詹強(qiáng)　許泳　楊源楷　徐維濤　邱彩虹

摘要：以微課教學(xué)在分光計(jì)測(cè)量棱鏡角實(shí)驗(yàn)中的創(chuàng)新實(shí)踐為例，介紹了微課在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用情況和發(fā)展前景，以及微課教學(xué)在分光計(jì)結(jié)構(gòu)、核心操作，望遠(yuǎn)鏡和云臺(tái)的粗調(diào)、細(xì)調(diào)，數(shù)據(jù)采集和處理等環(huán)節(jié)的物理原理和內(nèi)容設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：微課;分光計(jì);棱鏡角

2020年是實(shí)施2010—2020年《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革與發(fā)展規(guī)劃綱要》和《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃》的收官之年，也是豐收之年。微課作為新時(shí)代的寵兒，大放異彩，微課資源和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)取得了很大的發(fā)展，教師有熱情，學(xué)生愛(ài)參與，教學(xué)效果突出，充分展現(xiàn)了微課的核心價(jià)值和發(fā)展意義[1]。

1 微課與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是理工科必修的一門(mén)重要基礎(chǔ)課程，它包括經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)、近代物理實(shí)驗(yàn)和前沿物理科學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容。隨著當(dāng)代大學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的個(gè)性化需求（混合學(xué)習(xí)，移動(dòng)學(xué)習(xí)，立體學(xué)習(xí)）日益強(qiáng)烈，傳統(tǒng)的教學(xué)突出幾大問(wèn)題：（1）學(xué)生預(yù)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)效果差。（2）課堂時(shí)間學(xué)生無(wú)法有效利用。（3）課前課后交流互動(dòng)缺乏，學(xué)生易產(chǎn)生畏難情緒。（4）教學(xué)方式和手段比較單一。針對(duì)上述問(wèn)題，結(jié)合微課的特點(diǎn)，把微課引入到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，來(lái)提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的水平和質(zhì)量[2]。因此，引入微課教學(xué)，同當(dāng)下物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合，揚(yáng)長(zhǎng)避短，充分發(fā)揮信息技術(shù)優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化資源配置，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，落實(shí)分類(lèi)型分層次教學(xué)，建設(shè)豐富有效的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)微課資源學(xué)習(xí)和互動(dòng)平臺(tái)，利用微課資源開(kāi)展啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學(xué)，鼓勵(lì)發(fā)展性評(píng)價(jià)，探索建立以大學(xué)生為中心的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，以應(yīng)對(duì)信息化時(shí)代下學(xué)習(xí)多樣性、個(gè)性化的挑戰(zhàn)，對(duì)切實(shí)提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量具有重大意義。

2 微課在分光計(jì)測(cè)量棱鏡角實(shí)驗(yàn)中的創(chuàng)新實(shí)踐

分光計(jì)是可以用來(lái)精確測(cè)量角度的經(jīng)典光學(xué)儀器，比如棱鏡角、光束偏向角，結(jié)合分光元件還可以觀察光譜、測(cè)量光譜波長(zhǎng)。因此，分光計(jì)的調(diào)節(jié)和使用是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程中的必修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)學(xué)生的鍛煉和提高非常有意義，其中測(cè)量棱鏡角和折射率是必做的兩個(gè)經(jīng)典光學(xué)實(shí)驗(yàn)。但是該實(shí)驗(yàn)對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)，上手較為困難，操作難度大，需要有正確的方法，還要有清晰的耐心。這里利用微課教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)新的把重難點(diǎn)立體的剖析清楚，讓初學(xué)者得到充分的預(yù)習(xí)，達(dá)到理解并用的效果。簡(jiǎn)言之，就是把核心操作和技術(shù)通過(guò)精心制作的微視頻結(jié)合實(shí)景和理論分析展示清楚、講解明白，同時(shí)提供課前預(yù)習(xí)的互動(dòng)交流，盡可能地讓學(xué)生對(duì)儀器、實(shí)驗(yàn)原理、操作過(guò)程產(chǎn)生認(rèn)知突破。

2.1 微課之分光計(jì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和核心操作

設(shè)計(jì)了三個(gè)微課小視頻，第一，錄制講解分光計(jì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，如上圖所示，分光計(jì)主要由望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)、平行光管、載物可調(diào)云臺(tái)、圓形刻度盤(pán)、光源、底座等構(gòu)成，其中的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)包含目鏡物鏡、雙十字線分劃板、綠色十字叉絲以及可以調(diào)節(jié)水平仰角的調(diào)節(jié)螺絲A;載物可調(diào)云臺(tái)由三個(gè)調(diào)節(jié)螺絲B、C、D調(diào)節(jié)云臺(tái)臺(tái)面的水平;圓形刻度盤(pán)由主尺外盤(pán)和游標(biāo)內(nèi)盤(pán)（因顏色為黑，也叫黑盤(pán)）構(gòu)成，其中螺絲E鎖定主尺外盤(pán)，螺絲F鎖定黑盤(pán)，螺絲G鎖定望遠(yuǎn)鏡。

