职业本科《大学物理》（含实...法测定物体转动惯量实验为例_贾丽斯.pdf

第 44 卷 第 1 期 广西物理 GUANGXI PHYSICS Vol.44 No.1 202387职业本科 大学物理（含实验）课程混合式教学以扭摆法测定物体转动惯量实验为例*贾丽斯，梁祚盈，李丽萍（广西农业职业技术大学，广西南宁530007）摘要：职业本科是以培养职业技术型人才为办学目标，注重课本专业知识学习的同时培养学生的专业技能和实践动手能力。物理是研究自然现象与自然规律的一门学科，也是现代高新技术产业的理论基础，大学物理（含实验）课程是高校理工科专业重要的通识性必修基础课程，该课程在培养大学生的科学精神、科学思维、实践动手能力、科技创新能力方面起着基础性的重要作用。本文将混合式教学模式应用于职业本科学生的 大学物理（含实验）课程的培养过程中，详细介绍了扭摆法测定物体转动惯量实验混合式教学过程中的线上线下两个部分的教学内容安排，并取得了较好的教学效果，为实验教学改进提供参考和途径。关键词：职业本科；大学物理实验；混合式教学；转动惯量测量中图分类号：G642；O4-4 文献标识码：A 文章编号：1003-7551(2023)01-0087-040引言随着职业技术学院向职业本科转型，提高职业技术型本科生的理论与实践运用能力成为职教改革的重要内容1-5。大学物理（含实验）是一门通识性专业基础课，对于高校理工科学生的培养质量尤为重要。为此，需要开发适合职教本科的教育教学方法，既让学生了解基本理论，又培养学生的实践能力和开发应用能力。在 大学物理（含实验）课程的教学实践中，采用以物理实验为项目任务驱动的混合式教学方法，先利用微课、预习题库、课件介绍相关的物理理论和实验操作的在线学习，再通过线下动手实践的方式搭建物理实验模型，然后学生测得数据后使用相应的物理理论进行实验数据分析的基于 SPOC 的混合式教学。1大学物理（含实验）课程教学现状图 1基于 SPOC 的混合式教学实施流程收稿日期：2022-12-20*基金项目：2020年度广西高等教育本科教学改革工程立项项目“SPOC背景下的应用型本科 大学物理实验 混合式教学改革探究与实践”（2020JGB442）通讯作者：第 44 卷 第 1 期 广西物理 GUANGXI PHYSICS Vol.44 No.1 202388在物理教育背景下混合教学和 SPOC 具有一定的优势和挑战。传统大学物理（含实验）课程教学主要是课堂教学，教学模式单一，这种教学过程主要是以教师为主导，学生被动接受的填鸭式教学，缺乏自主思考和实践的机会。由于理论与实践脱节，学生对物理知识的理解不够深入。SPOC 的应用在一定程度上丰富了教学，尤其是实验教学内容，学生可以利用学习平台预习实验相关的学习资源，随时随地反复学习。另外，线上课程是提前录制好的标准化内容和高质量的讲课视频，但教育的目的不仅仅是知识的传授，更是思想情感的培育，“教书”和“育人”是不可分割的两面。师生之间还是无法达到课堂上即时的面对面交流的效果，尤其是实验要求较高的课程。近几年我们在大学物理（含实验）课程的教学中就采用了“在线学习+课堂讨论+线下实践”的混合式教学模式，整个教学的具体实施过程如图所示。其中，在线学习在超星平台上进行，课堂讨论设计是以能力培养为目标的教学方法，通过建立知识传授的框架结构和途径，以问题为导向，重新组织教学，以促进学生的能力提升（图）。2扭摆法测定物体转动惯量实验混合式教学设计针对教师的教学提出在混合式教学模式下怎么安排线上线下的教学内容。以扭摆法测定物体转动惯量实验为例，介绍了在该实验的教学设计，并提出教学目标、教学重点和难点、课堂讨论设计，便于学生带着问题、有准备地学习大学物理扭摆法测定物体转动惯量实验。2.1教学目标1.熟悉扭摆的结构及工作原理；2.测定扭摆的扭转常数 K；3.用扭摆测定几种不同形状物体的转动惯量和弹簧的扭转常数，并与理论进行比较；4.