微课在高中物理实验教学中的应用研究

随着网络的普及应用和发展，高中物理实验教学可以积极引入微课新型教学模式，充分利用微课视频激发学生参与高中物理实验活动的积极性，将传统物理实验教学与信息化技术深度融合，较好地提高学生的动手实践能力和严谨的科学精神，增强学生的高中物理核心素养和能力。一、微课在高中物理实验教学的应用优势高中物理实验是极其重要的教学内容。教师通过演示实验向学生展示直观形象的实验现象，培养学生细致观察和严谨分析的能力，较好地培养学生的实验操作技巧。并通过高中物理分组实验，调动全体学生参与物理实验的积极性和主动性，在明确分工、相互配合的实验动手操作过程中，理解实验原理，掌握实验过程和方法，较好地培养学生的高中物理科学素养。另外，还可以通过高中物理课外实验拉近高中物理与社会生活之间的距离，激发学生探究物理实验的兴趣，更好地鼓励学生发散创新思维，确保课外探究实验的顺利进行，进一步提升学生的实验能力和知识应用能力。（一）通过短小精悍的微课完成实验准备微课体现出短小精悍、内容精练的特点，主要是围绕某一单元知识点进行针对性的视频讲解，学生可以较好地利用微课进行高中物理实验前期的准备工作，预先了解实验内容及实验操作流程，对高中实验活动有基本的认知。（二）深化对物理实验的认知和体悟由于微课视频中的内容能够随时观看，不受时间、地点的限制进行循环播放，因此能够较好地应用于高中物理实验教学之中。学生可以根据自己的知识接受程度和学习进度，合理安排自己的时间，对重点实验进行反复观看和学习，以增强对高中物理实验的理解和记忆，包括物理实验步骤、实验现象、实验结论、注意事项等，从而达到对物理实验知识巩固加深的效果。（三）展示复杂的物理实验过程高中物理实验涵盖力学、电学、光学、原子物理等内容，对于实验环境、实验器材、实验操作要求非常严格。微课能够突破实验仪器的限制，形象地展示复杂的实验过程，让学生通过视频演示理解复杂抽象的实验规律，并在观察实验现象的同时总结归纳实验结论，进一步深化学生的实验探究思想。例如：在“测量电源电动势和内阻”的物理实验中，可以利用微课视频的方式进行讲解和演示，通过虚拟实验室模拟平台，完整清晰地讲解不同的电路连接方式，引导学生对不同的实验电路进行误差分析，较好地提升学生的高中物理实验探究能力和物理思维。二、微课在高中物理实验教学中的应用分析（一）运用微课进行课前预习在高中物理实验之中，实验器材是必不可少的重要部分。尤其是在力学实验和电学实验之中，要用到诸多实验器材，如打点计时器、游标卡尺、螺旋测微器、多用电表等。学生在初中阶段已经接触过刻度尺，然而局限于粗略测量而无法实现更高精度的测量。基于这一学情分析前提，教师可以借助于直观形象的微课呈现物理实验仪器的使用步骤和操作方法，向学生介绍螺旋测微器的构造及工作原理，结合学生的具体学情引导学生进行课前预习，并记录自己在预习中存在的疑惑，如：可以通过微课展示打点计时器的组成部分、工作原理、使用过程，引导学生对打点计时器所打出的纸带进行分析，包括时间间隔、计时点、计数点、距离测量等，对打点计时器有一个初步直观的认知，为后续实验操作打点计时器作好铺垫。同时，在课前运用微课展示实验基本内容，包括实验目的、原理、器材、步骤、数据分析、误差分析等，帮助学生预习新知，明确实验要点、注意事项，并对特殊仪器的使用方法进行预习。在课堂学习环节，教师可以利用微课展示游标卡尺和螺旋测微器的基本结构、测量原理等，引导学生学会运用游标卡尺和螺旋测微器测量物理长度、厚度、深度，做到心中有数，有的放矢，指导学生掌握螺旋测微器、游标卡尺的读数方法，进一步加深对物理知识的记忆。同时，教师还可以预先录制微课，指导学生了解高中物理实验内容，围绕某一个物理问题进行探究或对某一物理定律进行验证，充分考虑学生的高中物理实验基础、已掌握的实验方法及具备的实验能力等，指导学生快速进入物理实验状态，进行实验操作并观察实验现象。并且，要在微课录制的过程中注重微课导入的新颖性和趣味性，可以采用问题导入、生活情境导入等策略，合理设置悬念，吸引学生的注意力，让学生预先了解本节课物理实验的目的、实验原理、实验过程、注意事项等，达到课前高效预习的目的。