第二，錄制分光計(jì)的基本操作方式：打開(kāi)綠色十字叉絲光源，順時(shí)針（逆時(shí)針）旋轉(zhuǎn)，抬高（降低）目鏡側(cè)，從而降低（抬高）望遠(yuǎn)鏡水平仰角。由于主尺外盤(pán)、游標(biāo)內(nèi)盤(pán)和望遠(yuǎn)鏡都是可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，也可以被螺絲鎖定不動(dòng)，不同實(shí)驗(yàn)教材或指導(dǎo)老師使用的轉(zhuǎn)動(dòng)鎖定方案也不盡相同，雖然核心原理是一樣的，不影響測(cè)量的結(jié)果。這里都會(huì)在微課中演示，讓同學(xué)們自己決定采取哪種轉(zhuǎn)動(dòng)方案。視頻中，會(huì)著重介紹如下方案：擰緊螺絲E、G鎖定外盤(pán)和望遠(yuǎn)鏡，松開(kāi)螺絲F，讓黑盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，以轉(zhuǎn)動(dòng)云臺(tái)上的雙面平面鏡、棱鏡等光學(xué)元件，這樣做的好處有：（1）操作簡(jiǎn)便;（2）操作人員可以坐在凳子上，不必跟隨望遠(yuǎn)鏡移動(dòng)，減少體力消耗;（3）對(duì)儀器友好，尤其望遠(yuǎn)鏡不易損壞。

第三，講解平面鏡和三棱鏡的放置在云臺(tái)的放置方式，以及不同放置方式背后所呈現(xiàn)的物理原理。云臺(tái)上有三個(gè)調(diào)節(jié)螺絲B、C、D，即有三個(gè)調(diào)節(jié)自由度，合理放置平面鏡對(duì)后面的調(diào)節(jié)十分重要，否則沒(méi)有章法可循。多數(shù)實(shí)驗(yàn)教材采用的是平面鏡與三角形BCD的高平行放置，比如過(guò)B點(diǎn)，垂直于CD，這樣做的出發(fā)點(diǎn)是只有調(diào)節(jié)C、D便可以調(diào)節(jié)平面鏡的垂直度，雖然也可以達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，但是事?shí)上，云臺(tái)并一定水平了，因?yàn)槿绱苏{(diào)節(jié)只能保證平面鏡所在面的垂直度，平面換個(gè)位置就不一定垂直了，所以還需要在此基礎(chǔ)上，重新放置平面鏡過(guò)C點(diǎn)與BD垂直，然后再次調(diào)節(jié)B、D使得平面鏡垂直，兩番操作才能實(shí)現(xiàn)云臺(tái)平面的真正水平。然而，實(shí)際上采用平面鏡過(guò)三角形BCD中心同時(shí)平行其任意邊的放置方式更高效便捷，但是對(duì)初學(xué)者者難度稍大，各有優(yōu)勢(shì)，此種放置方式在后續(xù)調(diào)節(jié)會(huì)有重點(diǎn)體現(xiàn)。整個(gè)微課邊錄制邊示范邊配合講解，后期加工優(yōu)化視頻內(nèi)容和節(jié)奏，加入圖文講解，讓微課既有科學(xué)性又有一定的趣味性，力求重點(diǎn)突出、簡(jiǎn)短高效、直觀易懂，初學(xué)者自然樂(lè)于看、看得懂、學(xué)成快，學(xué)習(xí)的效率和教學(xué)質(zhì)量也就有了保障。

2.2 微課之望遠(yuǎn)鏡和云臺(tái)的粗調(diào)、細(xì)調(diào)

