高中物理微课程的构建与实施①——以“热力学定律趣谈”为例

蔡千斌

(浙江省温岭市新河中学，浙江 台州 317502)

微课是围绕某个知识点，以视频形式展示的简短、完整的教学活动，主要采用移动学习、碎片化学习的方式进行。微课程是围绕某个教学主题，由多个微课及其他微课程资源所组成的课程形态。高中物理微课程的构建与实施是丰富学生学习方式、实现在线学习与混合式学习的重要途径，能够满足新课程改革的需求，笔者以“热力学定律趣谈”为例，探讨高中物理微课程的构建与实施策略。

1 高中物理微课程的构建

1.1 高中物理微课程简介

要构建一个完整的微课程，应从以下三个方面入手。

(1)微课程的价值与意义

“热力学定律趣谈”微课程的价值体现在：通过热力学定律的运用，促成学生物理学科核心素养的提升。其意义是领悟能量观念，提高运用热力学定律解决实际问题的能力。

(2)微课程的特色与使用要求

“热力学定律趣谈”微课程的特色在于将学生置身于真实的情境中，用有趣、鲜活的生活素材与物理学史素材引发学生的认知冲突，通过问题解决领悟能量观念，在运用中深刻理解热力学定律。其使用要求是：观看微课，查阅资料，完成自主评价，通过物理学习微信群提出自己的困惑与建议。

(3)微课程的必备资源

微课程的5项必备资源为：知识结构图、微视频、学习任务单、微练习及答案、综合试卷及答案等。其中知识结构图揭示了教学内容之间的逻辑关系，图1是“热力学定律趣谈”的知识结构图，“微观视域下的熵”是“热力学第二定律”的必要补充，“热力学视域下的能源观”是“热力学定律趣谈”微课程的综合性内容，是促使学生形成能源观念的重要一环；微课程一般由多个微视频组成，每个微视频通常控制在10分钟之内；微课程的学习任务单是学习者顺利完成自主学习的指引；另外，提供微练习促成学习目标的达成，利用综合测试卷实现完整的微课程评价。

图1

1.2 高中物理微课程的构建策略

现从“优秀的脚本来源”与“促成物理学科核心素养发展”两个角度来探讨高中物理微课程的构建策略。

(1)以团队成果为基础编写优秀的微课程脚本

脚本的优秀程度是高中物理微课程构建质量的重要保障。“热力学定律趣谈”微课程的脚本是在高中物理教师学术团队编写《高中热学》选修教材的基础上编写的，选修教材本身就经过了多次的讨论和反复的修改，凝聚了学术团队的智慧结晶，体现了学术成果的特色与创新性。正是有了这样的脚本来源，才能编写出优秀的微课程脚本，保证教学质量。

(2)设置促成物理观念形成的问题

围绕大概念设置有序的问题，促进学生形成物理观念，如在“热力学视域下的能源观”中围绕能源大概念设置了以下问题：能源与能量的区别是什么？地球上的能源会耗尽吗？既然能量守恒，为什么我们还要提倡节约能源？

(3)设置引发科学探究的真实情境

在“热力学第二定律的应用”中，设置真实情境：如图2所示，一个轻质转轮的末端安装着五只弯曲的叶片，这些叶片是用形状记忆合金制成的。现将其中两个叶片浸入热水中，叶片在水中伸展开来，带动转轮转动，离开热水的叶片会迅速恢复成弯曲的形状，转轮能在很长一段时间内不断地转动下去。有人说：这个装置就是一个第二类永动机，它从单一的热源——热水中吸收热量并全部用于做功，使它不断地转动。对此，你的意见如何？让学生通过寻找证据，利用物理学习微信群解释、交流，以促进学生科学探究能力的提升。

图2

(4)引入物理学史，重演科学发现的关键步骤

在“拯救热力学第一定律”中，引入物理学史中的“能量失窃案”，1914年查德威克发现：原子核发生β衰变时放出的电子的能量为连续谱，这意味着放出的电子可能具有不同的能量。利用该科学史实营造出质疑创新的氛围，请学生思考：在微观领域内要不要放弃能量守恒定律？如何解释这一现象呢？在物理学发展史上，不同物理学家是怎么思考的？引导学生沿着物理学家们曾经走过的关键步骤，经历质疑创新的过程，提升科学思维能力。

