中學(xué)物理實驗微課結(jié)構(gòu)探討

弓密俠

(西安市臨潼區(qū)鐵路中學(xué)，陜西 西安 710600)

?

中學(xué)物理實驗微課結(jié)構(gòu)探討

弓密俠

(西安市臨潼區(qū)鐵路中學(xué)，陜西 西安 710600)

目前微課研究蓬勃發(fā)展,但微課建設(shè)缺乏系統(tǒng)性,學(xué)習(xí)者通過微課碎片化學(xué)習(xí),很難形成個人獨特的知識體系與能力結(jié)構(gòu)．文章提出應(yīng)系統(tǒng)構(gòu)建區(qū)域優(yōu)質(zhì)資源共享微課,為學(xué)習(xí)者搭建知識結(jié)構(gòu),指出從實驗微課功能、實驗呈現(xiàn)方式、實驗內(nèi)容建構(gòu)物理實驗系列微課,希望能對物理實驗微課的有效開發(fā)起到促進(jìn)作用．

物理實驗;微課;系列構(gòu)建

目前中學(xué)物理微課研究蓬勃發(fā)展,涌現(xiàn)出許多準(zhǔn)確把握微課相對獨立與完整性的精美作品,但打開教育公共資源平臺,會發(fā)現(xiàn)一個主題有多人重復(fù)開發(fā)建設(shè),而大量主題因無人問津而空缺,造成公共共享資源系統(tǒng)性建設(shè)的漏洞．在盲目開發(fā)微課資源的過程中,存在只關(guān)注微課碎片化(短小精)外表的問題,走入把微課只作為一種碎片化學(xué)習(xí)資源的誤區(qū),使得微課缺乏系統(tǒng)性．不系統(tǒng)的微課,會使得工作重復(fù),造成資源的浪費和很多無謂的勞動的同時,[1]也不利于學(xué)習(xí)者建構(gòu)知識體系,造成學(xué)習(xí)者只是體驗了知識散點,無法從廣度與深度對知識進(jìn)行升華．

微課,其微小化在于保留與發(fā)揮其在移動互聯(lián)時代所具有的“碎片化呈現(xiàn)、可視化學(xué)習(xí)過程的愉悅體驗優(yōu)勢”,使得其可以在較短時間完成對個別主題的有針對性的學(xué)習(xí),實現(xiàn)獨立片斷的制作和傳輸;其系統(tǒng)化在于“形成個人獨特的知識體系與能力結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)結(jié)果”,使得微課有利于學(xué)習(xí)者有目的、有梯度、有層次、有條理、成系列地完成一個較大單元乃至一門課程的學(xué)習(xí)．[2]為此,微課建設(shè)應(yīng)跳出“小微課”的局限走向“大微課”的設(shè)計、開發(fā)與應(yīng)用,讓微課走向?qū)ｎ}化、體系化,使資源碎而不散．

物理實驗微課一般用于講授物理現(xiàn)象、實驗原理、實驗操作過程、實驗方法演示、實驗儀器應(yīng)用講解等．根據(jù)實驗微課的功能、實驗的呈現(xiàn)方式、實驗內(nèi)容等不同特征,可以從不同角度構(gòu)建物理實驗微課系統(tǒng)．

1 從實驗微課功能建構(gòu)實驗微課結(jié)構(gòu)

按照微課的功能,物理實驗微課可分為課程資源型、學(xué)習(xí)資源型和拓展資源型．如,探究凸透鏡成像規(guī)律是新知識學(xué)習(xí)的重要課程資源,而凸透鏡成像規(guī)律的復(fù)習(xí)是鞏固自主學(xué)習(xí)資源;“壓力與重力之間的區(qū)別與聯(lián)系”是教學(xué)的難點,但不是重點,為了不影響課堂上重點內(nèi)容的學(xué)習(xí),根據(jù)這一內(nèi)容制作的微課適用于學(xué)生課外拓展學(xué)習(xí)．[3]

1.1 課程資源型實驗微課

實驗的整體過程是一個復(fù)雜、抽象的過程,而目前傳統(tǒng)的授課方式仍然是一群學(xué)生對一個教師,教師實驗授課的一條龍方式對不同程度的學(xué)生只能搭建同一“支架”,勢必使部分學(xué)生的疑問難以單獨解答;其次由于教師課堂演示實驗授課內(nèi)容無法重復(fù),若干天后學(xué)生對實驗知識、操作過程的全程回顧難以重現(xiàn),致使實驗教學(xué)目標(biāo)不能有效達(dá)成;再次又因教師教學(xué)水平參差不齊,教學(xué)手段不豐富,致使學(xué)生對實驗?zāi)康摹嶒瀮?nèi)容難以達(dá)到完全理解消化．[4]