（二）利用微课进行实验课堂的嵌入教师可以利用微课快速对实验重点进行展示，并对学生观看微课后存在的疑惑进行解答和说明，让学生充分深入地理解实验目的、实验原理、实验步骤和注意事项，积极主动进行动手实验操作，观察实验现象，并对实验数据进行及时记录、分析和总结，最终通过小组合作、交流讨论的方式得出实验结论，及时整理实验过程中的注意事项，并对实验中出现的偏差进行分析和反馈。以“探究加速度与力、质量的关系”实验教学为例，考虑到学生已经学过相关的运动学知识、受力分析方法和牛顿第一定律，而物理探究实验是培养学生科学思维和方法的重要载体和手段，要通过物理实验的主动探究引导学生主动思维和实践，在动手动脑的物理实验中习得物理原理和物理规律。教师可以播放刘翔雅典奥运夺金的微视频，引导和启发学生思考视频现象的原因，认识到质量越小，惯性越小，物体运动状态更容易被改变。继而，再开展猜想和假设，让学生猜测加速度a与力F、质量m之间的定量关系。然后，通过播放多媒体视频，引用之前类似的案例进行方法迁移，确定实验方法——控制变量法，即：1.保持质量m不变，研究a与F的关系；2.保持受力F不变，研究a与m之间的关系。并以小组为单位设计实验探究方案，包括实验器材、实验步骤、实验数据处理等。实验方案一采用教材上的方案：用天平分别测出小车的质量m和桶及桶内钩码的总质量m，试问小车的加速度应当如何表示？这里可以采用逐差法计算出加速度a，通过牛顿第二定律方程求出整体加速度a。实验方案二：将打点计时器更换为光电门传感器，利用微视频展示实验方案的相关原理和实验操作步骤，要求学生观察实验现象，并对实验数据进行记录、分析和处理，最后推导出最终的实验结论。又如：在高中物理实验“测电源的电动势和内阻”的教学之中，主要是学习闭合电路欧姆定律的实际应用，培养学生运用图像法处理实验数据、分析实验误差的能力。在教学过程中，可以利用多媒体进行问题引入，让学生复习闭合电路欧姆定律的不同表达式及电源U-I图，了解U-I直线的纵轴截距为电动势、斜率的绝对值为电源内阻。再参考教材的方案设计实验方案，明确实验原理。方案一：伏安法。将电流表、滑动变阻器与电源相串联，电压表并联于电源两端，改变滑动变阻器的阻值。方案二：安阻法。通过串联设计的方法改变电阻箱的阻值，学生要在实验中仔细观察并记录串联中的电流表计数、电阻箱计数。方案三：伏阻法。利用串联的方式测取电压表的计数与电阻箱的计数，可以采用2～3个开关固定电路，无须更改电压表的位置，获得不同的电压值。在对实验数据进行处理操作中，可以利用图像法将实验数据描点连线，形成U-I实验图，以纵轴截距为电动势E，以直线斜率的绝对值为内阻r，直线与横轴的交点为短路电流，从而直观清晰地得到电动势和内阻的值。最后，进行实验误差分析。以方案一为例，实验中的电压表与电流表的计数误差并非预设的系统误差，对此可以利用U-I图探究某一节干电池的电动势和内电阻，思考图中对应点的外电路电阻及内部热耗功率。微课视频在课堂的运用有助于学生延迟观察实验现象，通过视频设备的“慢镜头”缓慢呈现实验过程，让学生更加清晰全面地观察到实验整个过程。以学习“牛顿第二定律瞬时性特点”的物理知识为例，由于不少学生对“绳”“杆”提供的弹力具有瞬时性特点缺乏深入理解，因而可以运用微课视频缓慢呈现实验过程，利用“慢动作”的功能录制剪断细绳或弹簧瞬间时小球的运动状态，全面细致地体会绳杆模型的物理知识。在《自由落体运动》的教学中，因自由落体运动通常持续时间较短，为帮助学生清晰细致地观察实验现象，运用微课视频的慢功能缓慢呈现物体下落过程，让学生直观清晰地感受自由落体运动的规律及特点。另外，对于课堂上无法进行的实验，也可以通过微课视频进行呈现，如通过纪录片呈现核裂变及核聚变的反应过程，通过模拟实验让学生了解其具体应用，从而激发学生的想象，增进学生对物理实验的理解和记忆。