關于轉動慣量的兩種教具的微課制作方法

韋金明 韋艷

摘要：物理實驗往往操作難度大、實驗原理復雜，或者有些實驗由于具有危險性等原因，無法讓學生動手操作，而微課可以有效規避這方面的問題。文章主要通過關于轉動慣量的兩個實驗裝置——兩個怪球和兩個怪輪進行微課創作設計，對原有的教具進行改進，旨在提高物理課堂教學質量。

關鍵詞：轉動慣量；微課制作；教具；翻轉課堂

微課主要是圍繞著某個知識點、某個教學環節或者某個教學案例，經過精心的教學設計，形成短小精悍的內容，并在線播放，使得學生可以更加專注地去學習某個知識點。轉動慣量在經典力學中也被稱為轉動慣性，是剛體在繞軸上轉動時慣性的量度，轉動慣量在物理學中用字母I表示。轉動慣量對物理學有著重要的意義，在工程技術、航天事業、機械工程等領域也是一個重要參量。對學生來說，轉動慣量的知識點比較難理解，此類趣味教具在國內尚未有系統的研究，在教學活動中較少運用，如果教師能結合微課和一些比較直觀的教具演示，能幫助學生進行深入學習。

一、旋轉運動

根據剛體的轉動定理，物體在做旋轉運動時，它的力矩等于其轉動慣量與角加速度的乘積。物體動能等于物體的質量與它的速度的平方的乘積的二分之一。這里的速度指的是線速度，它等于物體的角速度與半徑的乘積，物體的質量等于轉動慣量除以半徑的平方，代入上面的動能表達式并簡化之，可得物體動能等于物體的轉動慣量與它的角速度的平方的乘積的二分之一。由此得出結論：轉動慣量越大，動能越大。換句話說，轉動慣量越大，需要改變物體當前轉動慣性的動能越大。轉動慣量越大，其轉動狀態越不容易改變。這就是剛體轉動的相關知識。

兩個怪球和兩個怪輪就是根據以上知識制作而成的。對于兩個怪球（質量相同、大小相同的兩個籃球），寬軌道的籃球比窄軌道的籃球下陷得深，回轉半徑大，所以放在寬軌道上的籃球比放在窄軌道上的籃球轉動慣量大，其轉動狀態越不容易改變，故它在鐵架斜坡寬軌道上滾動下來的速度就慢，而放在窄軌道上的籃球回轉半徑小，它的轉動慣量小，其轉動狀態比較容易改變，故它在鐵架斜坡窄軌道上滾動下來的速度就快。

對于兩個怪輪，它們的質量、體積都相同，每個輪子上都打有半徑相同的6個孔，但是孔的位置分布不一樣，輪子的質量分布不同，6個孔離中心軸近的那個輪回轉半徑大，它的轉動慣量大，而轉動慣量越大就越難改變當前的運動狀態，故它在鐵架斜坡軌道上滾動下來的速度就慢，而6個孔離中心軸遠的那個輪回轉半徑小，它的轉動慣量小，而轉動慣量越小就越容易改變當前的運動狀態，故它在鐵架斜坡軌道上滾動下來的速度就快。

對學生來說，以上知識點比較難理解，因此教師借助微課講授這些知識點顯得非常重要。下面，筆者就關于轉動慣量的兩種教具的微課制作方法展開詳細的介紹。

二、微課的設計方法

（一）分析階段

首先，教師要分析學生的特點和研究課題所涉及的知識，然后根據學情分析和教材分析結果，確定教學的重點和難點，將講授的知識點詳細地呈現在微課中。學生雖然在初中就接觸了物理學科知識，但他們的思維仍以形象思維為主，缺乏一定的分析概括能力。

其次，在教學時，教師不僅要重視啟發、引導學生，還要培養學生的分析、概括能力，更要靈活地使用多種教學方法。教師可以通過自制一些教具，利用一些小創作，讓學生產生學習的欲望。轉動慣量是物理知識體系中的重點內容，而兩個怪球、兩個怪輪是轉動慣量的具體應用。在講授轉動慣量時，教師要讓學生通過觀察實驗現象，把抽象的物理概念形象化、具體化。

最后，教師可以制作轉動慣量教具的微課，讓學生自主學習，這樣更容易突破重點和難點。

（二）設計階段

首先，配套課件的設計。教師根據要講解的內容來設計課件，因為兩個怪球和兩個怪輪是兩個不同的教具，所以要設計兩份課件。教師要設計開頭部分的簡介，包括作品名稱和制作人等。在介紹教具環節，教師可以通過在教具圖片上加圖標的方式來體現需要對比的情況。最重要的是，要制作關于教具原理的演示文稿，公式的輸入要正確，字體要清晰，版面不能太過于密密麻麻。

其次，微課腳本的撰寫。教師要針對所選的題目、內容，準備好微課的腳本。教師撰寫微課腳本時要寫清楚解說詞、鏡頭類型、畫面要求三部分，還要特別注意解說詞字數要符合微課時長。

第一步，新課導入。知識點的導入可以有多種方式，教師可以用對話形式導入，可以使用上一個知識點遺留問題進行導入，也可以直接點出知識點進行導入。本微課采用直接點出知識點進行導入。