望遠(yuǎn)鏡和云臺(tái)的粗調(diào)，這點(diǎn)很需要經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。這里微課里面會(huì)演示正確的操作方式和技巧，也會(huì)演示常見(jiàn)的錯(cuò)誤或不規(guī)范操作，以達(dá)到更加的示教效果。望遠(yuǎn)鏡粗調(diào)主要是旋轉(zhuǎn)螺絲A（順時(shí)針＼逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，對(duì)應(yīng)于降低＼抬高仰角）調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡水平仰角，操作時(shí)身體在望遠(yuǎn)鏡側(cè)邊，眼睛要平時(shí)望遠(yuǎn)鏡光軸，目光與望遠(yuǎn)鏡光軸垂直，如有水平儀，可以放在望遠(yuǎn)鏡鏡筒上表面，協(xié)助調(diào)節(jié)水平。同理，云臺(tái)的水平調(diào)節(jié)是如此，眼睛一定要平視云臺(tái)，目光平行于云臺(tái)臺(tái)面，通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺絲B、C、D（順時(shí)針＼逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，對(duì)應(yīng)于抬高＼降低臺(tái)面）使得臺(tái)面水平，也可以借助水平儀進(jìn)一步檢驗(yàn)和調(diào)節(jié)云臺(tái)的水平。然后打開(kāi)綠色十字叉絲光源，放置雙面平面鏡使得鏡面過(guò)三角形BCD的中心，平行CD，這樣調(diào)節(jié)B和同時(shí)調(diào)節(jié)C、D即可調(diào)節(jié)鏡面的垂直度。再轉(zhuǎn)動(dòng)黑盤(pán)，使得鏡面垂直于望遠(yuǎn)鏡，透過(guò)目鏡觀察再平面鏡里面成的十字叉絲像。這個(gè)環(huán)節(jié)的微課設(shè)計(jì)架構(gòu)如下表所示，課堂上發(fā)現(xiàn)，多數(shù)同學(xué)會(huì)遇到第一種情況，就是兩面都看不到綠色十字叉絲，大多是因?yàn)闆](méi)有掌握粗調(diào)的方法，或者是粗調(diào)不達(dá)預(yù)期效果，又不知道如何有效解決問(wèn)題，做很多無(wú)用功，自然就會(huì)產(chǎn)生放棄甚至厭學(xué)情緒。又有部分同學(xué)經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)會(huì)出現(xiàn)第二種情況，這時(shí)如果指導(dǎo)老師在場(chǎng)點(diǎn)撥一下，初學(xué)者便可以較快解決問(wèn)題，但問(wèn)題是指導(dǎo)老師分身乏術(shù)，往往是指導(dǎo)到一半就下課了，半途而廢，這對(duì)學(xué)生的自信心是極不利的，教學(xué)質(zhì)量也就無(wú)法得到保證。只有少數(shù)同學(xué)會(huì)遇到第三種情況，像這種情況，指導(dǎo)老師可以指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步掌握調(diào)節(jié)技巧，細(xì)想這樣的情況也是情理之中。最后，結(jié)合物理原理和光路圖，把現(xiàn)象和操作歸類(lèi)劃分，層層推進(jìn)，逐個(gè)擊破，編輯并優(yōu)化整個(gè)微課，初學(xué)者無(wú)論是課前預(yù)習(xí)，還是實(shí)驗(yàn)中，亦是后面的實(shí)驗(yàn)報(bào)告過(guò)程，都可以對(duì)號(hào)入座，從而抓住他們的興趣點(diǎn)、盲點(diǎn)、甚至是痛點(diǎn)，微課教學(xué)的優(yōu)勢(shì)也就顯而易見(jiàn)了。

2.3 微課之分光計(jì)的讀數(shù)和數(shù)據(jù)處理

分光計(jì)讀數(shù)原理類(lèi)似于游標(biāo)卡尺，先讀主尺，后讀游標(biāo)，微課中主要展示教材中很少提及的讀數(shù)起點(diǎn)和旋轉(zhuǎn)方向問(wèn)題，例如θ₁=30°16′、θ₂=210°16′，此時(shí)往增加的方向旋轉(zhuǎn)，教材公式φ=12[θ′₁-θ₁+θ′₂-θ₂]，但是反向轉(zhuǎn)動(dòng)黑盤(pán)時(shí)，教材公式不適用，需要修正。微課中將展示兩個(gè)實(shí)例，分別講解兩種情況下對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)處理公式，實(shí)踐中這個(gè)問(wèn)題通過(guò)微課教學(xué)的效果非常好。

3 總結(jié)

創(chuàng)新實(shí)踐證明微課教學(xué)在分光計(jì)測(cè)量棱鏡角的實(shí)驗(yàn)中效果非凡，重難點(diǎn)突出，講解清晰具體有代入感，學(xué)生參與度高，參與感強(qiáng)，傳播迭代效果好，隨時(shí)隨地任意學(xué)、隨心學(xué)。課前預(yù)習(xí)效果好，實(shí)驗(yàn)課過(guò)程自然輕松應(yīng)對(duì)，教師和學(xué)生高?；?dòng)，教學(xué)相長(zhǎng)落到了實(shí)處。微課短視頻精悍高效、易于傳播，對(duì)于當(dāng)代信息課堂確實(shí)極具滲透力，隨著更多高校在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新實(shí)踐，微課教學(xué)未來(lái)可期，如同昔日的微信和當(dāng)前的抖音，這也給我們教學(xué)工作者帶來(lái)很多啟示。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡鐵生，黃明燕，李民.我國(guó)微課發(fā)展的三個(gè)階段及其啟示[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2013，31（4）：3642.

[2]唐艷妮，徐軍，羅積軍，趙云芳.微課在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用探索[J].實(shí)驗(yàn)物理與工程，2014：5759.

基金項(xiàng)目：廣東海洋大學(xué)2017年度教育教學(xué)改革項(xiàng)目（XJG201776）;2017年度校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃立項(xiàng)項(xiàng)目（CXXL2017135）;2019年度校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃立項(xiàng)項(xiàng)目（CXXL2019270）

作者簡(jiǎn)介：詹強(qiáng)（1988—），男，漢族，江西九江人，碩士，講師，研究方向：固體高次諧波。

*通訊作者：邱彩虹（1970—），女，漢族，廣東湛江人，本科，實(shí)驗(yàn)師，研究方向：物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與研究。