基于混合式教學(xué)模式的大學(xué)物理教學(xué)設(shè)計(jì)
——以“感生電動勢”教學(xué)設(shè)計(jì)為例

李小芳 張旭玲 賈冬梅 劉慧豐

(山西晉中理工學(xué)院通識教育學(xué)院 山西 晉中 030600)

大學(xué)物理是理工科非物理專業(yè)學(xué)生的一門公共必修課，在傳統(tǒng)的教學(xué)中，都是“以教師為中心，以教材為依據(jù)，以課堂為渠道”，針對這些問題，本節(jié)課以學(xué)生為中心，采用了“線上+線下”的混合式教學(xué)模式.課前，學(xué)生在線上根據(jù)預(yù)習(xí)清單及視頻進(jìn)行預(yù)習(xí)及自測；課中，教師一方面采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)演示，一方面充分利用各種現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)手段，使用圖片、動畫、視頻等各類教學(xué)資源，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析推導(dǎo).在加深學(xué)生對概念、原理的理解后，積極聯(lián)系實(shí)際，將枯燥的理論知識轉(zhuǎn)化為生活中常見的實(shí)例，增加課程的趣味性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升課堂教學(xué)效果；課后學(xué)生完成拓展及課后思考等.課程中融入課程思政元素，在傳授知識的同時，幫助學(xué)生樹立正確的價值觀；加入學(xué)科前沿內(nèi)容及物理原理在工程技術(shù)中的最新突破，挖掘課程深度；借助學(xué)習(xí)通智慧課堂功能，豐富課堂教學(xué)，記錄學(xué)生學(xué)習(xí)過程并及時反饋.

1 教學(xué)背景分析

1.1 教學(xué)任務(wù)分析

參考教材:《物理學(xué)》(馬文蔚，高等教育出版社，第六版).

授課內(nèi)容：第八章第2節(jié)“感生電動勢”.

授課對象：本科一年級第二學(xué)期非物理專業(yè)學(xué)生.

授課學(xué)時：45 min.

1.2 先修課程分析

“感生電動勢”是《大學(xué)物理》電磁感應(yīng)部分的內(nèi)容[1].學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容之前，已經(jīng)掌握了電磁感應(yīng)定律及動生電動勢的內(nèi)容，因此具備學(xué)習(xí)本課的基礎(chǔ)知識.

1.3 授課學(xué)生分析

由于高中物理采用模塊學(xué)習(xí)的方式，且各地高考改革使得不同省份的學(xué)生所學(xué)習(xí)的物理內(nèi)容不同，學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊.部分學(xué)生對所學(xué)知識沒有一個系統(tǒng)的認(rèn)識，而且微積分基礎(chǔ)薄弱、學(xué)習(xí)主動性不強(qiáng)，對物理有畏難情緒，但好奇心強(qiáng)、思維活躍，對實(shí)用性內(nèi)容更感興趣.

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識目標(biāo)

(1)理解感生電動勢的產(chǎn)生機(jī)制；

(2)理解麥克斯韋感生電場的假設(shè)；

(3)會計(jì)算回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢；

(4)理解渦流的物理效應(yīng).

2.2 能力目標(biāo)

(1)能獨(dú)立獲取知識并與同伴進(jìn)行交流協(xié)作；

(2)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法；

(3)能從物理實(shí)驗(yàn)中探究物理規(guī)律；

(4)能運(yùn)用感生電動勢及渦流的知識分析并解決實(shí)際問題.

2.3 素質(zhì)目標(biāo)

(1)有將物理知識應(yīng)用于生活和生產(chǎn)實(shí)踐的意識及創(chuàng)新意識；

(2)培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度及團(tuán)結(jié)合作的團(tuán)隊(duì)精神；

(3)通過“課堂思政”的教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生民族自信和愛國主義，激發(fā)學(xué)生為民族學(xué)習(xí)的熱情.

2.4 教學(xué)重難點(diǎn)

(1)教學(xué)重點(diǎn)

感生電動勢的計(jì)算；感生電場的性質(zhì)；渦流的物理效應(yīng)及應(yīng)用.

(2)教學(xué)難點(diǎn)

感生電場的理解；運(yùn)用感生電動勢及渦流的知識解釋實(shí)際問題.

3 教學(xué)資源設(shè)計(jì)

教學(xué)資源設(shè)計(jì)如表1所示.

