蔣 珊，王鳴鶴，呂鳳珍，劉富池，朱長(zhǎng)明，余貴波，孔文婕，周厚兵

（廣西師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣西 桂林 541004）

0 引言

大學(xué)物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)因?qū)嶒?yàn)與理論密切結(jié)合，儀器調(diào)節(jié)難度大等特點(diǎn)不同于其他物理實(shí)驗(yàn)，光學(xué)實(shí)驗(yàn)通常需要用特殊的實(shí)驗(yàn)器材才能將光學(xué)圖像形象直觀展現(xiàn)出來(lái)，揭示光學(xué)的本質(zhì)和現(xiàn)象[1]。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)涉及的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目眾多，包括光具組基點(diǎn)的測(cè)定、交流電橋、邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)等，其中，邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)否定了“以太”的存在，解決了當(dāng)時(shí)關(guān)于“以太”的爭(zhēng)論，并為愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)相對(duì)論提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)，由于邁克爾遜干涉儀將兩相干光束完全分開(kāi)，它們之間的光程差可以根據(jù)要求作各種改變，測(cè)量結(jié)果可以精確到與波長(zhǎng)相比擬，因此在光學(xué)和近代物理的計(jì)量技術(shù)有著廣泛應(yīng)用[2]。但該實(shí)驗(yàn)在實(shí)際教學(xué)中，通常會(huì)面臨以下問(wèn)題，第一，實(shí)驗(yàn)需要學(xué)會(huì)儀器調(diào)節(jié)與使用，實(shí)驗(yàn)原理也不容易理解，但由于時(shí)間關(guān)系，教師只能講解以及演示一次，如果學(xué)生聽(tīng)不明白或是實(shí)驗(yàn)演示時(shí)沒(méi)看清楚導(dǎo)致學(xué)生在操作過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題無(wú)法得到及時(shí)解決，取得的教學(xué)效果并不理想。第二，隨著實(shí)驗(yàn)完成，久而久之學(xué)生容易忘記實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。第三，由于學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)教師需要重復(fù)講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，加重了教師工作量[3]。近些年，“微課”因其針對(duì)性強(qiáng)、形式多樣、重復(fù)性高等特點(diǎn)在課堂教學(xué)改革中備受關(guān)注，在優(yōu)化課堂教學(xué)方面展現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢(shì)[4]。本文以“邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)”為研究對(duì)象，探究實(shí)驗(yàn)課堂與微課教學(xué)的結(jié)合，讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)在課前對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、儀器操作的有效預(yù)習(xí)，課中對(duì)實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題有針對(duì)性的解決，課后可以復(fù)習(xí)、鞏固知識(shí)，拓展思維提高學(xué)生們對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣。

1 前期分析

1.1 儀器結(jié)構(gòu)

在實(shí)驗(yàn)之前，充分了解實(shí)驗(yàn)儀器的結(jié)構(gòu)非常重要，本次實(shí)驗(yàn)需要用到的邁克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)如圖所示[5]。其中需要重點(diǎn)了解以下結(jié)構(gòu)：

（1）固定鏡M1和可動(dòng)鏡M2：兩個(gè)互相垂直放置的平面鏡，鏡面鍍有金屬膜，具有很高的反射率，背面各有三個(gè)滾花螺絲，可以通過(guò)調(diào)節(jié)螺絲改變鏡面角度直到兩反光鏡嚴(yán)格垂直。

（2）分光鏡和補(bǔ)償片：平行放置的兩塊厚度與折射率相同的平行平面玻璃板，分光鏡可以將以45°入射的一列光分成兩列振幅近乎相等的反射光和透射光，它的第二平面上鍍有一層半透（反射）膜；補(bǔ)償片可以補(bǔ)償通過(guò)分光鏡的透射光與反射光之間附加的光程差。

（3）粗調(diào)轉(zhuǎn)輪和微調(diào)轉(zhuǎn)輪：旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪可以使導(dǎo)軌上的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)鏡M2沿導(dǎo)軌移動(dòng)。

