高中物理微課程的構建與實施①
——以“熱力學定律趣談”為例

蔡千斌

(浙江省溫嶺市新河中學，浙江 臺州 317502)

微課是圍繞某個知識點，以視頻形式展示的簡短、完整的教學活動，主要采用移動學習、碎片化學習的方式進行。微課程是圍繞某個教學主題，由多個微課及其他微課程資源所組成的課程形態(tài)。高中物理微課程的構建與實施是豐富學生學習方式、實現(xiàn)在線學習與混合式學習的重要途徑，能夠滿足新課程改革的需求，筆者以“熱力學定律趣談”為例，探討高中物理微課程的構建與實施策略。

1 高中物理微課程的構建

1.1 高中物理微課程簡介

要構建一個完整的微課程，應從以下三個方面入手。

(1)微課程的價值與意義

“熱力學定律趣談”微課程的價值體現(xiàn)在：通過熱力學定律的運用，促成學生物理學科核心素養(yǎng)的提升。其意義是領悟能量觀念，提高運用熱力學定律解決實際問題的能力。

(2)微課程的特色與使用要求

“熱力學定律趣談”微課程的特色在于將學生置身于真實的情境中，用有趣、鮮活的生活素材與物理學史素材引發(fā)學生的認知沖突，通過問題解決領悟能量觀念，在運用中深刻理解熱力學定律。其使用要求是：觀看微課，查閱資料，完成自主評價，通過物理學習微信群提出自己的困惑與建議。

(3)微課程的必備資源

微課程的5項必備資源為：知識結構圖、微視頻、學習任務單、微練習及答案、綜合試卷及答案等。其中知識結構圖揭示了教學內容之間的邏輯關系，圖1是“熱力學定律趣談”的知識結構圖，“微觀視域下的熵”是“熱力學第二定律”的必要補充，“熱力學視域下的能源觀”是“熱力學定律趣談”微課程的綜合性內容，是促使學生形成能源觀念的重要一環(huán)；微課程一般由多個微視頻組成，每個微視頻通常控制在10分鐘之內；微課程的學習任務單是學習者順利完成自主學習的指引；另外，提供微練習促成學習目標的達成，利用綜合測試卷實現(xiàn)完整的微課程評價。

圖1

1.2 高中物理微課程的構建策略

現(xiàn)從“優(yōu)秀的腳本來源”與“促成物理學科核心素養(yǎng)發(fā)展”兩個角度來探討高中物理微課程的構建策略。

(1)以團隊成果為基礎編寫優(yōu)秀的微課程腳本

腳本的優(yōu)秀程度是高中物理微課程構建質量的重要保障。“熱力學定律趣談”微課程的腳本是在高中物理教師學術團隊編寫《高中熱學》選修教材的基礎上編寫的，選修教材本身就經過了多次的討論和反復的修改，凝聚了學術團隊的智慧結晶，體現(xiàn)了學術成果的特色與創(chuàng)新性。正是有了這樣的腳本來源，才能編寫出優(yōu)秀的微課程腳本，保證教學質量。

(2)設置促成物理觀念形成的問題

圍繞大概念設置有序的問題，促進學生形成物理觀念，如在“熱力學視域下的能源觀”中圍繞能源大概念設置了以下問題：能源與能量的區(qū)別是什么？地球上的能源會耗盡嗎？既然能量守恒，為什么我們還要提倡節(jié)約能源？

(3)設置引發(fā)科學探究的真實情境

在“熱力學第二定律的應用”中，設置真實情境：如圖2所示，一個輕質轉輪的末端安裝著五只彎曲的葉片，這些葉片是用形狀記憶合金制成的。現(xiàn)將其中兩個葉片浸入熱水中，葉片在水中伸展開來，帶動轉輪轉動，離開熱水的葉片會迅速恢復成彎曲的形狀，轉輪能在很長一段時間內不斷地轉動下去。有人說：這個裝置就是一個第二類永動機，它從單一的熱源——熱水中吸收熱量并全部用于做功，使它不斷地轉動。對此，你的意見如何？讓學生通過尋找證據(jù)，利用物理學習微信群解釋、交流，以促進學生科學探究能力的提升。

圖2

(4)引入物理學史，重演科學發(fā)現(xiàn)的關鍵步驟

在“拯救熱力學第一定律”中，引入物理學史中的“能量失竊案”，1914年查德威克發(fā)現(xiàn)：原子核發(fā)生β衰變時放出的電子的能量為連續(xù)譜，這意味著放出的電子可能具有不同的能量。利用該科學史實營造出質疑創(chuàng)新的氛圍，請學生思考：在微觀領域內要不要放棄能量守恒定律？如何解釋這一現(xiàn)象呢？在物理學發(fā)展史上，不同物理學家是怎么思考的？引導學生沿著物理學家們曾經走過的關鍵步驟，經歷質疑創(chuàng)新的過程，提升科學思維能力。