表1 教學(xué)資源設(shè)計(jì)

4 教學(xué)手段與方法

將傳統(tǒng)與信息化手段相結(jié)合,進(jìn)行線上線下混合式教學(xué).利用傳統(tǒng)板書展示課程主線及復(fù)雜推導(dǎo)，使用PPT播放視頻、圖片、動畫等使課程可視化；利用學(xué)習(xí)通等信息化手段可以加強(qiáng)師生之間的互動.教學(xué)過程中采用多種教學(xué)方法，如自主學(xué)習(xí)法、啟發(fā)式教學(xué)法、討論法、直觀演示法.每堂課采用的教學(xué)方法并不一定相同，因此教無定法，貴在有法，多法并存.

5 教學(xué)過程設(shè)計(jì)

5.1 教學(xué)流程圖

教學(xué)流程圖如圖1所示.

圖1 教學(xué)流程圖

5.2 教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

5.2.1 課前預(yù)習(xí)及評估

課前教師發(fā)布預(yù)習(xí)清單,自學(xué)知識點(diǎn)小視頻,預(yù)習(xí)測試，學(xué)生進(jìn)行自學(xué)及自測.

設(shè)計(jì)意圖：線上線下相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立獲取知識的能力；通過測試及問卷，確定教學(xué)起點(diǎn)，進(jìn)行有針對性的教學(xué)設(shè)計(jì)[2～4].

5.2.2 新課導(dǎo)入

如圖2所示，在一卷導(dǎo)線上焊接一個燈泡，構(gòu)成一個閉合回路，將其放在工作的電磁爐上之后，燈泡變亮，教師提出問題：“這個閉合回路中沒有電源，為什么放在電磁爐上燈泡可以發(fā)亮？”

設(shè)計(jì)意圖：通過演示實(shí)驗(yàn)，提出問題，引發(fā)學(xué)生思考，進(jìn)而引出本節(jié)內(nèi)容.

圖2 無電源閉合回路中的燈泡放在電磁爐上變亮

5.2.3 新課教學(xué)

教師講解：根據(jù)引起磁通量變化的原因，將電動勢分為兩大類，動生電動勢和感生電動勢，并回顧動生電動勢及其產(chǎn)生機(jī)制.向?qū)W生提出問題：“感生電動勢的非靜電力的來源？”利用愛因斯坦的“當(dāng)現(xiàn)有的理論無法解釋一個現(xiàn)象時就需要提出新的理論.”及牛頓的“沒有大膽的猜測就做不出偉大的發(fā)現(xiàn)”這兩句名言引出感生電動勢的非靜電力來源為麥克斯韋假設(shè)的渦旋電場力，從而得出感生電動勢，并用類比法引導(dǎo)學(xué)生答出感生電場的性質(zhì).

設(shè)計(jì)意圖：名言的引用，可以拓寬學(xué)生的知識面，也可以使課堂銜接得更流暢.類比法的使用可以鍛煉學(xué)生由此及彼的思維.

5.2.4 學(xué)以致用引入課程思政及前沿知識

向?qū)W生介紹電磁爐的基本構(gòu)造，引導(dǎo)學(xué)生利用感生電動勢的知識回答“沒有電源的燈泡放在電磁爐上會亮”的原因.

如圖3所示，請擁有無線充電手機(jī)的學(xué)生現(xiàn)場給大家演示無線充電的現(xiàn)象，教師向?qū)W生提問手機(jī)無線充電的原理.教師提示學(xué)生無線充電原理與沒有電源的燈泡發(fā)亮是一樣的，從而引出無線充電原理.如圖4所示，請學(xué)生演示手機(jī)給手機(jī)充電，即反向無線充電，進(jìn)而向?qū)W生介紹我們國家的華為手機(jī)是第一個使用反向無線充電技術(shù)的品牌.

圖3 手機(jī)無線充電

圖4 手機(jī)反向無線充電

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)以致用環(huán)節(jié)前后呼應(yīng)；加入手機(jī)無線充電等學(xué)科前沿內(nèi)容，挖掘課程深度；通過介紹華為手機(jī)是第一個使用反向無線充電技術(shù)的手機(jī)品牌，從而對學(xué)生進(jìn)行科技報(bào)國教育，激發(fā)學(xué)生的愛國之心.

