的实验工具有:刻度尺、天平、游标卡尺、螺旋测微器、打点计时器、弹簧秤、温度表、秒表、电流表、电压表、滑动变阻器、电阻箱等．课标要求会对刻度尺、秒表、弹簧秤、温度表、电流表、电压表进行正确读数．

3.2 实验仪表原理微课

物理中需要向学生介绍仪表有:游标卡尺、螺旋测微器、多用电表、示波器、磁电式仪表、密度计等,对这些仪器,新课标要求学生弄清其原理,并会正确使用,能正确读出测量仪器的读数．由于学生平时只能在实验室里接触这些仪表,造成对仪表的感知度受限,通过微课资源可以提供学生随时接触学习掌握仪表的使用．

3.3 验证定律实验微课

可用于开发验证定律的实验微课有:验证力的平行四边形定则、验证牛顿第二定律、验证机械能守恒定律、验证动量守恒定律、验证阿基米德原理、验证电磁波的存在、验证凸透镜成像规律等．

3.4 探究规律实验微课

科学的核心是探究．物理科学教学的探究活动主要是通过实验来完成的,物理教材中能用于微课开发的探究内容有:探究研究匀变速直线运动、探究弹力与弹簧伸长的关系、探究分力与合力的关系、研究平抛运动、探究动能定理、探究功与速度的关系、探究感应电流的产生条件、研究液体内部压强的规律、探究欧姆定律、用多用电表探索黑箱内的电学元件、用描迹法画出电场中平面等势线、探究影响电流做功的因素、探究影响电热的因素、探究平面镜成像的特点、探究凸透镜成像的规律等．

3.5 测定物理量实验微课

物理中测定物理量的实验有:测定匀变速直线运动的加速度、用单摆测定重力加速度、伏安法测电阻、测金属的电阻率、测电池的电动势和内阻、用油膜法估测分子大小、测定玻璃折射率、用双缝干涉测光的波长、用天平量筒测密度、测定滑轮组的机械效率等．

3.6 实验数据处理微课

高中物理重要的数据分析有:打点计时器纸带的数据信息分析运动性质(是不是匀速运动或匀变速直线运动)、求一段时间内的平均速度、求某时刻的瞬时速度、求加速度等．

物理数据分析可通过解方程求解未知量,如,伏安法测电池的电动势与内电阻实验,需要解E=U+Ir二元一次方程组求出．

用计算机软件分析数据的有:用“几何画板”分析合力与分力的关系;用图标软件描绘小灯泡伏安特性曲线、分析加速度与力的关系、分析加速度与质量的关系等．其中把原来应该是曲线关系的通过改变坐标轴的量或单位而变成线性关系,即变成直线,是重要的实验分析能力．

每一个微课都应着眼于一个系列学习的微课系统,在建设过程中,既要考虑每一个片段视频或相关资源的主题,又应考虑在不同主题资源之间的联系和架构．[2]将物理实验进行系统归类,分块建构子微课系列,进行有效开发建设,才能推进公共资源平台系统建设进程,以适应学生需求的学习主流模式——基于互联网的自由化移动学习、碎片化泛在学习、深度化混合学习、在线化系统学习、生活化兴趣学习等．设计智慧性微课系列、建设智慧型系列微课,只有两者兼顾,方可使学习者在碎片化学习进程中按体系构建自己的知识框架,最终不会因碎片化学习而演变成 “知识碎人”．

1 李泽钦,王笑君.高中物理习题微课的设计与开发[J].物理教学,2015(6):12-14.

2 高嵩.论物理微课系统的构建[J].物理教师,2014(2):68-71.

3 吴继阁.物理微课制作中的问题剖析与矫正策略探讨[J].中学物理教学参考,2015(8):41-43.

4 吴铁飞.微课与物理实验教学相结合的研究[J].科技视界,2013(30)142-153.

5 王伟民.利用计算机仿真技术突破高中力学难点[J].中学物理教学参考,2016(4):44-46.

2016-12-08)