浅谈“微信公众平台”在大学物理实验中的应用
——以切变模量实验为例
2018-04-25高东梁
周 航 陈 敏 高东梁 高 雷
(苏州大学物理与光电·能源学部,江苏 苏州 215006)
“微信”是腾讯公司于2011年1月12日首次开发的免费应用程序,截止2017年6月底,“微信”月活跃用户数量已达9.63亿[1].“微信”之所以广受人们青睐,主要有两个原因.第一,“微信”自身的功能很强大,除了我们所熟悉的朋友圈等娱乐功能外,还有“微信公众号”、“微信企业号”等专栏,很大程度上方便了人们的交流和学习;第二,最近几年,移动互联网技术快速发展,智能手机趋于大众化,无线WIFI随处可搜,这些都为“微信平台”的发展提供了快车道.
大学物理实验是物理教学的重要组成部分,也是高等学校理工科专业的一门通识性必修课程,旨在培养学生的动手能力、创新思维以及树立实事求是的学风、提高学生的科学素养等,因此大学物理实验在人才的培养战略中扮演着十分重要的角色.
1 大学物理实验教学中存在的问题
① 知识点多、时间少:正常情况下,一节大学物理实验课的时间为2 h,其中教师讲解实验原理、仪器的使用方法以及实验演示需要30到40 min,剩下的时间学生需要根据实验要求测量数据.在数据测量的过程中,为了避免实验的偶然性,学生需要测量多组数据以减小误差,由于时间的紧迫加之学生对实验仪器的不熟悉,往往会出现学生捏造数据的现象.
② 学生积极性不高:很多学生不把实验课当作一门“正式”的课程,尽管实验报告册上包含实验预习报告,但仍有很多学生直接将实验原理复制到实验报告上去,并没有真正地思考.学生除了在课堂上通过老师的讲解学到一些实验原理、仪器的操作方法,课后完成对数据的简单处理分析以外,再也不会问津该实验了.
③ 教师教学难度大:首先,实验课是分小组进行,一般情况每组人数在15~20人之间,各学生的实验预习效果、听课效果均有不同,学生在实验过程中难免会有很多问题,这就需要教师一一辅导,一节实验课下来教师很疲惫;其次,对于复杂的实验,即便教师演示一次或者两次,学生还是不会操作.那么就会出现学生瞎摸索的现象,这样会使得实验仪器精度受损、寿命减小,甚至可能发生安全事故;最后,对于不同的仪器、不同的实验环境,即便同一个实验,实验数据也可能千差万别.对教师来说,实验结束后怎样快速判断数据的准确性也是一大挑战.
以上所述问题根本原因在于教师没有把课堂充分交给学生、没有调动学生的积极性,使得实验课程没有达到培养学生的想象力和创新能力以及学生独立开展科学研究工作的综合素质,提高学生的科学实验能力和科学实验素养的目标.如果将“微信平台”引入实验室,能够弥补传统大学物理实验教学方法的不足,给实验教学注入新鲜的气息和活力,同时也可以成为培养创新人才的一条新途径.
首先,“微信”已经风靡全国,更是大学生社交、生活不可缺少的APP之一,把“微信”引入实验课堂可以激发学生的兴趣,提高学生的学习积极性;其次,很多高校已经建立了虚拟仿真实验室,无线网络早已成为实验室必不可少的共享资源,为“微信课堂”提供了条件;最后,“微信公众平台”不仅可以实现一对多的管理、分类管理,还具有推送视频、图片、文件等其他特殊功能[2],是实现“微信课堂”重要的保障.以切变模量实验为例,谈谈“微信平台”在大学物理实验教学中的应用.
2 微信平台在大学物理实验教学中的应用
2.1 切变模量实验内容[3]
(1) 用天平称出圆环质量M;用游标卡尺测量圆环外径R1、内径R2各5次;用钢卷尺测量钢丝长度L;用千分尺测量钢丝半径R.
1. 爪手 2. 环状刚体(有垂直和水平二种放置状态)3. 待测材料 4. 霍耳开关 5. 伽铁硼小磁钢 6. 底座7. 数字式计数计时仪 8. 标志旋扭 9. 扭动旋钮图1
(2) 空载(不加圆环)时,测定振动20次的时间为T1.(用手轻轻转动铁丝上端的扭动旋钮90度左右,再复原到原来的位置,使“爪手”整个扭转角度大于180度,再使“爪手”作水平周期振动).