(5)促使学生形成正确的态度与责任

在“热力学视域下的能源观”中提到：燃煤发电时，释放出的内能中仅有一部分转化为有用的电能，大量的内能通过废气的排放等散失到周围的环境中，人们无法将这些内能重新收集起来加以利用。燃煤发电过程就是将化学能转化为电能和内能等的过程，虽然能的总量保持不变，但可供人类使用的能的数量在不断“减少”。因此，在生活中要有节约能源意识，形成科学利用能源的态度、责任与意识。

2 高中物理微课程的实施

2.1 高中物理微课程实施的要素

2.1.1 学习任务单

为解决“学什么”与“怎么学”的问题，微课程要提供对应的“微课学习任务单”。任务单包含学习指南、学习任务、资源链接、学生自主学习后的困惑与建议等，“拯救热力学第一定律”微课中的学习指南、学习任务如图3所示。

2.1.2 自主评价

为解决“学到什么程度”的问题，微课程要引导学生进行自主评价。

(1)微练习及答案

为保障微课程中每一节课的自主学习质量，检测学习目标达成的程度，笔者针对每一节都提供了目的明确的微练习及答案。这些微练习的题量不宜过多，一般不超过3个，难度宜适中，能切合学生的学习实际。创设的情境真实、有趣，能引发学生探究的兴趣。例如，在“微观视域下的熵”一节中，设置的微练习如下。

练习题1：请判断下列关于熵的说法是否正确，并说明理由。

① 熵越小表示系统越集中；

② 熵越大表示系统越有序；

③ 从微观角度来看，熵越小表示出现的概率越小；

④ 自发的宏观过程总是向着熵减小的方向进行。

设置目的：让学生澄清熵概念的内涵。

练习题2：图4为处于气、液、固三种状态下温度相同、质量相等的水，请比较这三者的熵的大小关系。

图4

设计目的：让学生分析实际问题中熵的大小关系。

(2)综合试卷及答案

学生在完成学习任务后，可通过自主评价及时反馈学习质量。编制综合试卷时，一方面要注意完全覆盖微课程中的主干知识，另一方面要注意与生活紧密结合，让学生感到所学的微课程与实际生活息息相关，以下为“热力学定律趣谈”的两个综合试题。

试题1：在夏天将室内电冰箱的门打开，接通电源，紧闭门窗，能否使室内的温度降低，为什么?

试题2：一位同学在学了热力学定律后，提出了下列两个设想。请你从理论上分析这两个方案实现的可能性。

① 城市上空的气温比周围环境要高，人们可以利用这个热源来进行发电；

② 想办法使汽车尾气中的各类有害气体自发地分离，再将干净的气体排到空气中。

2.2 高中物理微课程的实施策略

2.2.1 将微课程有机地融入日常的物理教学中

在新课教学中，将相关的物理学史内容以微视频的形式在课堂中使用，对应的相关资源让学生在课后查阅、观看。在复习教学中，将相关内容的微课直接在课堂中播放，可以提高复习的针对性；在习题教学中，针对疑难问题适时播放微课程中的某个片段，其他相关的微课程内容则让学生在课外观看、学习。例如，在能量守恒定律的新课教学中，可以将““热力学视域下的能源观”适时、有机地融入进来，让学生思考：既然能量守恒，为何还要提倡节约能源？

2.2.2 将微课程适时地推送到物理学习微信群中

在教学实践中，可将微课程推送到学习微信群，让学生利用课余时间进行碎片化学习。在实施过程中，需要精选微课程中的适合学生当前学习需求的内容，及时地推送到微信学习群，组织学生开展合作学习，通过微信群交流疑难问题，并在教师的引导下及时地解决问题。

2.2.3 通过网络平台积极推广高中物理微课程

为了提高高中物理微课程的利用率，我们将优秀的微课程发布在浙江省名师网与浙江省微课网上供师生学习。“热力学定律趣谈”微课程以浙江省名师网络工作室为平台，通过该工作室的线上、线下教研活动，以讲座等形式及时推广教学团队建设的高中物理微课程，使研制的微课程得到最大程度的利用与共享。