测定金属圆筒、塑料圆柱体、木球与金属细杆的转动惯量。并与理论值比较，求百分误差；5.改变滑块在金属细杆上的位置，验证转动惯量平行轴定理。2.2重点难点1.用扭摆测定几种不同形状物体的转动惯量；2.验证转动惯量平行轴定理。2.3在线实验教学的资源在线实验教学的资源包括：微课视频、预习测试题、线上讨论。微课教学的内容主要包括以下两个方面如表 1 所示：转动惯量的基本概念和计算公式；转动惯量实验的器材准备、实验步骤和注意事项。表 1微课教学的主要内容序号微课视频名称视频时长预习测试题库在线讨论题1扭摆法测定物体转动惯量原理8 分 2 秒1 个1 道2扭摆法测定物体转动惯量实验操作视频7 分 4 秒1 个1 道2.4线上预习测试题1.转动惯量测量实验中，采用下列哪种基本实验测量方法（）。A.换测法 B、电磁放大法 C、对称测量法2.转动惯量测量实验中，物体的转动惯量与物体的质量、转轴位置及质量分布（）。A.无关 B、有关 C、不一定3.转动惯量的测量实验中，扭摆仪上只有载物盘时，其摆动周期为 T1，放上待测物体后，摆动周期为 T2，则（）。A.T1T24.转动惯量的测量实验中，同一载物盘在两台扭摆仪上所测得周期分别为 T1 和 T2，且 T1T2，则两扭摆仪的扭转常数 K1 和 K2 的大小关系为（）。A.K1K2B、K1=K2C、K1K25.扭摆法测转动惯量实验中，周期的测量采用的测量方法为（）。A.测量放大法 B、测量宽度展延 C、对称测量法6.转动惯量是物体转动惯性大小的量度，它与、物体质量的分布和有关。第 44 卷 第 1 期 广西物理 GUANGXI PHYSICS Vol.44 No.1 2023897.扭摆法测转动惯量的实验中，最重要的直接测量量是，为提高它的测量准确度，实验采用法。8.（判断题）在扭摆法测转动惯量实验中，水准仪的气泡偏左，说明仪器左边偏高。（）9.在扭摆法测转动惯量实验中，弹簧的扭转常数 K 是固定常数，与摆角无关。（）10.在扭摆法测转动惯量实验中，弹簧的扭转常数K不是固定常数，每次测量选择固定摆角90左右。（）11.在扭摆法测转动惯量实验中，调整遮光杆与光电传感器的位置，使得光电传感器在平衡位置处。（）12.在扭摆法测转动惯量实验中，测量金属圆筒时，需将遮光杆旋紧固定，以防止金属圆筒与载物盘之间发生相对位移。（）13.在扭摆法测转动惯量实验中，调整遮光杆与光电传感器的位置，使得光电传感器在最大摆角处。（）14.在扭摆法测转动惯量实验中，光电计时计数仪的功能选择为“摆动”。（）2.5课堂讨论1.刚体的转动惯量和哪些因素有关？训练目标：影响转动惯量的因素。对应重难点：不同形状物体的转动惯量。2.为什么在测量摆动周期时，光电探头应该放置在挡光杆的平衡位置？训练目标：测定摆动周期的方法。对应重难点：熟悉扭摆的工作原理及操作。3.为什么在实验中称量球和细杆的质量时，需要取下安装夹具？而在计算转动惯量时，却可以忽略安装夹具的影响？训练目标：影响转动惯量的因素。对应重难点：不同形状物体的转动惯量。4.数字计时仪的仪器误差为 0.01s，实验中为什么要测量 15T？训练目标：减少误差的方法。对应重难点：数据处理。2.6线下实验操作导入环节：通过图片或视频等形式展示转动现象，引起学生兴趣，激发学生的好奇心。理论讲解：通过 PPT 等形式，详细解释转动惯量的定义和计算公式，以及实验步骤和注意事项等内容。实验演示：通过实物装置等形式，向学生演示转动惯量实验的整个过程，让学生更好地理解转动惯量的测量方法和器材使用。实验操作：让学生自行进行转动惯量实验，并指导学生如何正确操作实验器材，获取准确的实验数据。数据处理和分析：通过图表等形式展示实验数据，让学生熟悉数据处理的方法和结果分析的过程，增强对转动惯量测量实验的深入理解。2.7教学反思该课是以从生活走向物理，物理走向社会，以问题为导向，学以致用的教学理念，结合职业本科的培养目标去实施这节课。