如,“帶電粒子在勻強磁場中的運動”是高中物理教學(xué)的一個難點內(nèi)容．由于粒子的微觀特性及磁場的不可見性,學(xué)生很難通過一次真實物理實驗感受到粒子的運動,使得他們在構(gòu)建粒子運動情形、描繪粒子運動軌跡時就面臨許多困難．把用洛倫茲力演示儀演示帶電粒子在磁場、電場中的運動開發(fā)成課程資源型實驗微課,在新課教學(xué)后,提供給學(xué)生重溫實驗操作過程,促成學(xué)生最終深化物理現(xiàn)象、理解實驗原理．而支持反復(fù)演示、直接演示的實驗微課視頻,也可對課程資源匱乏學(xué)校的師生提供幫助．

1.2 學(xué)習(xí)資源型實驗微課

隨著移動終端的普遍應(yīng)用,學(xué)習(xí)資源型實驗微課可以更好的用于學(xué)生自主學(xué)習(xí),扶植學(xué)生的自主探究鉆研,滿足學(xué)生學(xué)習(xí)方式的改變與多樣化．

如,游標(biāo)卡尺是高中學(xué)生必須要掌握的一種精密測量工具,由于不是經(jīng)常使用,一般中學(xué)實驗室不能保障學(xué)生隨時進(jìn)行游標(biāo)卡尺實物操練,使學(xué)生往往不能牢固掌握其用法．對于學(xué)生來說,隨時需要時,有能提供學(xué)習(xí)的資料是十分必要的,因此,類似的微課不失為一個供學(xué)生隨時使用的優(yōu)秀移動學(xué)習(xí)資源．

1.3 拓展資源型實驗微課

拓展資源型實驗是對原有實驗的改進(jìn)、深化,拓展資源型實驗微課是針對某一主題展開的項目學(xué)習(xí)活動．

如,初中物理光學(xué)部分有很多實驗,一般課堂上演示實驗用激光做光源,而光在空氣中的傳播路徑根本看不到,使得實驗效果不明顯,影響學(xué)生對實驗結(jié)論的可信度．為了改變這種現(xiàn)狀,在裝水的玻璃箱中注入適量純牛奶,利用牛奶顆粒的反射,能顯示出光在水中的傳播路徑,從而在演示光的直線傳播和折射實驗的基礎(chǔ)上拓展其他光學(xué)實驗．

根據(jù)這些素材制作的拓展資源型實驗微課,改變了傳統(tǒng)實驗中只看見光的起點和終點,傳播過程只靠想象的現(xiàn)狀,使光的傳播路徑清晰可見,增強了光學(xué)實驗的可視性,學(xué)生更容易直觀的接受知識,實驗的過程也更加符合學(xué)生的認(rèn)知特點,使光學(xué)部分的所有實驗的結(jié)果更有說服力．

2 從實驗呈現(xiàn)方式建構(gòu)實驗微課結(jié)構(gòu)

按照物理實驗的呈現(xiàn)方式,物理實驗微課可分為虛擬實驗型、實物實驗型、數(shù)字實驗(DIS實驗)型、生活實驗型．

2.1 虛擬實驗型微課

虛擬實驗是多媒體計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、儀器技術(shù)的有機結(jié)合,用計算機模擬實驗儀器(虛擬儀器)及實驗操作(虛擬實驗) 的虛擬仿真實驗,相比于傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式,可以突破時間、空間以及地點的限制,可以隨時隨地進(jìn)行實驗,特別適用于教師課堂演示復(fù)雜、危險、極端破壞性、反應(yīng)周期過長、無法控制反應(yīng)過程的實驗(如涉及高壓電源、危險品、放射性物質(zhì)、微觀觀察等方面的情境),一些物理定律或原理難以用傳統(tǒng)實驗手段直接驗證,隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展,可以通過計算機仿真技術(shù)解決．如,創(chuàng)建太空理想化的力學(xué)實驗環(huán)境,完成牛頓定律、曲線運動、宇宙航行等實驗．[5]

中學(xué)物理中可用以開發(fā)的虛擬實驗微課有:波的合成、多普勒效應(yīng)、α粒子散射、速度選擇器、質(zhì)譜儀、粒子回旋加速器、磁流體發(fā)電、電磁振蕩、霍爾效應(yīng)、布朗運動、電路連接等．

