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摘要：21世紀以來，我國信息技術高速發展，在社會各個領域的應用也越來越廣泛。信息技術以信息豐富、傳播迅速等優點強勢入駐教學領域當中。“微課程”就是其中一種重要的體現。教育工作者根據學科特點結合多元化的教學資源設計微課程，并且打破了傳統教學中時間與空間的限制。微課程主要是以視頻為載體的新課程形態，它具有時間短、內容精準、信息豐富等特點，與現代教學理念相符合。在大學物理教學中，實驗教學是重點，而物理實驗教學的開展會涉及到很多精密昂貴的實驗儀器，并且有些實驗還帶有一定的危險性，因此需要采用虛擬實驗教學。將虛擬實驗教學與微課程相結合，充分利用信息技術中豐富的教學資源，促進信息技術與大學物理教學的全面融合。
本次研究以當今大學物理教學體系建設為基礎，從信息技術的角度出發，以國內外教學經驗為實證，探究大學物理虛擬實驗微課程的開發與應用。希望能為高校大學物理教學體系改革提供建議。
一、微課程教學方式的來源
微課程是在信息時代背景下應運而生的一種新型教學方式，在上世紀九十年代初期，美國LeRoyA.McGrew教授提出60秒化學課程以及英國納皮爾大學TPKee教授提出的一分鐘演講[1]。微課程的核心集中體現在“微”字上，指的是教學時間短促，教學內容精煉、教學方式集中、信息傳遞迅速。這種教學方式的雛形一經提出并受到廣泛的關注，并且在2008年正式提出了微課程的概念[2]。這種教學方式最初的目的是想通過信息技術的融入實現在線學習與移動學習，本身是一種以學生為中心的教學方式。我國在2008年提出微課程的時候就接觸了微課程這一教學理念，廣東佛山教育局胡鐵生為國內首個發起微課程的相關專家，并且在2011年創辦了第一個微課大賽，之后各區域間高校陸續采用這種教學方式。
二、虛擬實驗教學
虛擬實驗教學主要是利用信息技術打破了實驗教學中儀器與環境的限制。麻省理工大學首次提出虛擬實驗教學這一觀點并付諸實踐，成功地為學生創建了一個虛擬的學習環境，通過網絡中豐富的教學資源可有效提高學生的實驗理論知識，通過實踐視頻的形式可有效提高學生的實踐能力與創新意識。大學物理實驗教學目的主要是培養學生創新能力與探索意識，因此雖然受到了一定程度的重視，但是往往由于基礎設施及教學條件的制約，很多實驗無法開展。隨著網絡技術的發展虛擬實驗教學在大學物理教學中興起，虛擬實驗指的是通過虛擬的方式模擬實驗的進展及結果，而信息技術可以為虛擬實驗教學提供教學視頻、教學資源、教學講解等，在朱敏博士的研究中[3]，對虛擬實驗教學做出了分析，從她的觀點來看虛擬實驗教學就是通過技術手段與軟硬件的結合來突破傳統教學中時間與空間的限制。在本次研究中研究國內外專家對虛擬實驗教學的應用與理解，并且通過對微課程應用實例分析，探究大學物理虛擬實驗教學中微課程教學方式的設計與開發。
三、大學物理虛擬實驗微課程的設計與應用
在當今大學物理虛擬實驗微課程設計當中，主要分為三種設計模式，依據學生的不同需求分別采用合理的設計模式，如演示型設計、探索型設計、操作型設計三種模式。
（一）演示型
演示型虛擬實驗設計較為簡單，實驗內容容易理解，主要是通過對實驗步驟的演示，實驗設計人員需要根據學生的需求確定實驗設計的內容，然后選擇內容的呈現方式及所需要的儀器設備，另外設計學生的可操作范圍或可虛擬操作范圍，最后將學生對實驗操作的掌握程度進行評估。這種設計方式的優點是非常清晰地表達出設計人員的思路，并且學生也可以遵循著設計人員的思路進行，但是這種演示型的虛擬實驗中學生無法改變實驗的流程，在完成虛擬實驗的時候無法及時地改正自己錯誤的虛擬操作，影響學生的積極性[4]。如在“靜電場描繪”這一實驗當中，采用虛擬實驗方法模擬靜電場分布，具體實驗步驟如下：①采用穩定電壓電源輸出，用紅線連接描繪架面，采用黑色接線柱，用黑線連接描繪架接線柱，采用穩定電源探針輸入，用紅線連接探針架的接線柱，架好探針，將探頭放置于導電微晶電極上，啟動開關后校正。②將電源開關調節到內側便于調整電壓，當數字顯示10V后將開關調節到外側并將探針架移動到另一電極上，數字顯示10V后停止調整，然后將探針架移動，電源電壓表的數字顯示會隨著探針架的移動而變化，測量0-10V之間的等位線，選擇0-10V電壓某一數據相同的8個點，連接成光滑的曲線得到等位線。③做好記錄。在這一虛擬實驗當中，所有的內容均由演示型微課程的方式呈現出來，因此學生只需要對同軸電纜3V、4V、5V、6V、7V、8V、9V等位線進行測繪。這種實驗方式可以將那些難以實現的實驗呈現在學生的面前，并且學生可以參與到實驗當中。
