基于學習通平臺的大學物理混合式教學設計*
——以電磁感應為例

孫小廣

(廣州城市理工學院 廣東 廣州 510800)

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

1 教學目標

物理學是揭示物質(zhì)產(chǎn)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)化及其相互作用等方面規(guī)律的一門基礎前沿發(fā)展性學科，是自然科學交叉發(fā)展的核心和人類現(xiàn)代文明的基石[5]．物理學的每一個重大進展都推動了人類社會的巨大進步，對人類生活產(chǎn)生了不可估量的影響．物理學的基本理論滲透于自然科學的一切領域，應用于生產(chǎn)技術的各個部門，是許多領域和工程技術的基礎．教育部將大學物理學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．隨著社會的進步和經(jīng)濟的發(fā)展，對高校大學生實踐能力、創(chuàng)新能力、分析解決問題的能力提出新的要求，對大學物理學的教學也提出了新的挑戰(zhàn)．根據(jù)人才培養(yǎng)方案對大學物理課程的要求，將教學目標分為知識目標、能力目標和價值目標．

1.1 知識目標

理解電磁感應現(xiàn)象；掌握感應電流和感應電動勢的概念；理解產(chǎn)生感應電流的條件，會判斷感應電流的有無；會判斷感應電流的方向，會根據(jù)楞次定律判斷感應電流的方向；掌握電磁感應定律的應用，會用法拉第電磁感應定律計算感應電動勢．

1.2 能力目標

培養(yǎng)分析復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；提高自主學習、合作學習能力．通過學習法拉第電磁感應現(xiàn)象和定律，促進養(yǎng)成實事求是的科學素養(yǎng)，形成精益求精的工匠精神，提高實驗動手操作能力．

1.3 價值目標

通過物理背后的哲學原理培養(yǎng)科學思想，激發(fā)學生的好奇心，培養(yǎng)開放的科學眼光及在科技創(chuàng)新中精益求精的追求，培養(yǎng)對物質(zhì)世界的科學認知，形成理論聯(lián)系實際、學以致用的意識．通過近代中國老一輩物理學家錢學森、鄧稼先、錢三強等為國貢獻事跡，激勵學生努力奮斗，探索求真，勇往直前，為科學堅持不懈的奉獻精神；樹立科技自強的信念，培養(yǎng)民族自豪感和使命感；使學生意識到科技強國在實現(xiàn)民族偉大復興的重要作用，從而踐行社會主義核心價值觀，把個人的奮斗和祖國偉大復興緊密融合，為祖國為人民作出應有的貢獻．

2 教學準備

2.1 課前預習

教師課前在超星學習通平臺發(fā)布開放電磁感應內(nèi)容的教學微視頻、文檔課件、課前小測等任務點(圖1為課前任務點百分占比)，讓學生通過提前學習和測試，掌握電磁感應現(xiàn)象，理解并初步掌握應用電磁感應定律．

圖1 課前任務點百分占比

2.2 課前討論

教師在線下教室上課前，根據(jù)學生課前測試完成情況(圖2為學生課前測試正確率百分比)，分析學生對于電磁感應知識點的掌握度．把學生分組，每組學生討論分析各自的錯題，指出電磁感應這一節(jié)內(nèi)容重難點，進一步加深理解應用電磁感應定律．

圖2 課前測試正確率(百分比)

2.3 課前分組任務

教師在上課前發(fā)布分組任務(PBL)，學生分組做思維導圖(圖3為某組學生思維導圖)，對“電磁感應”一章的內(nèi)容進行預習，提前了解本章內(nèi)容的知識框架，劃分重、難點，對本章的知識點做到“心中有數(shù)”．

圖3 思維導圖

3 教學具體內(nèi)容實施

3.1 知識點講授一：電磁感應現(xiàn)象

學習通主題討論一：什么是電磁感應現(xiàn)象？感應電流產(chǎn)生的條件是什么？

講解：1820年丹麥物理學家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電生磁即電流的磁效應后，人們就開始了其逆效應的研究：磁場是否也能產(chǎn)生電流呢？帶著這個問題，英國物理學家法拉第經(jīng)過10年不懈的努力，終于在1831年觀察到了電磁感應現(xiàn)象：當穿過一個閉合導體回路的磁通量發(fā)生變化時，在導體回路中就會產(chǎn)生感應電流．產(chǎn)生感應電流的方式大致有兩類：一類是閉合的電路靜止不動，而電路周邊的磁場強度發(fā)生變化；另一類實驗是磁鐵靜止不動(磁場分布恒定不變)，而閉合電路的一部分導線在磁場中做切割磁感線的運動．此兩類歸結為感應電路產(chǎn)生的條件是閉合回路中的磁通量發(fā)生變化．

學習通發(fā)布隨堂練習1：

一閉合圓形線圈在均勻磁場中運動，在下列幾種情況中哪種會產(chǎn)生感應電流( )

A.線圈沿磁場方向平移

B.線圈沿垂直磁場方向平移

C.線圈以自身的直徑為軸轉(zhuǎn)動，軸與磁場方向平行

D.線圈以自身的直徑為軸轉(zhuǎn)動，軸與磁場方向垂直

3.2 知識點講授二：楞次定律

學習通主題討論二：感應電流的方向和哪些因素有關？怎樣判斷感應電流的方向？

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

學習通發(fā)布隨堂練習2：

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

圖4 導線框勻速平動

A.線圈中無感應電流

B.線圈中感應電流為順時針方向

C.線圈中感應電流為逆時針方向

D.線圈中感應電流方向無法確定

學習通發(fā)布隨堂練習3：

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

圖5 導線框運動

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

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

3.3 知識點講授三：法拉第電磁感應定律

學習通主題討論三：感應電動勢的大小與哪些因素有關？其數(shù)學表達式是什么？

講解:法拉第經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，感應電動勢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)學表達式表示為

即磁通量對時間t的導函數(shù)，負號表示阻礙磁通量的變化．法拉第電磁感應定律表明，計算感應電動勢，首先要計算磁通量，再求磁通量對時間的導數(shù)即可．磁通量的計算用公式B·dS=0來計算．

學習通發(fā)布隨堂練習4:

一長直導線通以電流i=I0sinωt，旁邊有一個共面的矩形線圈abcd．如圖6所示，求：線圈中的感應電動勢．

圖6 矩形線圈abcd

學習通發(fā)布隨堂練習5:

在勻強磁場中,如圖7所示置有面積為S的可繞軸轉(zhuǎn)動的N匝線圈，若線圈以角速度ω做勻速轉(zhuǎn)動， 求線圈中的感應電動勢．

圖7 運動導體產(chǎn)生的電動勢

4 教學成效

4.1 學情統(tǒng)計

此線上線下混合式教學模式體現(xiàn)了以學生為中心的教學思想，增強了師生的互動性，活躍了課堂氣氛，大大提高了學生的學習積極性，取得了明顯的教學成效．從學習通平臺統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，教學預警人數(shù)明顯減少，平均綜合成績明顯提高．圖8是學習通學生綜合成績統(tǒng)計.

圖8 學習通學生綜合成績統(tǒng)計

4.2 教學改進

從學習通平臺統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，學生對任務點的提交數(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)的對比.

圖9 發(fā)布數(shù)、提交數(shù)與批閱數(shù)對比

在教學的各個環(huán)節(jié)，還需進行充足的準備；豐富教學設計，不斷進行教學反思；同時加強對學生進行督導、督學．