(5)促使學生形成正確的態(tài)度與責任

在“熱力學視域下的能源觀”中提到：燃煤發(fā)電時，釋放出的內能中僅有一部分轉化為有用的電能，大量的內能通過廢氣的排放等散失到周圍的環(huán)境中，人們無法將這些內能重新收集起來加以利用。燃煤發(fā)電過程就是將化學能轉化為電能和內能等的過程，雖然能的總量保持不變，但可供人類使用的能的數(shù)量在不斷“減少”。因此，在生活中要有節(jié)約能源意識，形成科學利用能源的態(tài)度、責任與意識。

2 高中物理微課程的實施

2.1 高中物理微課程實施的要素

2.1.1 學習任務單

為解決“學什么”與“怎么學”的問題，微課程要提供對應的“微課學習任務單”。任務單包含學習指南、學習任務、資源鏈接、學生自主學習后的困惑與建議等，“拯救熱力學第一定律”微課中的學習指南、學習任務如圖3所示。

2.1.2 自主評價

為解決“學到什么程度”的問題，微課程要引導學生進行自主評價。

(1)微練習及答案

為保障微課程中每一節(jié)課的自主學習質量，檢測學習目標達成的程度，筆者針對每一節(jié)都提供了目的明確的微練習及答案。這些微練習的題量不宜過多，一般不超過3個，難度宜適中，能切合學生的學習實際。創(chuàng)設的情境真實、有趣，能引發(fā)學生探究的興趣。例如，在“微觀視域下的熵”一節(jié)中，設置的微練習如下。

練習題1：請判斷下列關于熵的說法是否正確，并說明理由。

① 熵越小表示系統(tǒng)越集中；

② 熵越大表示系統(tǒng)越有序；

③ 從微觀角度來看，熵越小表示出現(xiàn)的概率越小；

④ 自發(fā)的宏觀過程總是向著熵減小的方向進行。

設置目的：讓學生澄清熵概念的內涵。

練習題2：圖4為處于氣、液、固三種狀態(tài)下溫度相同、質量相等的水，請比較這三者的熵的大小關系。

圖4

設計目的：讓學生分析實際問題中熵的大小關系。

(2)綜合試卷及答案

學生在完成學習任務后，可通過自主評價及時反饋學習質量。編制綜合試卷時，一方面要注意完全覆蓋微課程中的主干知識，另一方面要注意與生活緊密結合，讓學生感到所學的微課程與實際生活息息相關，以下為“熱力學定律趣談”的兩個綜合試題。

試題1：在夏天將室內電冰箱的門打開，接通電源，緊閉門窗，能否使室內的溫度降低，為什么?

試題2：一位同學在學了熱力學定律后，提出了下列兩個設想。請你從理論上分析這兩個方案實現(xiàn)的可能性。

① 城市上空的氣溫比周圍環(huán)境要高，人們可以利用這個熱源來進行發(fā)電；

② 想辦法使汽車尾氣中的各類有害氣體自發(fā)地分離，再將干凈的氣體排到空氣中。

2.2 高中物理微課程的實施策略

2.2.1 將微課程有機地融入日常的物理教學中

在新課教學中，將相關的物理學史內容以微視頻的形式在課堂中使用，對應的相關資源讓學生在課后查閱、觀看。在復習教學中，將相關內容的微課直接在課堂中播放，可以提高復習的針對性；在習題教學中，針對疑難問題適時播放微課程中的某個片段，其他相關的微課程內容則讓學生在課外觀看、學習。例如，在能量守恒定律的新課教學中，可以將““熱力學視域下的能源觀”適時、有機地融入進來，讓學生思考：既然能量守恒，為何還要提倡節(jié)約能源？

2.2.2 將微課程適時地推送到物理學習微信群中

在教學實踐中，可將微課程推送到學習微信群，讓學生利用課余時間進行碎片化學習。在實施過程中，需要精選微課程中的適合學生當前學習需求的內容，及時地推送到微信學習群，組織學生開展合作學習，通過微信群交流疑難問題，并在教師的引導下及時地解決問題。

2.2.3 通過網絡平臺積極推廣高中物理微課程

為了提高高中物理微課程的利用率，我們將優(yōu)秀的微課程發(fā)布在浙江省名師網與浙江省微課網上供師生學習。“熱力學定律趣談”微課程以浙江省名師網絡工作室為平臺，通過該工作室的線上、線下教研活動，以講座等形式及時推廣教學團隊建設的高中物理微課程，使研制的微課程得到最大程度的利用與共享。