（4）毫米刻度尺、讀數(shù)窗和微調(diào)轉(zhuǎn)輪：它們的讀數(shù)可以確定鏡M2的位置和移動(dòng)的距離[6]。

1.2 原理分析

儀器光路原理如圖2 所示，光點(diǎn)O發(fā)出的光，穿過(guò)P1時(shí)，被分成相互垂直的反射光和透射光。反射光幾乎垂直入射到鏡M1后，沿原始路徑穿過(guò)P1到達(dá)E處；穿過(guò)P2后，透射光幾乎垂直入射到M2上，然后沿原始路徑返回。它被P1第二層的半透明反射膜反射到E處。這樣，到達(dá)E處的兩個(gè)光束的光學(xué)特性完全相同，它們之間的光程差不同，具備相干特性，經(jīng)觀察者的眼睛疊加就能形成干涉條紋。在M1附近形成的虛像M2’是由于M2被P1的半反射鏡反射，因此M1和M2的反射相當(dāng)于M1和M2’的反射，與厚度為d的空氣膜產(chǎn)生的干涉相同[7]。

圖1 WSM-100 型號(hào)邁克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)圖[5]

圖2 邁克爾遜干涉儀光路原理

如圖3 所示，對(duì)于第k級(jí)干涉條紋，由M1和M2’反射光線的光程差為

圖3 等傾干涉原理圖

其中d為平面鏡M1和虛平面鏡M2’之間的間距。當(dāng)d一定時(shí)，兩光程差決定于入射角i，凡以相同傾角i入射的光經(jīng)反射后就形成一個(gè)圓形干涉環(huán)，稱為等傾干涉。在圖2-2 中，用眼在E處正對(duì)P觀察以各種不同傾角入射的光線反射后的圖像，可看到一組明暗相間的同心圓環(huán)，通常稱其為等傾干涉條紋。形成明暗條紋的條件是：

對(duì)于任一第k級(jí)干涉條紋，當(dāng)d增大時(shí)，必定以減小cosik的值來(lái)滿足2dcosik=kλ,故該干涉條紋將向ik變大的方向移動(dòng)，即向外擴(kuò)展，表現(xiàn)在條紋向外“涌出”，反之當(dāng)d減小時(shí)，該干涉條紋將向內(nèi)“陷入”。且當(dāng)d每增加1/2λ時(shí)就有一個(gè)條紋涌出，反之，當(dāng)d每減少1/2λ時(shí)就有一個(gè)條紋向中心“陷入”。因此，只要數(shù)出涌出或陷入的條紋數(shù)，即可得到M1以λ為單位的移動(dòng)距離為

若有N個(gè)條紋從中心涌出或陷入，則表明M1相對(duì)于M2′的距離改變了

處理1、龍粳38，株行距為10cm*30cm，水整地時(shí)施入二胺6公斤、50%硫酸鉀3公斤、尿素2公斤。插秧時(shí)側(cè)深施肥時(shí)加入19公斤云天化復(fù)合肥。

波長(zhǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)中相應(yīng)的條紋變化N可以數(shù)出，M1移動(dòng)的距離dΔ 可以由干涉儀讀數(shù)系統(tǒng)讀出，從而代人式2-4，便可以求出待測(cè)光波波長(zhǎng)[3]。

在實(shí)驗(yàn)中，鈉燈發(fā)出的光將產(chǎn)生兩套干涉條紋，因?yàn)殁c光有兩條主譜線的波長(zhǎng)(鈉雙線的波長(zhǎng)分別為λ1=589.0nm 和λ2=589.6nm)和強(qiáng)度都很接近，得到的兩組條紋非相干性疊加的結(jié)果將隨著d的變化，呈現(xiàn)周期性的重合和錯(cuò)開(kāi)，使干涉條紋交替出現(xiàn)“清晰”和“模糊甚至消失”。在兩相鄰視見(jiàn)度最差位置之間，M1移動(dòng)的距離λΔ 與Δd的關(guān)系為

2 微課設(shè)計(jì)