（三）运用微课进行课后巩固和复习为了更好地巩固课堂所学知识、培养学生的发散思维，可以将微课应用于高中实验课后复习阶段，充分考虑学习节奏紧凑、学生学习能力的差异性因素，利用微课帮助学生及时弄懂课堂上尚未理解透彻的疑难点，并为学生扩展更多可行的实验方案，进一步发散学生的物理创新思维和能力；并可以在微课结束后，将完整的实验探究过程制作成微课进行上传分享和交流，让学生合理调节自己的时间进入微信平台或钉钉班级群完成教师推送的微练习。例如：以“电流计改装为大量程电压表和电流表”的微课复习环节为例，通过重现实验分析论证过程，较好地满足不同学生的不同复习需求，保证高中物理实验教学的连续性。采用多媒体引导学生思考如何将电流计改装为大量程的电压表和电流表，向学生讲授改装成大量程电压表和电流表的原理，结合例题启发学生利用串联分压采用电流计与大电阻串联的方式。同样，结合例题引导学生利用并联分流将电流计与小电阻并联，就可以改装为大量程的电流表。最后，再通过平台设计“电流计改装为大量程电压表和电流表”的微练习。例如：在“验证机械能守恒定律”的微课复习环节之中，为了增进学生对机械能定律的深入体悟，可以运用多媒体引导学生回顾机械能守恒定律，思考如何用实验进行验证，并讲授机械能守恒定律的实验原理，可以利用自由落体运动来进行验证，在实验中验证重力势能的减少量与动能的增加量在实验误差允许范围内相等，则能够较好地验证机械能守恒定律。最后，教师引导学生对实验数据进行处理，通过实验得到点迹清晰的纸带，对纸带进行分析并获取相应的实验数据，处理方法有：利用起始点与第n点验证机械能守恒定律；利用任选的两点来验证机械能守恒定律。同时，还要对实验误差进行分析，让学生思考：重力势能减少量与动能增加量是绝对相等的吗？通过分析得知物理实验中的误差属于系统误差，主要来自于空气阻力及纸带与限位孔之间的摩擦阻力；也可以使纸带与限位孔均位于竖直平面以内，起到减小摩擦阻力的效果。另外，教师还可以适当进行实验方案拓展，如：可以利用单摆和光电门来验证，测量小球释放时球心到小球最低处球心间的高度、遮光条宽度和遮光条挡光时间，最终验证机械能守恒定律。（四）“微课+翻转课堂”的应用在高中物理实验教学实践之中，可以探索基于微课的翻转课堂教学模式，主要包括课前学习、课上探究、课后巩固等不同环节，其中：课前学习环节主要是通过文本、视频学习明确实验目的、原理，制定实验方案并动手操作实验，熟悉实验操作流程，并做好预习笔记，记录自己在课前预习中存在的疑问。在课上探究环节可以采用小组交流讨论的方式进行探究实验，完成实验设计并记录实验数据，教师可以适时进行点拨和答疑。在课后巩固环节，主要是对物理实验知识进行巩固和复习。例如：在“探究小车速度随时间的变化规律”物理实验之中，先用微课引导学生进行实验内容的预习；在实验操作过程中，用微视频的方式讲解实验器材、实验操作、实验疑难等，讲解数据处理的方法，如确定计数点并进行测量、计算瞬时速度等，通过对相关实验数据的分析和处理，观察并思考点的分布规律，采用直线拟合的方式，使尽可能多的点处于直线上，不在直线上的点则均匀分布于直线两侧，最终绘制生成小车运动的速度—时间图像。通过微课与“翻转课堂”的结合教学，能够有效促进学生积极主动思考问题，提高学生的合作探究能力。又如：在高中物理实验“平抛运动”的教学之中，在课前环节要选取不同实验器材，鼓励学生自主设计实验方案，分组进行合作探究，尝试运用不同的方法找到平抛运动的规律，引导学生形成“化曲为直”的思想，思考运动分解的方法，并猜想分解到什么方向较为容易，且在各个方向上分别做什么运动。组织学生进行相互讨论，找到研究比较复杂的运动的方法，如运动的分解、对平抛运动进行假设，通过多媒体展示小球平抛运动的条件，根据这一预设条件进行大胆猜想：竖直方向上的小球做自由落体运动，水平方向的小球做匀速直线运动，并通过实验验证这一假设，最后得出结论：平抛运动的物体可以看作竖直方向的自由落体运动和水平方向的匀速运动。在研究平抛运动的特点时，重点要引导学生准确描绘出平抛运动的轨迹，并利用得到的平抛运动的轨迹进行小组展示，学生对实验过程和实验结果进行交流和讨论，深入把握和理解平抛运动的特点。值得注意的是，教学重点应放在“探究”上而非“规律”上