第二步，新課講授。導入知識點后，教師可以講授轉動慣量的概念、轉動定理和轉動動能等剛體轉動的相關知識，使學生了解剛體轉動的主要知識。

第三步，舉例講解。教師通過兩個怪球和兩個怪輪趣味物理實驗案例，配以淺顯易懂的解說詞，突出重點，突破難點，將難懂的地方用趣味性很強的實驗現象展示出來。

第四步，總結與反思。教師在課程中加入總結與反思環節，加深學生對剛體轉動相關知識的認識，鞏固所學知識點。

（三）開發階段

在微課錄制階段，教師要做好教具、演示文稿，并準備好解說稿，然后進行視頻的拍攝和剪輯。教師先拍攝教具的結構，用尺子測量整個教具的長、寬、高，再對一些比較重要的部分進行特寫拍攝。例如，兩個怪輪裝置的兩個軌道的寬度一樣，但質量、體積一樣的輪子在軌道上同時滾下時速度卻不同。這些就需要教師在介紹裝置時進行特寫拍攝，目的是增強輪子在兩個軌道上運動時的情況對比。

在拍攝教具的演示過程時，當兩個輪子或者籃球同時從同一高度沿著各自的軌道滾下，總會有其中一個輪子或者籃球滾下的速度較快，這時就需要教師用一部手機進行整體拍攝，另一部手機進行特寫拍攝，方便后期剪輯時有多種素材可用。在錄制過程中，教師要注意語言和禮儀，如語言要有親和力，語速適中且吐字清晰，不要出現不文明用語。同時，在操作過程中，教師應注意動作要干脆利落，不要有多余的動作，避免分散學生的注意力。

三、轉動慣量教具微課的制作過程

（一）微課剪輯軟件的選取

現在大眾熟知的剪輯軟件有很多，如Pr、AE、EasiestSofr Movie Editor、會聲會影等，它們各有優點，Pr、AE、會聲會影需要具有一定的剪輯基本功才容易上手。本次微課的制作中，筆者使用的是EasiestSofr Movie Editor，它的功能比較齊全，視頻的剪輯、切割、背景音樂的插入等都可以做到。相對于Pr和AE來說，它更適合初學者。

（二）素材的準備

對轉動慣量系列的微課視頻，筆者制作了兩個不同的教具，分別是兩個怪球和兩個怪輪。筆者先做好兩個教具，再用手機錄制怪球、怪輪的演示和結構介紹視頻。在每個微課的開頭，筆者先向學生介紹兩個怪球、兩個怪輪的基本結構，然后播放錄制好的怪球或怪輪的演示視頻，再通過結合演示文稿錄屏的方式講解它們各自的原理。

（三）后期的加工

筆者用鼠標點擊“EasiestSofr Movie Editor”，打開EasiestSofr Movie Editor，然后將拍攝的視頻拖入軟件，并在軟件中自由選擇時間點，部分刪除或保留時間點內的視頻。這時，筆者刪除視頻中的多余部分，留下需要的部分。剪輯最基礎的操作就是剪切視頻。在剪去素材時，筆者在需要剪切部分的開始處，先用鼠標點擊“開始標記”，然后在需要剪切部分的結尾處，點擊“結束標記”。在標記時，如果時間點不夠準確，筆者會設定時間點再剪切，這樣就精確了。剪輯步驟結束之后，筆者將視頻輸出，并在輸出設置中，點擊“不輸出音頻”，這時即可實現去除原視頻聲音。

另外，筆者在點擊軟件操作界面中“播放選取”按鈕就可以只播放選取標記部分的內容，并在剪輯時重復觀看需要剪切的內容。當所有的素材剪輯完畢后，筆者再在“合并”工具中添加相應的視頻，在軟件操作界面箭頭處調整視頻的順序。當給視頻加字幕時，筆者用鼠標點擊“輸入字母”按鈕，再調整字母的大小和位置。最后，輸出視頻時，筆者在輸出設置中，調整視頻的格式、大小、比特率等，再利用鼠標點擊“開始”按鈕，最終導出視頻。

四、教學應用建議

（一）微課在物理教學中的應用

首先，微課多以生活為例，創造真實的生活情境，用熟悉的生活拉近學生與物理的距離，讓學生感受物理的奇妙，激發學生的學習興趣。

其次，初中學生的空間邏輯思維能力尚有欠缺，在教學中，教師可以充分利用微課，展示學生喜歡的圖片、音樂、視頻，以此方式呈現教學信息，幫助學生突破時間和空間的限制，在腦海中構建物理模型。

再次，現代化的課堂提倡教師主導、學生主體，微課可以滿足不同學生的不同學習需求，適用于大部分學生。

最后，與傳統課堂相比，微課可以控制播放速度，也可以重復播放，便于學生對疑點和難點重復學習。

翻轉課堂是指重新調整課內和課外的學習時間，讓學生掌握學習的決定權。這種新的教學模式要求學生在課上更專注、更主動地學習項目內容，從而獲得更深層次的理解。要想讓學生高質量地完成課前自主學習，教師必須為學生搭建好自主學習的平臺。微課制作是翻轉課堂的前提，微課既可以滿足學生的課前預習需要，又可以滿足學生課后復習的需要，幫助學生隨時隨地學習。

（二）實驗加微課在教學中的效果分析

以大學物理中的轉動慣量為例，相較于初高中的教學來說，大學教師講課速度更快，側重介紹一些理論知識，然而大學的學習內容更為深奧，基礎薄弱的學生只是聽一些理論介紹，可能沒辦法及時理解轉動慣量這一知識點。這時，如果教師在教學理論知識的基礎上，將微課用于課堂教學中，播放一個有教具、有實驗、有演示的轉動慣量的微課視頻，將普通的課堂轉化為趣味物理實驗課堂，能幫助學生更快、更好地理解物理原理，激發學生的學習興趣。

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基金項目：2018年廣西高等教育教改工程項目，項目編號：2018JGB338。

（作者單位：廣西民族師范學院）