2.1 制作PPT課件

傳統(tǒng)課堂上，教師利用板書(shū)進(jìn)行課堂教學(xué)，教學(xué)手段單一，且較為耗時(shí)，課堂效果不佳。特別是在實(shí)驗(yàn)課上，很多內(nèi)容需要用圖像或是動(dòng)態(tài)演示以將現(xiàn)象直觀展示，這時(shí)就需要用到PPT 輔助教學(xué)。PPT 課件通過(guò)明亮的色彩、更具表現(xiàn)力的動(dòng)畫(huà)，將課堂變得更生動(dòng)，提高學(xué)生注意力的同時(shí)節(jié)省了講述時(shí)間。優(yōu)質(zhì)的PPT課件的制作是本次微課制作重要前提。在此過(guò)程中，要做到以下四點(diǎn)，第一，課件背景要突出文字，所以背景一般選擇淺色為佳。第二，課件的頁(yè)面布局需要做到在屏幕上的對(duì)象力求上下左右達(dá)到平衡，不要顯得雜亂無(wú)章。第三，提供了足夠的信息即可，去除累贅的文字和圖片，以最少的數(shù)據(jù)顯示最多的信息，第四，要按照順序顯示，不要提前將內(nèi)容顯示出來(lái)，這就需要為PPT 加上動(dòng)畫(huà)，這樣就能按照我們計(jì)劃的順序，一步一步顯示內(nèi)容。制作技巧有：

（1）PPT 背景設(shè)計(jì)：除了第一頁(yè)包含實(shí)驗(yàn)名稱的PPT 以及最后一頁(yè)包含感謝觀看的PPT，其他PPT 背景統(tǒng)一選擇包含廣西師范大學(xué)圖標(biāo)的半透明灰白色的我校王城校區(qū)大門的圖片，直接進(jìn)行幻燈片母版設(shè)置。打開(kāi)制作的PPT 課件，在視圖中選擇幻燈片母版，進(jìn)入頁(yè)面后，選擇插入母版，將背景圖片插入，最后關(guān)閉母版視圖。將多次出現(xiàn)的內(nèi)容放在幻燈片母版中，就能避免重復(fù)添加，提高效率，使制作過(guò)程更方便快捷。

（2）PPT 文字設(shè)計(jì)：標(biāo)題部分的字體顏色使用靛藍(lán)色，正文部分的字體顏色選擇黑色，正文字號(hào)要選擇大一點(diǎn)，但要小于標(biāo)題的字號(hào)，才能在既美觀的同時(shí)又利于學(xué)生觀看，如圖4 所示。注意只需要將關(guān)鍵內(nèi)容展示在PPT 上，切忌將上課過(guò)程中的所有語(yǔ)句都放在PPT 中。對(duì)于重點(diǎn)的內(nèi)容可以用另外的顏色標(biāo)出，從而引起學(xué)生的有意注意，如圖5 所示。

圖4 課件文字展示

圖5 重要內(nèi)容用其它顏色標(biāo)出

（3）PPT 圖片設(shè)計(jì)：加入適當(dāng)?shù)膱D片，能對(duì)教學(xué)內(nèi)容起到解釋說(shuō)明作用，讓文字更有說(shuō)服力，另一方面也能緩解學(xué)生觀看文字的視覺(jué)疲勞。

（4）PPT 動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)：合理為PPT 增加動(dòng)畫(huà)效果，設(shè)置動(dòng)畫(huà)樣式，入場(chǎng)順序，入場(chǎng)方向，以及持續(xù)時(shí)間，可以讓PPT 變得更加生動(dòng)，更方便輔助教師教學(xué)。如圖7 所示的PPT，這是邁克爾遜干涉儀光學(xué)原理講解的PPT，將光線入射后的具體過(guò)程依次選中，光線為其選擇擦除的動(dòng)畫(huà)效果，然后分清每條光線的移動(dòng)方向，選擇擦除的方向，以及該過(guò)程的持續(xù)時(shí)間，這可以在講解時(shí)，配合教師的語(yǔ)言講解，逐條顯示，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注光線的移動(dòng)，理解儀器的光學(xué)原理。

圖6 課件動(dòng)畫(huà)展示

2.2 腳本設(shè)計(jì)

