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摘要：21世纪以来，我国信息技术高速发展，在社会各个领域的应用也越来越广泛。信息技术以信息丰富、传播迅速等优点强势入驻教学领域当中。“微课程”就是其中一种重要的体现。教育工作者根据学科特点结合多元化的教学资源设计微课程，并且打破了传统教学中时间与空间的限制。微课程主要是以视频为载体的新课程形态，它具有时间短、内容精准、信息丰富等特点，与现代教学理念相符合。在大学物理教学中，实验教学是重点，而物理实验教学的开展会涉及到很多精密昂贵的实验仪器，并且有些实验还带有一定的危险性，因此需要采用虚拟实验教学。将虚拟实验教学与微课程相结合，充分利用信息技术中丰富的教学资源，促进信息技术与大学物理教学的全面融合。
本次研究以当今大学物理教学体系建设为基础，从信息技术的角度出发，以国内外教学经验为实证，探究大学物理虚拟实验微课程的开发与应用。希望能为高校大学物理教学体系改革提供建议。
一、微课程教学方式的来源
微课程是在信息时代背景下应运而生的一种新型教学方式，在上世纪九十年代初期，美国LeRoyA.McGrew教授提出60秒化学课程以及英国纳皮尔大学TPKee教授提出的一分钟演讲[1]。微课程的核心集中体现在“微”字上，指的是教学时间短促，教学内容精炼、教学方式集中、信息传递迅速。这种教学方式的雏形一经提出并受到广泛的关注，并且在2008年正式提出了微课程的概念[2]。这种教学方式最初的目的是想通过信息技术的融入实现在线学习与移动学习，本身是一种以学生为中心的教学方式。我国在2008年提出微课程的时候就接触了微课程这一教学理念，广东佛山教育局胡铁生为国内首个发起微课程的相关专家，并且在2011年创办了第一个微课大赛，之后各区域间高校陆续采用这种教学方式。
二、虚拟实验教学
虚拟实验教学主要是利用信息技术打破了实验教学中仪器与环境的限制。麻省理工大学首次提出虚拟实验教学这一观点并付诸实践，成功地为学生创建了一个虚拟的学习环境，通过网络中丰富的教学资源可有效提高学生的实验理论知识，通过实践视频的形式可有效提高学生的实践能力与创新意识。大学物理实验教学目的主要是培养学生创新能力与探索意识，因此虽然受到了一定程度的重视，但是往往由于基础设施及教学条件的制约，很多实验无法开展。随着网络技术的发展虚拟实验教学在大学物理教学中兴起，虚拟实验指的是通过虚拟的方式模拟实验的进展及结果，而信息技术可以为虚拟实验教学提供教学视频、教学资源、教学讲解等，在朱敏博士的研究中[3]，对虚拟实验教学做出了分析，从她的观点来看虚拟实验教学就是通过技术手段与软硬件的结合来突破传统教学中时间与空间的限制。在本次研究中研究国内外专家对虚拟实验教学的应用与理解，并且通过对微课程应用实例分析，探究大学物理虚拟实验教学中微课程教学方式的设计与开发。
三、大学物理虚拟实验微课程的设计与应用
在当今大学物理虚拟实验微课程设计当中，主要分为三种设计模式，依据学生的不同需求分别采用合理的设计模式，如演示型设计、探索型设计、操作型设计三种模式。
（一）演示型
演示型虚拟实验设计较为简单，实验内容容易理解，主要是通过对实验步骤的演示，实验设计人员需要根据学生的需求确定实验设计的内容，然后选择内容的呈现方式及所需要的仪器设备，另外设计学生的可操作范围或可虚拟操作范围，最后将学生对实验操作的掌握程度进行评估。这种设计方式的优点是非常清晰地表达出设计人员的思路，并且学生也可以遵循着设计人员的思路进行，但是这种演示型的虚拟实验中学生无法改变实验的流程，在完成虚拟实验的时候无法及时地改正自己错误的虚拟操作，影响学生的积极性[4]。如在“静电场描绘”这一实验当中，采用虚拟实验方法模拟静电场分布，具体实验步骤如下：①采用稳定电压电源输出，用红线连接描绘架面，采用黑色接线柱，用黑线连接描绘架接线柱，采用稳定电源探针输入，用红线连接探针架的接线柱，架好探针，将探头放置于导电微晶电极上，启动开关后校正。②将电源开关调节到内侧便于调整电压，当数字显示10V后将开关调节到外侧并将探针架移动到另一电极上，数字显示10V后停止调整，然后将探针架移动，电源电压表的数字显示会随着探针架的移动而变化，测量0-10V之间的等位线，选择0-10V电压某一数据相同的8个点，连接成光滑的曲线得到等位线。③做好记录。在这一虚拟实验当中，所有的内容均由演示型微课程的方式呈现出来，因此学生只需要对同轴电缆3V、4V、5V、6V、7V、8V、9V等位线进行测绘。这种实验方式可以将那些难以实现的实验呈现在学生的面前，并且学生可以参与到实验当中。