（二）操作型
操作型實驗主要是以動手操作為中心，通過實驗提升學生的動手能力，實驗設計人員會根據學生所需要的內容應用虛擬儀器將實驗的內容與呈現方式進行調整，學生可以通過實驗的內容采用實驗虛擬操作儀器進行操作，這種參與性的課程設計方法可以讓學生完全融入到實驗當中，增強學生的創新能力與探索能力[5]。如在“旋光實驗”當中，采用虛擬實驗的方式實現旋光性與測量糖溶液的濃度，具體步驟如下：①接通旋光儀電源并且開啟開關，5min后鈉光燈正常發光可以開始實驗。②對旋光儀中的目鏡開始調節，讓視場中的a、b分界線變得清晰，然后轉動檢偏器，觀察視場的明暗變化，并找出規律。③對角游標尺進行讀數，記錄最大儀器誤差，檢查儀器零件的準確性，在放置試管前將旋光儀調整，看到視場亮度較暗并且均勻時記錄刻度盤上游標尺讀數。④將四種不同濃度的糖溶液以及一種未知濃度的糖溶液的試管放在一起，調整目鏡使a、b分界清晰，旋轉檢偏器調整視場亮度，記下刻度盤上的讀數，并記下左右窗口上相應的角度。⑤以偏振光的旋轉方向為基準確定物質的左旋光與右旋光，確定糖溶液的旋光率，并查處糖溶液的濃度。在這一虛擬實驗當中，學生可以通過應用虛擬操作儀器來對旋光儀的開關、目鏡進行調節，對視場光線進行觀察，并且對刻度盤上的讀數進行記錄。這種操作型虛擬實驗方式讓學生在綜合教學資源的形勢下，對各種實驗操作方法進行掌握，從而提高學生的動手能力，將理論知識轉化為實踐運用，并且不會受到教學設置的制約[6]。
（三）探索型
探索型實驗主要指當實驗內容超出學生的認知范圍后，利用信息技術中豐富的教學資源將實驗內容展現在學生面前，學生在學習的過程中探索，讓學生在實驗當中實現自我發展、自我提高[7]。如在電子比荷測定的實驗中，采用虛擬實驗的方式對電子比荷進行測定，具體實驗步驟如下：①接通電子荷質比測定儀電源，將加速電壓定位120V，在觀察到翠綠色電子束后降低到100V。②改變偏轉電流讓電子束形成封閉的圓，調節聚焦電壓讓電子束變得明亮，改變電流觀察電子束的大小及電壓的改變。③改變電壓與電流，形成明亮的電子圓環，調節儀器后線圈的反光鏡位置。④移動標尺，讓黑白分界的中心刻度對準電子槍口與反射鏡像，采用三點一線的方式測量出電子圓左右S0、S1，并且記錄對應的電壓值U與電流值I。計算電子圓的半徑，并代入最終公式e/m中，求出所有結果的平均值，與相對誤差E。在這一虛擬實驗當中，學生們通過對步驟的觀察以及采用虛擬儀器的親身操作，最后利用所學習過的知識，將所記錄的指數用公式求出最后的數值，這種步驟化的實驗與探索的教學方式，可以增強學生的探索意識，讓學生在以后的學習中保持探索的習慣。
四、結語
大學物理實驗教學中有很多實驗迫于環境的影響無法輕易實現，因此，為了讓學生更好地學習相關知識，可以采用虛擬實驗的方式讓學生進行學習，在學習的過程中不僅可以采用虛擬儀器親身參與到實驗中，還可以將實驗結果與自己學習的知識相結合，培養學生的探索意識與實踐能力。而微課程則是一種較為便捷的教學方式，學生的學習沒有地點與時間的限制，對于未深入了解的實驗知識可以反復進行實驗的觀看，直到掌握知識。
參考文獻
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[2]高潭華,鄭福昌,蘇春燕等.地方性應用型工科院校大學物理實驗平臺建設[J].實驗技術與管理,2016,(1):166-168.
[3]劉劍霜,郭鵬飛,李伙全等.TCAD技術在微電子實驗教學體系中的應用與研究[J].實驗技術與管理,2012,29(2):78-80.
[4]劉英杰,楊雪,闞寶朋等.基于3dsMax和Virtools的大學物理虛擬實驗的設計與開發[J].現代教育技術,2015,18(6):88-92.
[5]楊雪,劉英杰,闞寶朋等.基于設計的研究范式在網絡三維虛擬實驗中的運用研究[J].中國電化教育,2014,(10):103-106.
[6]譚守標,王曉蒲,霍劍青等.大學物理仿真實驗教學系統中霍爾效應虛擬實驗課件的設計實現[J].計算機工程與應用,2003,39(4):42-44.
[7]楊雪,闞寶朋,劉英杰等.基于Virtools的大學物理網絡三維虛擬實驗的開發[J].實驗技術與管理,2014,26(4):62-65.
作者:王壽堂 單位:忻州師范學院五寨分院