通过实验教学视频，导入新课，课堂讨论，激发学习兴趣，通过结合实验演示和实验操作，有效突破实验教学的重点难点。在知识的教学过程中，结合科学发展史，将科学的思想方法、立德育才等课程思政要素融入知识的教学当中，培养学生的科学思维能力、正确的科学观、世界观、人生观、价值观。教学环节设计符合我校学生的知识水平和认知规律。最后运用线上教学平台，加深学生对知识点的理解，帮助老师及时了解学习进展与效果，利用信息技术实现传统课堂无法实现的创新教与学。2.8实施效果实施了混合式教学后，发放了 200 份大学物理实验线上线下学习调查问卷调研了学生的参与度、成绩和满意度等等问题，举例部分问题内容：问题一，每次实验前，你会去学校超星泛雅网络教学平台上的大学物理实验在线资源预习要做的实验吗？（图 8-1）问题二，对于大学物理实验采用线上与线下教学对你学习有帮助吗？（图 8-2）问题三，你和小组成员能按要求合作完成实验操作吗？（图 8-3）以及数据显示如下：70.4%的同学觉得于大学物理实验采用线上与线下教学对学习有帮助（图 8-1）。74.1%的同学每次实验前，会去学校超星泛雅网络教学平台上的大学物理实验在线资源预习（图 8-2）。绝大部分的同学和小组成员能按要求合作完成实验操作（图 8-3）。实践证明，采用基于 SPOC 的混合式教学模式，将线上课程和课堂教学相结合，能够充分发挥两者的优势。相较于纯在线教育，教师的监督作用得到加强，学生完成课程的比例也有了大幅提高。相较于传统课堂教学，教师可以选择适当的内容作为线上教学课程，从而降低授课成本，并通过线上学习的反馈信息改进课堂教学。在课堂教学中，教师还可以引入实践环节，提高学生的学习体验并增加教学效果。我们的实践表明，采用混合式教学能增加学生课程学习的专注度，学生在线上学习过程中的表现与最终第 44 卷 第 1 期 广西物理 GUANGXI PHYSICS Vol.44 No.1 202390的学习效果密切相关，课程教学质量可以得到提高。对于在线预习环节，我们的研究表明，良好的学习态度可以体现在学习时间与学习进度上，学生的投入是学习成绩提高的重要保证。对于课堂讨论，交互质量的提高，有利于形成深度学习的氛围，学生能够通过交互更好地理解物理概念与公式的物理意义以及通过实践中的问题深刻理解物理知识的内涵，提高学生解决问题的能力和创新能力。在课业压力较大的情况下，学生的在线预习环节普遍完成不佳，学习投机行为增加。因为在线讨论计入成绩，部分学生在讨论区大量发低质量的帖子，靠前突击完成测试或者抄袭作业。图 8-1问题一调查结果饼状图图 8-2问题二调查结果饼状图图 8-3问题三调查结果饼状图3结论随着信息时代的发展，学习的途径和方式也越来越多元和灵活。大学物理（含实验）课怎么样去实施可以更好地实现职业本科的培养目标更好地为职业本科大学服务，是值得深入讨论的问题。教师们需要与时俱进，选择合适的信息化手段方式，取长补短，优化教学效果。本文希望通过以上介绍能够为教师提供参考，帮助提高教学效果，满足学生对知识的理解和探索需求，激发学生对物理学习的兴趣。参考文献1谢黎伟,李良军.新时代下项目式教学法在职教本科 大学物理（含实验）课程中的实践J.办公自动化,2021,26(461):161-164.2 杨春玲.基于多媒体技术实现高职大学物理与普通物理教学的顺利衔接 J.数字通信世界,2020,15(7):274-282.3 吕凤珍,吴海宁,钟婷婷,等.“薄透镜焦距的测定”微课教学设计及视频制作 J.广西物理,2022,43(02):90-93.4查国君,吴闰生,曾祥明，等.“微课+翻转课堂”复合教学模式在大学物理教学中的探究以“刚体角动量定律及守恒定律”为例 J.新余学院学报,2020,24(25):120-124.5 郭振欣,李三喜,王丽娟,等.职业教育混合式教学模式研究与实践以 电子技术基础与技能课程为例 J.科技视界,2022,11(9):161-164.