作為傳統(tǒng)實驗課程的一種有效補充,虛擬實驗型微課充滿了高新技術(shù)氣息,在逼真、立體的表現(xiàn)抽象的實驗過程中,最大限度地發(fā)揮虛擬元器件資源的優(yōu)勢,為學(xué)習(xí)者創(chuàng)造更靈活的實驗學(xué)習(xí)環(huán)境,在發(fā)展學(xué)生的構(gòu)建思維的同時,滿足學(xué)生追求時尚、期待創(chuàng)新的個性需求,具有獨特的實驗教學(xué)的實踐作用．

2.2 實物實驗型微課

實物實驗是教師利用實驗儀器能實際進(jìn)行操作的實驗活動．物理實物實驗中會產(chǎn)生新知識,也是檢驗新理論的最基本方法．

用激光演示光的反射、用平拋豎落儀研究平拋運動、用洛倫茲力演示儀演示帶電粒子在磁場中的運動等屬于實物實驗型．中學(xué)物理教學(xué)中許多必不可少的實物實驗可以開發(fā)成實物實驗型微課,彰顯物理實物實驗千百年來探求科學(xué)的魅力,發(fā)揮物理實驗的教育功能與任務(wù),為物理學(xué)人才的產(chǎn)生與成長做出貢獻(xiàn)．

2.3 數(shù)字實驗(DIS實驗)型微課

隨著信息技術(shù)與學(xué)科特點的深度融合,大量的數(shù)字化實驗儀器與手段在實驗教學(xué)中應(yīng)用,使傳統(tǒng)物理實驗室無法完成或者完成不好的實驗得到了很好的改進(jìn)．?dāng)?shù)字化儀器具備“實時實驗”功能,收集的是實驗真實數(shù)據(jù),學(xué)生能即時看到實驗結(jié)果．?dāng)?shù)據(jù)收集、處理和圖線描繪由計算分析顯示+網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)完成,實時實驗、省時省力,提高學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量．

如,力傳感器、位移傳感器、聲傳感器、溫度傳感器、電流傳感器、磁感應(yīng)強度傳感器、光電門傳感器等,與計算機技術(shù)共同搭建自然科學(xué)實驗研究平臺,通過數(shù)字化實驗系統(tǒng)的應(yīng)用,完善現(xiàn)有實驗教學(xué)手段．在此基礎(chǔ)上開發(fā)的數(shù)字化物理實驗微課,在拓展學(xué)生視野的同時,培養(yǎng)了學(xué)生一種新的科學(xué)實驗方法．

2.4 生活實驗型微課

生活實驗貼近實際,題材廣泛,內(nèi)容豐富．這些蘊涵科學(xué)原理的生產(chǎn)生活小實驗,既有助于突破教學(xué)重點、難點,又能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)．因此,開發(fā)的生活實驗型微課在科學(xué)教學(xué)中顯得十分重要和必要．

如,研究曲線運動速度的方向時引入磨刀具時飛濺的砂粒,研究大氣壓時做覆杯實驗,由快樂的紙飛機科普飛機飛行原理,行車記錄儀中隱含的凸透鏡成像等光學(xué)知識的應(yīng)用等．設(shè)計開發(fā)“從生活走向物理,從物理走向生活”的生活實驗型微課,搭建學(xué)生與科學(xué)間的橋梁．

3 從實驗內(nèi)容建構(gòu)實驗微課結(jié)構(gòu)

按照物理實驗的內(nèi)容,物理實驗微課可分為工具使用、介紹儀表原理、驗證定律、探究規(guī)律、測定物理量、數(shù)據(jù)處理等．如圖1所示．

圖1 物理實驗分類圖

3.1 實驗工具使用微課

中學(xué)物理中要求學(xué)生會使用的實驗工具有:刻度尺、天平、游標(biāo)卡尺、螺旋測微器、打點計時器、彈簧秤、溫度表、秒表、電流表、電壓表、滑動變阻器、電阻箱等．課標(biāo)要求會對刻度尺、秒表、彈簧秤、溫度表、電流表、電壓表進(jìn)行正確讀數(shù)．

