孫小廣

(廣州城市理工學(xué)院 廣東 廣州 510800)

自2019年12月新冠疫情爆發(fā)以來，全球各國(guó)學(xué)校都實(shí)行線上網(wǎng)課，有效防止了疫情擴(kuò)散蔓延．同時(shí)傳統(tǒng)線下單一式教學(xué)模式瓶頸愈發(fā)凸顯[1,2]，伴隨信息技術(shù)的飛速發(fā)展，線上線下結(jié)合的混合式教學(xué)模式快速建立起來[3]．本文以大學(xué)物理課程中的電磁感應(yīng)為例，探索基于超星學(xué)習(xí)通為平臺(tái)的混合式教學(xué)[4]．

1 教學(xué)目標(biāo)

物理學(xué)是揭示物質(zhì)產(chǎn)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)化及其相互作用等方面規(guī)律的一門基礎(chǔ)前沿發(fā)展性學(xué)科，是自然科學(xué)交叉發(fā)展的核心和人類現(xiàn)代文明的基石[5]．物理學(xué)的每一個(gè)重大進(jìn)展都推動(dòng)了人類社會(huì)的巨大進(jìn)步，對(duì)人類生活產(chǎn)生了不可估量的影響．物理學(xué)的基本理論滲透于自然科學(xué)的一切領(lǐng)域，應(yīng)用于生產(chǎn)技術(shù)的各個(gè)部門，是許多領(lǐng)域和工程技術(shù)的基礎(chǔ)．教育部將大學(xué)物理學(xué)作為高校理工科非物理專業(yè)的一門必修課，越來越加大重視比例．隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)高校大學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、分析解決問題的能力提出新的要求，對(duì)大學(xué)物理學(xué)的教學(xué)也提出了新的挑戰(zhàn)．根據(jù)人才培養(yǎng)方案對(duì)大學(xué)物理課程的要求，將教學(xué)目標(biāo)分為知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和價(jià)值目標(biāo)．

1.1 知識(shí)目標(biāo)

理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象；掌握感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的概念；理解產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，會(huì)判斷感應(yīng)電流的有無；會(huì)判斷感應(yīng)電流的方向，會(huì)根據(jù)楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向；掌握電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用，會(huì)用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．

1.2 能力目標(biāo)

培養(yǎng)分析復(fù)雜問題的理性思維能力；提高改造物質(zhì)世界的批判及創(chuàng)新能力；提高自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)能力．通過學(xué)習(xí)法拉第電磁感應(yīng)現(xiàn)象和定律，促進(jìn)養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)素養(yǎng)，形成精益求精的工匠精神，提高實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作能力．

1.3 價(jià)值目標(biāo)

通過物理背后的哲學(xué)原理培養(yǎng)科學(xué)思想，激發(fā)學(xué)生的好奇心，培養(yǎng)開放的科學(xué)眼光及在科技創(chuàng)新中精益求精的追求，培養(yǎng)對(duì)物質(zhì)世界的科學(xué)認(rèn)知，形成理論聯(lián)系實(shí)際、學(xué)以致用的意識(shí)．通過近代中國(guó)老一輩物理學(xué)家錢學(xué)森、鄧稼先、錢三強(qiáng)等為國(guó)貢獻(xiàn)事跡，激勵(lì)學(xué)生努力奮斗，探索求真，勇往直前，為科學(xué)堅(jiān)持不懈的奉獻(xiàn)精神；樹立科技自強(qiáng)的信念，培養(yǎng)民族自豪感和使命感；使學(xué)生意識(shí)到科技強(qiáng)國(guó)在實(shí)現(xiàn)民族偉大復(fù)興的重要作用，從而踐行社會(huì)主義核心價(jià)值觀，把個(gè)人的奮斗和祖國(guó)偉大復(fù)興緊密融合，為祖國(guó)為人民作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)．

2 教學(xué)準(zhǔn)備

2.1 課前預(yù)習(xí)

教師課前在超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)發(fā)布開放電磁感應(yīng)內(nèi)容的教學(xué)微視頻、文檔課件、課前小測(cè)等任務(wù)點(diǎn)(圖1為課前任務(wù)點(diǎn)百分占比)，讓學(xué)生通過提前學(xué)習(xí)和測(cè)試，掌握電磁感應(yīng)現(xiàn)象，理解并初步掌握應(yīng)用電磁感應(yīng)定律．

圖1 課前任務(wù)點(diǎn)百分占比

2.2 課前討論

教師在線下教室上課前，根據(jù)學(xué)生課前測(cè)試完成情況(圖2為學(xué)生課前測(cè)試正確率百分比)，分析學(xué)生對(duì)于電磁感應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的掌握度．把學(xué)生分組，每組學(xué)生討論分析各自的錯(cuò)題，指出電磁感應(yīng)這一節(jié)內(nèi)容重難點(diǎn)，進(jìn)一步加深理解應(yīng)用電磁感應(yīng)定律．

圖2 課前測(cè)試正確率(百分比)

2.3 課前分組任務(wù)

教師在上課前發(fā)布分組任務(wù)(PBL)，學(xué)生分組做思維導(dǎo)圖(圖3為某組學(xué)生思維導(dǎo)圖)，對(duì)“電磁感應(yīng)”一章的內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)，提前了解本章內(nèi)容的知識(shí)框架，劃分重、難點(diǎn)，對(duì)本章的知識(shí)點(diǎn)做到“心中有數(shù)”．