（二）操作型
操作型实验主要是以动手操作为中心，通过实验提升学生的动手能力，实验设计人员会根据学生所需要的内容应用虚拟仪器将实验的内容与呈现方式进行调整，学生可以通过实验的内容采用实验虚拟操作仪器进行操作，这种参与性的课程设计方法可以让学生完全融入到实验当中，增强学生的创新能力与探索能力[5]。如在“旋光实验”当中，采用虚拟实验的方式实现旋光性与测量糖溶液的浓度，具体步骤如下：①接通旋光仪电源并且开启开关，5min后钠光灯正常发光可以开始实验。②对旋光仪中的目镜开始调节，让视场中的a、b分界线变得清晰，然后转动检偏器，观察视场的明暗变化，并找出规律。③对角游标尺进行读数，记录最大仪器误差，检查仪器零件的准确性，在放置试管前将旋光仪调整，看到视场亮度较暗并且均匀时记录刻度盘上游标尺读数。④将四种不同浓度的糖溶液以及一种未知浓度的糖溶液的试管放在一起，调整目镜使a、b分界清晰，旋转检偏器调整视场亮度，记下刻度盘上的读数，并记下左右窗口上相应的角度。⑤以偏振光的旋转方向为基准确定物质的左旋光与右旋光，确定糖溶液的旋光率，并查处糖溶液的浓度。在这一虚拟实验当中，学生可以通过应用虚拟操作仪器来对旋光仪的开关、目镜进行调节，对视场光线进行观察，并且对刻度盘上的读数进行记录。这种操作型虚拟实验方式让学生在综合教学资源的形势下，对各种实验操作方法进行掌握，从而提高学生的动手能力，将理论知识转化为实践运用，并且不会受到教学设置的制约[6]。
（三）探索型
探索型实验主要指当实验内容超出学生的认知范围后，利用信息技术中丰富的教学资源将实验内容展现在学生面前，学生在学习的过程中探索，让学生在实验当中实现自我发展、自我提高[7]。如在电子比荷测定的实验中，采用虚拟实验的方式对电子比荷进行测定，具体实验步骤如下：①接通电子荷质比测定仪电源，将加速电压定位120V，在观察到翠绿色电子束后降低到100V。②改变偏转电流让电子束形成封闭的圆，调节聚焦电压让电子束变得明亮，改变电流观察电子束的大小及电压的改变。③改变电压与电流，形成明亮的电子圆环，调节仪器后线圈的反光镜位置。④移动标尺，让黑白分界的中心刻度对准电子枪口与反射镜像，采用三点一线的方式测量出电子圆左右S0、S1，并且记录对应的电压值U与电流值I。计算电子圆的半径，并代入最终公式e/m中，求出所有结果的平均值，与相对误差E。在这一虚拟实验当中，学生们通过对步骤的观察以及采用虚拟仪器的亲身操作，最后利用所学习过的知识，将所记录的指数用公式求出最后的数值，这种步骤化的实验与探索的教学方式，可以增强学生的探索意识，让学生在以后的学习中保持探索的习惯。
四、结语
大学物理实验教学中有很多实验迫于环境的影响无法轻易实现，因此，为了让学生更好地学习相关知识，可以采用虚拟实验的方式让学生进行学习，在学习的过程中不仅可以采用虚拟仪器亲身参与到实验中，还可以将实验结果与自己学习的知识相结合，培养学生的探索意识与实践能力。而微课程则是一种较为便捷的教学方式，学生的学习没有地点与时间的限制，对于未深入了解的实验知识可以反复进行实验的观看，直到掌握知识。
参考文献
[1]高潭华,苏春燕,张明文等.地方性应用型工科大学物理实验教学模式改革探索[J].武夷学院学报,2016,35(6):93-96.
[2]高潭华,郑福昌,苏春燕等.地方性应用型工科院校大学物理实验平台建设[J].实验技术与管理,2016,(1):166-168.
[3]刘剑霜,郭鹏飞,李伙全等.TCAD技术在微电子实验教学体系中的应用与研究[J].实验技术与管理,2012,29(2):78-80.
[4]刘英杰,杨雪,阚宝朋等.基于3dsMax和Virtools的大学物理虚拟实验的设计与开发[J].现代教育技术,2015,18(6):88-92.
[5]杨雪,刘英杰,阚宝朋等.基于设计的研究范式在网络三维虚拟实验中的运用研究[J].中国电化教育,2014,(10):103-106.
[6]谭守标,王晓蒲,霍剑青等.大学物理仿真实验教学系统中霍尔效应虚拟实验课件的设计实现[J].计算机工程与应用,2003,39(4):42-44.
[7]杨雪,阚宝朋,刘英杰等.基于Virtools的大学物理网络三维虚拟实验的开发[J].实验技术与管理,2014,26(4):62-65.
作者:王寿堂 单位:忻州师范学院五寨分院
