高校在线开放课程联盟联席会慕课十年典型案例：普通物理实验——光学

李晓文

北京师范大学物理系,北京,100875

光学实验因为其对精密度、精确操作要求高,向来对学生来说比较难,课时比较紧张.再加上光学理论课滞后,又增加了光学实验课的难度.教师如果利用实验课时间讲授实验相关光学理论,将使得本就紧张的实验时间更加捉襟见肘,进一步提高学生实验的难度.依托“中国大学MOOC”平台(www.icourse163.org)的慕课“普通物理实验-光学(北京师范大学)”开展混合式教学,学生利用慕课学习实验相关光学理论及操作示范,课堂时间则全部用于动手实验.混合式教学,拓展了学习的空间和时间,有效解决了课时紧张、课程难度大的问题.

本案例“普通物理实验-光学”包含分光计、光栅衍射、迈克耳孙干涉仪、全息照相、双棱镜、偏振光六个模块十六个实验,涵盖本科阶段“光学”课程主要概念.实验课程上线是一个难题,在“中国大学MOOC”平台海量的课程中,物理实验类课程屈指可数.本案例慕课不仅有详尽的原理讲解、完整的实验操作演示,课程内容上更具有以下创新：

1. 实验项目为由基础、提高、拓展及开发三个层次组成的实验模块

传统实验课程学生每次课做一个独立的实验,实验之间缺乏联系,容易成为一个个知识碎片.考虑学生认知的规律,以及课程培养学生创新能力的教学目标,本案例对教学内容做了重大的调整.把实验项目根据物理内容或者测量技术手段进行建设、组合,每个模块由3—4个实验组成.学生在每个模块实验中,对知识的学习由浅入深一步步提高.在每个模块实验中,学生将了解、学习同类或有关联的实验技术.在每个模块的最后阶段,学生要达到能够应用所学知识及技术解决问题的能力.这样的安排,符合认知的规律,也便于学生形成系统化的知识结构.

每个模块包括基础、提高、拓展、开发几个层次.基础层次实验重在让学生掌握基本知识、方法和技巧.提高层次实验难度比基础实验稍大,是在基础层次实验基础上对相关知识的延伸及实验技术的进一步提高.拓展及开发层次的实验多为应用及研究性实验,让学生应用基础层次及提高层次实验学到的知识及实验技术,自行设计,解决一个实际问题,这一层次的实验重点在培养学生理论联系实际、分析和解决实际问题的能力,培养学生的创新能力.

例如,偏振光模块,基础层次包括验证马吕斯定律、平面反射起偏,通过这两个实验,学生将掌握偏振片起偏和平面反射起偏两种获得线偏振光的方法.提高层次有波片性能的研究,在这个实验中,学生将研究1/2波片和1/4波片的性能,掌握获得圆偏振光和椭圆偏振光的方法,理解相位延迟对光的偏振特性的影响.提高和拓展层次的实验有蔗糖溶液的旋光率和液晶的电光特性两个实验.在蔗糖溶液实验中学生需要利用旋光概念设计实验测量溶液的旋光度.液晶电光特性实验中,学生需要利用基础、提高层次掌握的起偏、相位延迟等概念来设计实验测量液晶的电光特性曲线.

实施模块化实验教学,学生反映学习到的知识比较系统化,有更多的时间和机会对一个课题进行深入的研究和探讨.拓展及开发层次的实验,学生有更多的自由发挥的空间,调动了学生的主动性,自行设计实验环节很好地锻炼了学生理论联系实际解决问题的能力,培养了学生的创新能力.

2. 将物理人文思想融入实验教学,发挥物理课程育人功能

本案例介绍与实验项目相关的物理学发展史,在传授物理学知识的同时传承科学精神,关注科学精神对学生学习目标、生活目标及个人意志品质的影响.在实验教学过程中引导学生体会、总结、提炼所接触的物理实验包含的物理思想和使用的实验方法,培养学生优秀的思维品质和正确的工作方法,引领学生享受物理的情与趣,欣赏物理的妙与美.介绍自然、社会中与实验项目相关的现象、与实验项目相关的物理知识在科技及日常生活中的应用、给人类生活带来的变化,提高学生作为物理学学习者及未来物理学工作者的自豪感,提升对自身价值的认识和肯定.[1]

本案例慕课自上线以来,每期都有其他院校学生选课.每个院校实验课程因为仪器、实验方法不同,都极具个性.做为实验课程,能有其他院校的学生选课,说明本案例慕课具有广泛的参考价值.