圖3 思維導(dǎo)圖

3 教學(xué)具體內(nèi)容實(shí)施

3.1 知識(shí)點(diǎn)講授一：電磁感應(yīng)現(xiàn)象

學(xué)習(xí)通主題討論一：什么是電磁感應(yīng)現(xiàn)象？感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是什么？

講解：1820年丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電生磁即電流的磁效應(yīng)后，人們就開始了其逆效應(yīng)的研究：磁場(chǎng)是否也能產(chǎn)生電流呢？帶著這個(gè)問題，英國(guó)物理學(xué)家法拉第經(jīng)過10年不懈的努力，終于在1831年觀察到了電磁感應(yīng)現(xiàn)象：當(dāng)穿過一個(gè)閉合導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，在導(dǎo)體回路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流．產(chǎn)生感應(yīng)電流的方式大致有兩類：一類是閉合的電路靜止不動(dòng)，而電路周邊的磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化；另一類實(shí)驗(yàn)是磁鐵靜止不動(dòng)(磁場(chǎng)分布恒定不變)，而閉合電路的一部分導(dǎo)線在磁場(chǎng)中做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)．此兩類歸結(jié)為感應(yīng)電路產(chǎn)生的條件是閉合回路中的磁通量發(fā)生變化．

學(xué)習(xí)通發(fā)布隨堂練習(xí)1：

一閉合圓形線圈在均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，在下列幾種情況中哪種會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流( )

A.線圈沿磁場(chǎng)方向平移

B.線圈沿垂直磁場(chǎng)方向平移

C.線圈以自身的直徑為軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軸與磁場(chǎng)方向平行

D.線圈以自身的直徑為軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軸與磁場(chǎng)方向垂直

3.2 知識(shí)點(diǎn)講授二：楞次定律

學(xué)習(xí)通主題討論二：感應(yīng)電流的方向和哪些因素有關(guān)？怎樣判斷感應(yīng)電流的方向？

講解：一方面感應(yīng)電流的方向與磁場(chǎng)的方向有關(guān)，另一方面與導(dǎo)體切割磁感線的方向有關(guān)．愛沙尼亞國(guó)物理學(xué)家楞次提出了楞次定律，即在閉合回路中，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)總是要阻礙磁通量的變化．

學(xué)習(xí)通發(fā)布隨堂練習(xí)2：

一根無限長(zhǎng)平行直導(dǎo)線載有電流I，一矩形線圈位于導(dǎo)線平面內(nèi)沿垂直于載流導(dǎo)線方向以恒定速率運(yùn)動(dòng)，如圖4所示，則( )

圖4 導(dǎo)線框勻速平動(dòng)

A.線圈中無感應(yīng)電流

B.線圈中感應(yīng)電流為順時(shí)針方向

C.線圈中感應(yīng)電流為逆時(shí)針方向

D.線圈中感應(yīng)電流方向無法確定

學(xué)習(xí)通發(fā)布隨堂練習(xí)3：

如圖5所示，導(dǎo)線回路L的形狀不變，而其位置正在發(fā)生移動(dòng)．判斷感應(yīng)電流繞行方向相同的組別是( )

圖5 導(dǎo)線框運(yùn)動(dòng)

A.(a) (b) B.(b) (c)

C.(b) (c) (d) D.(a)(b) (c) (d)

3.3 知識(shí)點(diǎn)講授三：法拉第電磁感應(yīng)定律

學(xué)習(xí)通主題討論三：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與哪些因素有關(guān)？其數(shù)學(xué)表達(dá)式是什么？

講解:法拉第經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量的變化快慢成正比，即磁通量的變化率，用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為

即磁通量對(duì)時(shí)間t的導(dǎo)函數(shù)，負(fù)號(hào)表示阻礙磁通量的變化．法拉第電磁感應(yīng)定律表明，計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，首先要計(jì)算磁通量，再求磁通量對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)即可．磁通量的計(jì)算用公式B·dS=0來計(jì)算．

學(xué)習(xí)通發(fā)布隨堂練習(xí)4:

一長(zhǎng)直導(dǎo)線通以電流i=I0sinωt，旁邊有一個(gè)共面的矩形線圈abcd．如圖6所示，求：線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．

圖6 矩形線圈abcd

學(xué)習(xí)通發(fā)布隨堂練習(xí)5:

在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,如圖7所示置有面積為S的可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的N匝線圈，若線圈以角速度ω做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)， 求線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．

圖7 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)

4 教學(xué)成效

4.1 學(xué)情統(tǒng)計(jì)

此線上線下混合式教學(xué)模式體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的教學(xué)思想，增強(qiáng)了師生的互動(dòng)性，活躍了課堂氣氛，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，取得了明顯的教學(xué)成效．從學(xué)習(xí)通平臺(tái)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，教學(xué)預(yù)警人數(shù)明顯減少，平均綜合成績(jī)明顯提高．圖8是學(xué)習(xí)通學(xué)生綜合成績(jī)統(tǒng)計(jì).

圖8 學(xué)習(xí)通學(xué)生綜合成績(jī)統(tǒng)計(jì)

4.2 教學(xué)改進(jìn)

從學(xué)習(xí)通平臺(tái)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，學(xué)生對(duì)任務(wù)點(diǎn)的提交數(shù)普遍還是低于教師的發(fā)布數(shù)，圖9為發(fā)布數(shù)、提交數(shù)與批閱數(shù)的對(duì)比.

圖9 發(fā)布數(shù)、提交數(shù)與批閱數(shù)對(duì)比

在教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，還需進(jìn)行充足的準(zhǔn)備；豐富教學(xué)設(shè)計(jì)，不斷進(jìn)行教學(xué)反思；同時(shí)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行督導(dǎo)、督學(xué)．