3.2 實驗儀表原理微課

物理中需要向?qū)W生介紹儀表有:游標(biāo)卡尺、螺旋測微器、多用電表、示波器、磁電式儀表、密度計等,對這些儀器,新課標(biāo)要求學(xué)生弄清其原理,并會正確使用,能正確讀出測量儀器的讀數(shù)．由于學(xué)生平時只能在實驗室里接觸這些儀表,造成對儀表的感知度受限,通過微課資源可以提供學(xué)生隨時接觸學(xué)習(xí)掌握儀表的使用．

3.3 驗證定律實驗微課

可用于開發(fā)驗證定律的實驗微課有:驗證力的平行四邊形定則、驗證牛頓第二定律、驗證機械能守恒定律、驗證動量守恒定律、驗證阿基米德原理、驗證電磁波的存在、驗證凸透鏡成像規(guī)律等．

3.4 探究規(guī)律實驗微課

科學(xué)的核心是探究．物理科學(xué)教學(xué)的探究活動主要是通過實驗來完成的,物理教材中能用于微課開發(fā)的探究內(nèi)容有:探究研究勻變速直線運動、探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系、探究分力與合力的關(guān)系、研究平拋運動、探究動能定理、探究功與速度的關(guān)系、探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件、研究液體內(nèi)部壓強的規(guī)律、探究歐姆定律、用多用電表探索黑箱內(nèi)的電學(xué)元件、用描跡法畫出電場中平面等勢線、探究影響電流做功的因素、探究影響電熱的因素、探究平面鏡成像的特點、探究凸透鏡成像的規(guī)律等．

3.5 測定物理量實驗微課

物理中測定物理量的實驗有:測定勻變速直線運動的加速度、用單擺測定重力加速度、伏安法測電阻、測金屬的電阻率、測電池的電動勢和內(nèi)阻、用油膜法估測分子大小、測定玻璃折射率、用雙縫干涉測光的波長、用天平量筒測密度、測定滑輪組的機械效率等．

3.6 實驗數(shù)據(jù)處理微課

高中物理重要的數(shù)據(jù)分析有:打點計時器紙帶的數(shù)據(jù)信息分析運動性質(zhì)(是不是勻速運動或勻變速直線運動)、求一段時間內(nèi)的平均速度、求某時刻的瞬時速度、求加速度等．

物理數(shù)據(jù)分析可通過解方程求解未知量,如,伏安法測電池的電動勢與內(nèi)電阻實驗,需要解E=U+Ir二元一次方程組求出．

用計算機軟件分析數(shù)據(jù)的有:用“幾何畫板”分析合力與分力的關(guān)系;用圖標(biāo)軟件描繪小燈泡伏安特性曲線、分析加速度與力的關(guān)系、分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系等．其中把原來應(yīng)該是曲線關(guān)系的通過改變坐標(biāo)軸的量或單位而變成線性關(guān)系,即變成直線,是重要的實驗分析能力．

每一個微課都應(yīng)著眼于一個系列學(xué)習(xí)的微課系統(tǒng),在建設(shè)過程中,既要考慮每一個片段視頻或相關(guān)資源的主題,又應(yīng)考慮在不同主題資源之間的聯(lián)系和架構(gòu)．[2]將物理實驗進(jìn)行系統(tǒng)歸類,分塊建構(gòu)子微課系列,進(jìn)行有效開發(fā)建設(shè),才能推進(jìn)公共資源平臺系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)程,以適應(yīng)學(xué)生需求的學(xué)習(xí)主流模式——基于互聯(lián)網(wǎng)的自由化移動學(xué)習(xí)、碎片化泛在學(xué)習(xí)、深度化混合學(xué)習(xí)、在線化系統(tǒng)學(xué)習(xí)、生活化興趣學(xué)習(xí)等．設(shè)計智慧性微課系列、建設(shè)智慧型系列微課,只有兩者兼顧,方可使學(xué)習(xí)者在碎片化學(xué)習(xí)進(jìn)程中按體系構(gòu)建自己的知識框架,最終不會因碎片化學(xué)習(xí)而演變成 “知識碎人”．

1 李澤欽,王笑君.高中物理習(xí)題微課的設(shè)計與開發(fā)[J].物理教學(xué),2015(6):12-14.

2 高嵩.論物理微課系統(tǒng)的構(gòu)建[J].物理教師,2014(2):68-71.

3 吳繼閣.物理微課制作中的問題剖析與矯正策略探討[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2015(8):41-43.

4 吳鐵飛.微課與物理實驗教學(xué)相結(jié)合的研究[J].科技視界,2013(30)142-153.

5 王偉民.利用計算機仿真技術(shù)突破高中力學(xué)難點[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2016(4):44-46.

2016-12-08)