5.2.5 渦流及其物理效應(yīng)的應(yīng)用

如圖5所示，通過演示渦流物理效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，并讓學(xué)生觀察和親自體驗(yàn)，得到錫箔紙放在電磁爐上會懸浮及發(fā)熱的結(jié)論，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生得出渦流的主要物理效應(yīng)，即熱效應(yīng)和力效應(yīng).

圖5 演示渦流物理效應(yīng)

5.2.6 分組討論

學(xué)生4人一組討論：“為什么錫箔紙放在電磁爐上會懸浮及發(fā)熱”.

討論結(jié)束后，學(xué)生將答案提交至學(xué)習(xí)通，學(xué)生查看所有組答案，選出最優(yōu)答案組，并對所有組進(jìn)行評價，課后對組內(nèi)成員進(jìn)行評價及自評.

教師總結(jié)討論內(nèi)容并介紹熱效應(yīng)和力效應(yīng)的應(yīng)用，即電磁爐加熱原理、電磁感應(yīng)加熱及電磁阻尼.

設(shè)計(jì)意圖：分組討論可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識和集體榮譽(yù)感；評價時，注重過程性考核，評價方式多樣化.渦流應(yīng)用的講解不僅可以加深學(xué)生對渦流物理效應(yīng)的理解，而且可以提高學(xué)生將物理知識應(yīng)用到實(shí)際的能力.

5.2.7 作業(yè)布置

利用學(xué)習(xí)通進(jìn)行作業(yè)布置.

(1)拓展應(yīng)用：電子感應(yīng)加速器,微信公眾號相關(guān)文章.

(2)課后思考：實(shí)現(xiàn)手機(jī)無線充電的其他原理及如何提高充電效率.

(3)在線測試題.

設(shè)計(jì)意圖：利用微信公眾號等多平臺和渠道了解物理原理在工程技術(shù)中的最新突破，拓展物理課的廣度；課后思考促使學(xué)生了解學(xué)科前沿進(jìn)展，并通過問題來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情.

5.2.8 課堂小結(jié)

如圖6所示，利用思維導(dǎo)圖總結(jié)本節(jié)課知識點(diǎn).

圖6 課堂小結(jié)

設(shè)計(jì)意圖：總結(jié)本節(jié)課的知識點(diǎn)，使知識體系化，使用思維導(dǎo)圖可以使知識點(diǎn)之間的關(guān)系一目了然.

5.2.9 課后答疑

采用討論區(qū)進(jìn)行答疑，學(xué)生先在討論區(qū)發(fā)布問題，隨后轉(zhuǎn)發(fā)至班級群，班級內(nèi)其他同學(xué)先進(jìn)行解答回復(fù)，教師最后進(jìn)行總結(jié).

設(shè)計(jì)意圖：討論區(qū)答疑可以提高學(xué)生的自主參與性.

6 學(xué)習(xí)評價

將過程性考核與終結(jié)性考核相結(jié)合，注重過程評價.本節(jié)課由3部分成績評價，分別為課前預(yù)習(xí)(30%)、課堂活動(40%)及課后思考、拓展(30%)，課堂活動主要包括活躍課堂氣氛，回答問題，搶答，小組討論等.信息化平臺可以實(shí)時記錄學(xué)生的平時成績，便于學(xué)生及時查看自己平時成績并及時查漏補(bǔ)缺.

7 教學(xué)反思

7.1 合理優(yōu)化課程內(nèi)容 注重課程育人

整合線上線下資源，對課程內(nèi)容進(jìn)行合理優(yōu)化.利用線上資源對內(nèi)容刪繁就簡，刪掉一些繁雜的推導(dǎo)、難題、怪題，就有更多的時間來加入思政內(nèi)容.課程中拓展一些前沿內(nèi)容，加入有深度和廣度的物理事例，從而培養(yǎng)學(xué)生的高階能力.

7.2 將傳統(tǒng)與信息化手段相結(jié)合

信息化手段的引入，使得教室不再是唯一獲取知識的途徑，并且可以活躍課堂氣氛，調(diào)動學(xué)生積極性，提升教學(xué)質(zhì)量.

7.3 過程性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合

為了促進(jìn)學(xué)生進(jìn)步，采用多樣化的測評方式.分組討論中，除了教師評價，還包括組間互評、組內(nèi)互評、自評.利用智能化平臺可以及時記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，并且給予反饋.