高校在線開放課程聯(lián)盟聯(lián)席會(huì)慕課十年典型案例：普通物理實(shí)驗(yàn)
——光學(xué)

李曉文

北京師范大學(xué)物理系,北京,100875

光學(xué)實(shí)驗(yàn)因?yàn)槠鋵?duì)精密度、精確操作要求高,向來(lái)對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)比較難,課時(shí)比較緊張.再加上光學(xué)理論課滯后,又增加了光學(xué)實(shí)驗(yàn)課的難度.教師如果利用實(shí)驗(yàn)課時(shí)間講授實(shí)驗(yàn)相關(guān)光學(xué)理論,將使得本就緊張的實(shí)驗(yàn)時(shí)間更加捉襟見肘,進(jìn)一步提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的難度.依托“中國(guó)大學(xué)MOOC”平臺(tái)(www.icourse163.org)的慕課“普通物理實(shí)驗(yàn)-光學(xué)(北京師范大學(xué))”開展混合式教學(xué),學(xué)生利用慕課學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)相關(guān)光學(xué)理論及操作示范,課堂時(shí)間則全部用于動(dòng)手實(shí)驗(yàn).混合式教學(xué),拓展了學(xué)習(xí)的空間和時(shí)間,有效解決了課時(shí)緊張、課程難度大的問(wèn)題.

本案例“普通物理實(shí)驗(yàn)-光學(xué)”包含分光計(jì)、光柵衍射、邁克耳孫干涉儀、全息照相、雙棱鏡、偏振光六個(gè)模塊十六個(gè)實(shí)驗(yàn),涵蓋本科階段“光學(xué)”課程主要概念.實(shí)驗(yàn)課程上線是一個(gè)難題,在“中國(guó)大學(xué)MOOC”平臺(tái)海量的課程中,物理實(shí)驗(yàn)類課程屈指可數(shù).本案例慕課不僅有詳盡的原理講解、完整的實(shí)驗(yàn)操作演示,課程內(nèi)容上更具有以下創(chuàng)新：

1. 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為由基礎(chǔ)、提高、拓展及開發(fā)三個(gè)層次組成的實(shí)驗(yàn)?zāi)K

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程學(xué)生每次課做一個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)之間缺乏聯(lián)系,容易成為一個(gè)個(gè)知識(shí)碎片.考慮學(xué)生認(rèn)知的規(guī)律,以及課程培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的教學(xué)目標(biāo),本案例對(duì)教學(xué)內(nèi)容做了重大的調(diào)整.把實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目根據(jù)物理內(nèi)容或者測(cè)量技術(shù)手段進(jìn)行建設(shè)、組合,每個(gè)模塊由3—4個(gè)實(shí)驗(yàn)組成.學(xué)生在每個(gè)模塊實(shí)驗(yàn)中,對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)由淺入深一步步提高.在每個(gè)模塊實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生將了解、學(xué)習(xí)同類或有關(guān)聯(lián)的實(shí)驗(yàn)技術(shù).在每個(gè)模塊的最后階段,學(xué)生要達(dá)到能夠應(yīng)用所學(xué)知識(shí)及技術(shù)解決問(wèn)題的能力.這樣的安排,符合認(rèn)知的規(guī)律,也便于學(xué)生形成系統(tǒng)化的知識(shí)結(jié)構(gòu).

每個(gè)模塊包括基礎(chǔ)、提高、拓展、開發(fā)幾個(gè)層次.基礎(chǔ)層次實(shí)驗(yàn)重在讓學(xué)生掌握基本知識(shí)、方法和技巧.提高層次實(shí)驗(yàn)難度比基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)稍大,是在基礎(chǔ)層次實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上對(duì)相關(guān)知識(shí)的延伸及實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)一步提高.拓展及開發(fā)層次的實(shí)驗(yàn)多為應(yīng)用及研究性實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生應(yīng)用基礎(chǔ)層次及提高層次實(shí)驗(yàn)學(xué)到的知識(shí)及實(shí)驗(yàn)技術(shù),自行設(shè)計(jì),解決一個(gè)實(shí)際問(wèn)題,這一層次的實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)在培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力.

例如,偏振光模塊,基礎(chǔ)層次包括驗(yàn)證馬呂斯定律、平面反射起偏,通過(guò)這兩個(gè)實(shí)驗(yàn),學(xué)生將掌握偏振片起偏和平面反射起偏兩種獲得線偏振光的方法.提高層次有波片性能的研究,在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生將研究1/2波片和1/4波片的性能,掌握獲得圓偏振光和橢圓偏振光的方法,理解相位延遲對(duì)光的偏振特性的影響.提高和拓展層次的實(shí)驗(yàn)有蔗糖溶液的旋光率和液晶的電光特性兩個(gè)實(shí)驗(yàn).在蔗糖溶液實(shí)驗(yàn)中學(xué)生需要利用旋光概念設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量溶液的旋光度.液晶電光特性實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生需要利用基礎(chǔ)、提高層次掌握的起偏、相位延遲等概念來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量液晶的電光特性曲線.

實(shí)施模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué),學(xué)生反映學(xué)習(xí)到的知識(shí)比較系統(tǒng)化,有更多的時(shí)間和機(jī)會(huì)對(duì)一個(gè)課題進(jìn)行深入的研究和探討.拓展及開發(fā)層次的實(shí)驗(yàn),學(xué)生有更多的自由發(fā)揮的空間,調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主動(dòng)性,自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)很好地鍛煉了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際解決問(wèn)題的能力,培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力.

2. 將物理人文思想融入實(shí)驗(yàn)教學(xué),發(fā)揮物理課程育人功能

本案例介紹與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)的物理學(xué)發(fā)展史,在傳授物理學(xué)知識(shí)的同時(shí)傳承科學(xué)精神,關(guān)注科學(xué)精神對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)、生活目標(biāo)及個(gè)人意志品質(zhì)的影響.在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)、總結(jié)、提煉所接觸的物理實(shí)驗(yàn)包含的物理思想和使用的實(shí)驗(yàn)方法,培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)秀的思維品質(zhì)和正確的工作方法,引領(lǐng)學(xué)生享受物理的情與趣,欣賞物理的妙與美.介紹自然、社會(huì)中與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)的現(xiàn)象、與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)的物理知識(shí)在科技及日常生活中的應(yīng)用、給人類生活帶來(lái)的變化,提高學(xué)生作為物理學(xué)學(xué)習(xí)者及未來(lái)物理學(xué)工作者的自豪感,提升對(duì)自身價(jià)值的認(rèn)識(shí)和肯定.[1]

本案例慕課自上線以來(lái),每期都有其他院校學(xué)生選課.每個(gè)院校實(shí)驗(yàn)課程因?yàn)閮x器、實(shí)驗(yàn)方法不同,都極具個(gè)性.做為實(shí)驗(yàn)課程,能有其他院校的學(xué)生選課,說(shuō)明本案例慕課具有廣泛的參考價(jià)值.