視頻錄制還需要撰寫(xiě)腳本，它是微課設(shè)計(jì)中重要的環(huán)節(jié)，微課腳本相當(dāng)于電影劇本，作為視頻拍攝的重要依據(jù)，統(tǒng)籌安排好每一步需要做的事情，為后面的視頻錄制提供清晰的思路，不僅能提高視頻拍攝的效率，如減輕工作量、節(jié)約時(shí)間，還能通過(guò)研究腳本提高視頻拍攝的質(zhì)量[8]。微課腳本的編寫(xiě)主要以錄制表的形式展現(xiàn)，如圖7，該表詳細(xì)介紹了微課視頻中所包含的具體內(nèi)容，比如錄制時(shí)間、錄制過(guò)程中對(duì)應(yīng)每一版PPT所展示的頁(yè)面應(yīng)該配合的語(yǔ)言、畫(huà)面安排、教學(xué)環(huán)節(jié)安排（片頭、正文內(nèi)容講解、結(jié)尾）等。

腳本設(shè)計(jì)的制作技巧包括：

（1）畫(huà)面顯示：畫(huà)面顯示是對(duì)微課視頻中所要出現(xiàn)的畫(huà)面的表示，是有關(guān)教學(xué)內(nèi)容的畫(huà)面，可以是選擇文字進(jìn)行描述，也可以插入課件的截圖等。設(shè)計(jì)好畫(huà)面可以為分鏡頭錄制提供依據(jù)，方便后面的視頻錄制。畫(huà)面的設(shè)計(jì)要清楚明白，符合教學(xué)內(nèi)容。本實(shí)驗(yàn)微課畫(huà)面主要由PPT 課件講解、教師演示實(shí)驗(yàn)操作組成。

（2）教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容是對(duì)出現(xiàn)的畫(huà)面進(jìn)行講解的內(nèi)容，相當(dāng)于教學(xué)語(yǔ)言，但并不是直接重復(fù)畫(huà)面上的文字。教學(xué)的語(yǔ)言要簡(jiǎn)潔，要符合微課的特點(diǎn)，對(duì)畫(huà)面的描述要準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)微課不同于平常在實(shí)驗(yàn)室上課，微課中不能出現(xiàn)口語(yǔ)化的表達(dá)，語(yǔ)句不能太過(guò)羅嗦復(fù)雜[9]。如圖2-9 所示，在腳本中設(shè)計(jì)出錄制時(shí)的所有話語(yǔ)，在為視頻配音時(shí)，就可直接按照設(shè)計(jì)出的話語(yǔ)表述。

（3）時(shí)長(zhǎng)分布：時(shí)長(zhǎng)是根據(jù)教學(xué)內(nèi)容估計(jì)畫(huà)面出現(xiàn)的時(shí)長(zhǎng)，同時(shí)也不能忽略PPT 課件中某些地方使用動(dòng)畫(huà)后所消耗的時(shí)間以及演示儀器時(shí)消耗的時(shí)長(zhǎng)。微課視頻時(shí)長(zhǎng)較短，突出重點(diǎn)，結(jié)構(gòu)又必須完整，因此恰當(dāng)?shù)姆峙涓鱾€(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中畫(huà)面持續(xù)的時(shí)間，才能確保整節(jié)微課的的正常進(jìn)行。

3 微課制作

微課的核心內(nèi)容便是微視頻，是面向?qū)W習(xí)者最直接的部分，所以制作微課視頻這個(gè)環(huán)節(jié)極其關(guān)鍵，它直接就可以影響到微課的質(zhì)量。因此需要做好前期的微課設(shè)計(jì)，才能開(kāi)始錄制視頻。本次微課視頻錄制采用手機(jī)拍攝實(shí)驗(yàn)和錄制屏幕結(jié)合，在完成后利用剪映對(duì)視頻進(jìn)行處理。

3.1 視頻錄制

（1）錄屏。本文采用的是ipad自帶的錄屏功能，如圖8所示，對(duì)PPT文稿演示的過(guò)程進(jìn)行錄制。將準(zhǔn)備好的課件按順序播放，點(diǎn)擊ipad控制中心找到視頻錄制點(diǎn)擊錄制，等待三秒就可以開(kāi)始屏幕錄制了。在錄制PPT演示時(shí)，可以將整個(gè)過(guò)程分開(kāi)錄制，避免錄制過(guò)程中出現(xiàn)失誤，也更方便剪輯視頻。

