微课在大学物理实验教学中的研究与实践——以光的圆孔衍射为例

姬晓旭，王爱华

(南阳师范学院 物理与电子工程学院，河南 南阳 473061)

大学物理实验是高等学校理工科院校学生进行科学实验训练的重要的基础必修课程，旨在为学生系统地打好科学研究的基础[1]. 近年来，由于地方本科院校大学物理实验学时被压缩，在有限的时间内完成大纲要求的教学任务时间紧迫，没有更多的时间与学生进行互动讨论，并且与基础理论相关的实际应用也无法更多地展现；以教师讲授为主的集中授课模式，学生被动地接受知识，忽视了学生作为认知主体的地位，无法调动学生自主学习、主动思考、独立实验和积极创新. 因此，课时的压缩、资源的缺失和传统教学手段的影响造成学生自主性、独立操作、对知识的内化吸收及实践创新能力的培养都无法达到理想的效果. 微课的出现恰好可以有效地解决大学物理实验教学中的这些问题，如何将微课应用于高校大学物理实验教学当中，培养学生科学实验的基本方法和技巧，提升学生的观察力、动手能力和创新能力，培养学生理论联系实际特别是与当代科技发展相结合的能力，优化大学物理实验教学效果是本文探索的目标.

1 大学物理实验教学中存在的问题

1.1 课程资源单一

当前物理实验课程主要依靠文字教材，不同出版社教材数量庞大、良莠不齐. 传统教学资源中缺乏实验仪器设备的构造展示，缺失针对性的实验操作演示视频，缺少与实验相关的实际应用扩展及与高新技术的关系[2]. 学生在学习中对实验目的、实验原理及仪器构造进行预习和思考不够透彻，理解不够全面，目的不够明确，只能对照教材中实验仪器图片按照实验步骤想象整个实验过程，这些因素将会导致学生在课堂上很难快速的动手实验，不能按时完成实验任务，影响实验教学效果.

1.2 教学模式单一

当前的物理实验教学依然是以教师为主体的传统式教学，教师先讲解后示范，学生重复实验. 如果讲解时间过长，学生动手操作的时间就短；如果讲解时间短，学生对整个实验把握不好[3]. 学生在教师演示实验过程中更多地关注操作过程和实验结果，遇到问题即找教师解决，不主动思考，不去探究原因，只想快速完成实验，失去了独立思考、主动解决问题和锻炼动手能力的机会，学生始终处于被动学习状态，制约了学生动手能力和创新能力的提高.

1.3 个性化学习缺乏

大学物理实验程序复杂，步骤繁多，对设备和实验室也有特别的要求. 在课堂教学中理论讲解和实验操作过程时间很紧张，实验操作过程中注意事项多数由教师提前讲解，学生只是对影响实验结果的异常现象与教师进行沟通解决，希望能够尽快得到正常的实验结果，不是通过实际操作来发现问题、解决问题，提高实践探索能力. 学生在课前预习和课后复习中遇到问题无法进行实时的讨论交流，对实验的理解只限于实验室动手操作、验证结果. 固定的场地、有限的学时和较少的互动无法满足学生个性化学习的需求，更无法实现知识技能内化的深层次教育.

2 微课在大学物理实验教学中的作用

作为一种新型的教学资源，微课是传统课堂学习的一种重要补充和资源拓展[4]. 针对上述大学物理实验教学中存在的问题，结合微课的特点，将微课融入大学物理实验的教学中，以期提高大学物理实验教学的水平和质量. 微课在实验教学中的作用主要体现在以下3点.

2.1 丰富教学资源，提升趣味性

物理实验教学要通过观察实验现象让学生能够更好地理解物理知识和原理，更重要是掌握其在实际中的应用. 在实际教学中对物理现象的观察被限制在实验室，如果教师将操作过程和注意事项录制成微课视频，学生就可以随时随地在电脑、平板和手机中对实验内容和现象反复观察，做到“随心所欲”，有利于学生的课前自主学习和课后复习，使其更好地完成实验任务，实现知识的内化吸收. 同时，更多的视频资源可以多维度地展现理论知识在实际生活中的应用，让学生体会到学而有用.

2.2 丰富教学模式，提高学习主动性

物理实验教学中通过学生独立操作来提升学生的动手能力和在实践中发现问题、解决问题的能力是非常重要的目标. 如果教师提前发布“微课”视频，学生课下可以对实验内容进行预习，提高了学生学习的主动性. 学生有不清楚的地方可以随时观看微课中的内容，减少课堂讲授的时间，留下更多的时间与学生交流，可以更好地进行实验过程的指导，跟学生进行更深层次的交流，也使 “一对一”教学模式得以实现.

2.3 促进教与学之间的互动，满足个性化学习

大学物理实验学时的压缩导致教师在有限的课时内完成大纲要求的教学任务时间紧迫，没有更多的时间与学生进行互动讨论和传递更多的信息. “微课”视频的学习打破时间和空间的限制，可以使学生随时随地学习不同的知识，也可以在线进行师生、生生间的实时互动. 同时，“微课”视频内容也可以满足不同层次学生的需求，对学有余力的学生可以完成设置的拓展训练.

3 融入“微课”的大学物理实验教学实践案例

物理学与生活息息相关，日常生活中的现象包含着许多物理原理或规律. 光学仪器中所用孔径光阑和透镜的边缘都相当于透光的圆孔，圆孔的衍射对成像质量有直接影响，导致光学仪器的分辨能力有上限，因此圆孔衍射实验具有重要的现实意义. 下面结合“微课”的特点以圆孔衍射为例，探讨“微课”在实验教学中具体的实践应用.

