關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的兩種教具的微課制作方法

韋金明 韋艷

摘要：物理實(shí)驗(yàn)往往操作難度大、實(shí)驗(yàn)原理復(fù)雜，或者有些實(shí)驗(yàn)由于具有危險(xiǎn)性等原因，無(wú)法讓學(xué)生動(dòng)手操作，而微課可以有效規(guī)避這方面的問(wèn)題。文章主要通過(guò)關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置——兩個(gè)怪球和兩個(gè)怪輪進(jìn)行微課創(chuàng)作設(shè)計(jì)，對(duì)原有的教具進(jìn)行改進(jìn)，旨在提高物理課堂教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；微課制作；教具；翻轉(zhuǎn)課堂

微課主要是圍繞著某個(gè)知識(shí)點(diǎn)、某個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)或者某個(gè)教學(xué)案例，經(jīng)過(guò)精心的教學(xué)設(shè)計(jì)，形成短小精悍的內(nèi)容，并在線播放，使得學(xué)生可以更加專(zhuān)注地去學(xué)習(xí)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在經(jīng)典力學(xué)中也被稱(chēng)為轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，是剛體在繞軸上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)慣性的量度，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在物理學(xué)中用字母I表示。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)物理學(xué)有著重要的意義，在工程技術(shù)、航天事業(yè)、機(jī)械工程等領(lǐng)域也是一個(gè)重要參量。對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的知識(shí)點(diǎn)比較難理解，此類(lèi)趣味教具在國(guó)內(nèi)尚未有系統(tǒng)的研究，在教學(xué)活動(dòng)中較少運(yùn)用，如果教師能結(jié)合微課和一些比較直觀的教具演示，能幫助學(xué)生進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。

一、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

根據(jù)剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)定理，物體在做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的力矩等于其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與角加速度的乘積。物體動(dòng)能等于物體的質(zhì)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(zhì)量等于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量除以半徑的平方，代入上面的動(dòng)能表達(dá)式并簡(jiǎn)化之，可得物體動(dòng)能等于物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與它的角速度的平方的乘積的二分之一。由此得出結(jié)論：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，動(dòng)能越大。換句話說(shuō)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，需要改變物體當(dāng)前轉(zhuǎn)動(dòng)慣性的動(dòng)能越大。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，其轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)越不容易改變。這就是剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí)。

兩個(gè)怪球和兩個(gè)怪輪就是根據(jù)以上知識(shí)制作而成的。對(duì)于兩個(gè)怪球（質(zhì)量相同、大小相同的兩個(gè)籃球），寬軌道的籃球比窄軌道的籃球下陷得深，回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動(dòng)慣量大，其轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)越不容易改變，故它在鐵架斜坡寬軌道上滾動(dòng)下來(lái)的速度就慢，而放在窄軌道上的籃球回轉(zhuǎn)半徑小，它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，其轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)比較容易改變，故它在鐵架斜坡窄軌道上滾動(dòng)下來(lái)的速度就快。

對(duì)于兩個(gè)怪輪，它們的質(zhì)量、體積都相同，每個(gè)輪子上都打有半徑相同的6個(gè)孔，但是孔的位置分布不一樣，輪子的質(zhì)量分布不同，6個(gè)孔離中心軸近的那個(gè)輪回轉(zhuǎn)半徑大，它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，而轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大就越難改變當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，故它在鐵架斜坡軌道上滾動(dòng)下來(lái)的速度就慢，而6個(gè)孔離中心軸遠(yuǎn)的那個(gè)輪回轉(zhuǎn)半徑小，它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，而轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小就越容易改變當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，故它在鐵架斜坡軌道上滾動(dòng)下來(lái)的速度就快。

對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，以上知識(shí)點(diǎn)比較難理解，因此教師借助微課講授這些知識(shí)點(diǎn)顯得非常重要。下面，筆者就關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的兩種教具的微課制作方法展開(kāi)詳細(xì)的介紹。