圖8 錄屏

（2）拍攝。本文采用手機(jī)的錄像功能，對(duì)實(shí)驗(yàn)操作演示過(guò)程進(jìn)行實(shí)錄如圖9所示。拍攝實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，多采用近景，需將具體的操作拍攝清楚，如圖10所示。出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)圖像時(shí)，就需要特寫(xiě)，如圖11所示。保持鏡頭固定，確保不會(huì)發(fā)生晃動(dòng)和畫(huà)像不會(huì)模糊，從而保證視頻的質(zhì)量。

圖9 手機(jī)拍攝實(shí)驗(yàn)

圖10 近景拍攝

圖11 實(shí)驗(yàn)圖像特寫(xiě)

3.2 視頻剪輯

為了呈現(xiàn)更好的視頻效果，需要對(duì)拍攝后得到的多段視頻進(jìn)行剪輯，本文采用“剪映”作為主要剪輯工具。該軟件是一款具有完整編輯功能的移動(dòng)視頻編輯工具，支持視頻變速和文本編輯，操作簡(jiǎn)單，功能多樣，可用于移動(dòng)終端，iPad 終端，Mac 電腦，Windows 電腦。

在視頻編輯時(shí)對(duì)采集到的實(shí)驗(yàn)視頻素材進(jìn)行合理的取舍，首先剪去視頻中不理想的片段，同時(shí)剩下的實(shí)驗(yàn)視頻拼接流暢無(wú)卡點(diǎn)。本次視頻剪輯使用剪映的過(guò)程如下：開(kāi)始創(chuàng)作→選中視頻→點(diǎn)擊剪輯→點(diǎn)擊切割→選中片段→刪除，就可以剪去不理想的片段，如圖12 所示。錄屏的視頻也使用這樣的方法進(jìn)行剪輯。如果需要的視頻片段時(shí)長(zhǎng)不足或者時(shí)長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)但是又很重要，可以選中該視頻片段，點(diǎn)擊變速，選擇倍速，就可以改變視頻播放的速度，達(dá)到改變時(shí)長(zhǎng)的目的。為了實(shí)驗(yàn)視頻更美觀，在每個(gè)實(shí)驗(yàn)前加入轉(zhuǎn)場(chǎng)效果，同時(shí)加入圖片，標(biāo)記實(shí)驗(yàn)開(kāi)始。

圖12 視頻剪輯過(guò)程

其次，為每個(gè)視頻配音。按照腳本設(shè)計(jì)的語(yǔ)言，在剪映中操作如下：點(diǎn)擊音頻→選擇錄音→按中錄音。

為了更方便學(xué)習(xí)，可以為視頻添加字幕，操作如下：首先點(diǎn)擊文本，在文本中選擇識(shí)別字幕，勾選開(kāi)始識(shí)別，該軟件就會(huì)開(kāi)始識(shí)別語(yǔ)音，自動(dòng)添加字幕，這時(shí)拖動(dòng)識(shí)別出來(lái)的任一文本框，就能改變整個(gè)視頻所有的字幕位置。觀看視頻，找出字幕中的錯(cuò)別字，再次點(diǎn)擊識(shí)別出來(lái)的字幕，選擇批量修改，就能進(jìn)行更改，如圖13 所示。

圖13 視頻字幕

最后將每個(gè)視頻都導(dǎo)出，重新點(diǎn)擊開(kāi)始創(chuàng)作，選中第一個(gè)視頻，然后按照順序加入視頻，合成一個(gè)完整的微課視頻，導(dǎo)出完整的視頻。

4 結(jié)論

本文以大學(xué)物理光學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之一的“邁克爾遜干涉儀實(shí)驗(yàn)”為例，從實(shí)驗(yàn)分析、微課設(shè)計(jì)、微課制作三個(gè)環(huán)節(jié)詳細(xì)介紹了該實(shí)驗(yàn)的微課制作流程。隨著科技的發(fā)展，微課將在教育領(lǐng)域中占有越來(lái)越重要的地位，教師學(xué)習(xí)微課制作，能夠促進(jìn)教師個(gè)人專業(yè)發(fā)展，而制作出的微課則提供了一種新的教學(xué)方法，提高了教學(xué)效率，滿足了學(xué)生對(duì)知識(shí)的需求。