3.1 制作 “微课”视频，完善教学资源

“微课”通常是以视频为载体，配以PPT 辅助来完成的，同时由教师同步讲解，并且在讲解的同时还可以对照实物进行现场演示. PPT 中的文字、音乐、图片以及动画等各种表现形式使课程不仅生动活泼而且趣味性强，能在短时间内吸引学生的注意力，引发思考. 本实验“微课”视频由“圆孔衍射-光学仪器的分辨本领”和“圆孔衍射实验”2部分构成. 例如通过典型的光学仪器在现实生活中的应用及图片对比提出问题：为什么不同的相机或者显微镜观察到的同一事物细节会不同？引发思考：这里面包含圆孔衍射和瑞利判据这些基本原理. 从具体实例中引出圆孔衍射的重要意义，激发学生的学习兴趣，在潜移默化中培养学生利用物理知识解决实际问题的能力. 例如演示视频中通过对各种仪器操作的演示以及会出现的现象、要注意哪些问题都可以详细地进行讲解，学生在观看的过程中会有身临其境的感觉，加强感性认识.

3.2 共享微课视频，促进主动学习，丰富教学模式

课前发布视频，提示学生观看有关圆孔衍射相关的 “微课”视频(图1)，通过丰富的文字资料、图片和视频，学生可以清楚地了解圆孔衍射实验的实际意义和实验目的，熟悉实验器材构造、具体实验操作过程及需要注意的事项. 学生可根据自己对知识掌握的情况有选择性地观看，同时完成教师留下的思考题，这样就可以引发思考提升学习的主动性. 例如，如果激光器输出的单色光照射在1根头发丝上将会产生怎样的衍射花样？可以用本实验的哪种方法测量头发丝的直径？通过学生思考题的完成情况初步判断学生对实验的掌握程度. 充分的课前预习使学生在进行实验之前就对知识有整体的把握，留下更多的课堂时间，使实验课的教学从传统的注重讲解和实验测量到注重引导观察、逻辑分析和讨论应用. 针对每个学生的问题，在课堂讲解和学生操作过程中逐一解决，实现了“一对一”的教学模式.

图1 “圆孔衍射”微课视频截图

3.3 时时互动，拓展训练，实现个性化学习

微课教学视频可以反复观看和研究，学习不再受时间和空间的限制，对于不同专业不同程度的学生可以依据个人的情况选择内容和掌握学习进度. 课前预习中如果出现问题可以进行师生之间和生生之间在线讨论，将一部分问题解决在课堂之外，同时对要进行的实验有更透彻的理解. 课堂上第一阶段系统讲解实验和播放演示视频，解决在线讨论中学生出现的共性问题，促进知识的内化吸收；第二阶段进行分组实验，针对实现过程中学生出现的个性问题单独解决，对操作过程中出现的共性问题再进行集体讨论，最后对具有代表性的问题进行统一讲解. 课后教师可以提供与本实验的理论内容相关的实际问题(图2)，让学生充分体会物理学基本理论在实际中的应用(图2). 例如提出思考题：登月宇航员声称在月球唯独能够用肉眼分辨地球上的人工建筑是中国的长城，是真的吗？教师提示学生利用光的圆孔衍射和光学仪器的分辨本领进行解释. 比如我国在贵州建设的单口射电望远镜，建成后它可以是接受外星人信息的“手机”，是研究神秘物质的巨大“耳朵”，也是未来星际航行的“眼睛”，它将带领我们追溯宇宙诞生之初，揭开人类从哪里来，又到哪里去……对我们了解太空有重要的现实意义，让学生体会物理学的魅力.

图2 “圆孔衍射”微课视频截图

4 教学反思

受微课时间短的限制，教学过程中更强调教师的引导作用，课上不可能反复强调深入探究，由此课下的思考和讨论尤其重要，教师的适当引导对学生的思考可以起到事半功倍的效果. 微课不是取代课堂教学，教师要很好地灵活运用微课，将它作为传统课堂的辅助资源，将线上线下有效地结合起来为教与学提供更好的效果. 微课是教学资源的有效补充，它只是对某个知识点的讲解，而常规授课更注重知识的连贯性和整体性. 每个物理实验都有各自的特点，教师应该有针对性地设计课堂教学，也不是千篇一律地都使用“微课”来辅助教学.

5 结束语

本文针对大学物理实验课堂教学的现状和问题，结合微课视频资源的优势进行了大学物理实验课堂教学的实践. “微课”视频短小精悍和较强的针对性容易激发学生的学习兴趣，调动积极性，学生由被动地接受知识到主动地探索知识. 微课可以通过动画和小视频等多种形式针对难以理解的理论知识进行形象的展示，有助于学生对知识的理解和掌握. 微课视频打破时间和空间的限制可以被灵活地运用于课内课外，时时进行师生和生生之间的互动讨论，有助于培养学生科学的思维方法和创新能力.

[1] 吴海英． 《大学物理实验》改革的几点建议[J]． 大学物理实验，2015,28(1)：101-103.

[2] 宋海珍，付玲. 翻转课堂教学模式在大学物理实验教学中的应用[J]. 物理实验,2017，37(5):36-43.

[3] 于涛． 当代大学物理实验教学方法改革探讨[J]． 大学物理实验,2015,28(1):119-122.

[4] 胡铁生. 微课的内涵理解和教学设计方法[J]. 广东教育, 2014(4):33-35．

[5] 宋海珍，何朝政． 微课在地方本科院校大学物理实验教学中的应用[J]． 南阳师范学院学报,2016,15(3):61-68.