(3) 加载(将圆环轻放在“爪手”上)时,再继续同上述的(2)操作,时间为T2.注:空载和加载时,须用秒表同步测量时间T1 和T2,实验装置如图1所示.
2.2 微信在实验教学中的应用
首先在实验开始之前,让学生扫描并关注“小高老师微信公众号”进入图2所示画面,点击“切变模量”任务栏,就会弹出图3所示的选项栏.“黑板拍照”内容主要是实验原理、内容及注意事项;然后留给学生10 min左右的时间预览和思考“黑板拍照”及教材内容;最后教师采用“谈话法”,通过与学生交流来促使学生掌握实验原理.“数据表格”和“操作步骤”告诉学生在实验过程中的操作顺序以及需要测量哪些数据,这样他们在实验过程中头绪会很清晰,避免了瞎摸索的现象,提高实验效率.“常见问题”是根据近几年学生在该实验过程中遇到的问题进行汇总和解答.其解答的方式也很特别,简单的问题通过言语来描述,稍微复杂的问题通过来图片传送,很复杂的问题运用视频来解答.例如在该实验过程中需要测量空载和负载下的“爪手”摆动周期[4],那么就必须使得“爪手”转动起来,但怎样才能使“爪手”转动起来及转动到什么程度?是实验过程当中的重难点.对于这些问题,实验内容是这样描述的“需要轻轻转动铁丝上端的扭动旋钮90°左右,再复原到原来的位置,使‘爪手’整个扭转角度大于180°”,虽然描述得很准确,但是也很抽象,学生很难理解.为了解决此问题,学生只需在对话框中回复“180”便可收到转动角度大于180°的视频(图4),动态视频使学生对操作步骤及仪器使用方法一目了然,实验问题便迎刃而解.同时也激发了学生的实验兴趣,提高了实验效率、效果和发现、处理实际问题的能力,减轻了教师的负担.“实验结束”任务栏中有报告范例及高分秘诀(图5),是告诉学生实验报告包括哪些内容、应该如何撰写,同时也对实验报告进行了规范,增强美感,体现物理与艺术的融合,符合STEAM教学理念.
图2
图3
图4
图5
其次,对于不同的实验仪器,其钢丝的长度、“爪手”及负载的质量不同,那么测量摆动的周期也不同,但是切变模量是材料的固有属性.教师可以从这一固有属性出发,依据实验原理及误差取值范围,编写一个小程序并运行在“微信后台”上,就可以快速判断实验数据正确与否,同时也节约了学生花在数据处理上的时间.具体操作:点击图5任务栏中的“实验神器”选项,就会弹出图6对话框并点击“切变模量计算”,进入图7画面,输入测量的数据,点击“计算”,微信后台就会自动计算并判定实验数据是否正确.
图6
图7
最后,教师可以通过“微信后台”对“微信菜单”的分析报告(图8),不断调整教学思路、优化教学方法、提高教学效果.
图8
将“微信平台”引入大学物理实验教学中,体现了科学与技术的融合,符合新时代跨学科建设的理念,对我国高校的STEAM教育的探索和建设有着重要的意义.“微信课堂”对传统的教师角色、教学模式和管理模式等产生极大的冲击,也对学生自主学习、创新等能力的培养有着极大的推动作用.
随着科学技术的快速发展,新科技逐渐改变了人们传统的生活方式和思维习惯.每一位教师都应跟随时代发展的步伐,树立终身学习的理念,把新技术、新媒体以及新方法等运用到课堂当中,给课堂注入新的活力,激发学生的学习兴趣,提升人才培养的质量.
参考文献:
1 李若平,杜明荣.利用微信平台构建大学物理学教学新模式[J].物理通报, 2014 (8):14-16.
2 安波,闫政.浅析微信公众平台在高校教学及学生管理中的应用[J].无线互联科技, 2014 (11):161-162.
3 江美福,方建兴.大学物理实验教程[M].北京:高等教育出版社,2013:130-138.