二、微課的設(shè)計(jì)方法

（一）分析階段

首先，教師要分析學(xué)生的特點(diǎn)和研究課題所涉及的知識(shí)，然后根據(jù)學(xué)情分析和教材分析結(jié)果，確定教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，將講授的知識(shí)點(diǎn)詳細(xì)地呈現(xiàn)在微課中。學(xué)生雖然在初中就接觸了物理學(xué)科知識(shí)，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(xué)時(shí)，教師不僅要重視啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生，還要培養(yǎng)學(xué)生的分析、概括能力，更要靈活地使用多種教學(xué)方法。教師可以通過(guò)自制一些教具，利用一些小創(chuàng)作，讓學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)的欲望。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是物理知識(shí)體系中的重點(diǎn)內(nèi)容，而兩個(gè)怪球、兩個(gè)怪輪是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的具體應(yīng)用。在講授轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)，教師要讓學(xué)生通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，把抽象的物理概念形象化、具體化。

最后，教師可以制作轉(zhuǎn)動(dòng)慣量教具的微課，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，這樣更容易突破重點(diǎn)和難點(diǎn)。

（二）設(shè)計(jì)階段

首先，配套課件的設(shè)計(jì)。教師根據(jù)要講解的內(nèi)容來(lái)設(shè)計(jì)課件，因?yàn)閮蓚€(gè)怪球和兩個(gè)怪輪是兩個(gè)不同的教具，所以要設(shè)計(jì)兩份課件。教師要設(shè)計(jì)開(kāi)頭部分的簡(jiǎn)介，包括作品名稱(chēng)和制作人等。在介紹教具環(huán)節(jié)，教師可以通過(guò)在教具圖片上加圖標(biāo)的方式來(lái)體現(xiàn)需要對(duì)比的情況。最重要的是，要制作關(guān)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(guò)于密密麻麻。

其次，微課腳本的撰寫(xiě)。教師要針對(duì)所選的題目、內(nèi)容，準(zhǔn)備好微課的腳本。教師撰寫(xiě)微課腳本時(shí)要寫(xiě)清楚解說(shuō)詞、鏡頭類(lèi)型、畫(huà)面要求三部分，還要特別注意解說(shuō)詞字?jǐn)?shù)要符合微課時(shí)長(zhǎng)。

第一步，新課導(dǎo)入。知識(shí)點(diǎn)的導(dǎo)入可以有多種方式，教師可以用對(duì)話形式導(dǎo)入，可以使用上一個(gè)知識(shí)點(diǎn)遺留問(wèn)題進(jìn)行導(dǎo)入，也可以直接點(diǎn)出知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行導(dǎo)入。本微課采用直接點(diǎn)出知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行導(dǎo)入。

第二步，新課講授。導(dǎo)入知識(shí)點(diǎn)后，教師可以講授轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的概念、轉(zhuǎn)動(dòng)定理和轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能等剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí)，使學(xué)生了解剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的主要知識(shí)。

第三步，舉例講解。教師通過(guò)兩個(gè)怪球和兩個(gè)怪輪趣味物理實(shí)驗(yàn)案例，配以淺顯易懂的解說(shuō)詞，突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)，將難懂的地方用趣味性很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象展示出來(lái)。

第四步，總結(jié)與反思。教師在課程中加入總結(jié)與反思環(huán)節(jié)，加深學(xué)生對(duì)剛體轉(zhuǎn)動(dòng)相關(guān)知識(shí)的認(rèn)識(shí)，鞏固所學(xué)知識(shí)點(diǎn)。

（三）開(kāi)發(fā)階段

在微課錄制階段，教師要做好教具、演示文稿，并準(zhǔn)備好解說(shuō)稿，然后進(jìn)行視頻的拍攝和剪輯。教師先拍攝教具的結(jié)構(gòu)，用尺子測(cè)量整個(gè)教具的長(zhǎng)、寬、高，再對(duì)一些比較重要的部分進(jìn)行特寫(xiě)拍攝。例如，兩個(gè)怪輪裝置的兩個(gè)軌道的寬度一樣，但質(zhì)量、體積一樣的輪子在軌道上同時(shí)滾下時(shí)速度卻不同。這些就需要教師在介紹裝置時(shí)進(jìn)行特寫(xiě)拍攝，目的是增強(qiáng)輪子在兩個(gè)軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的情況對(duì)比。

在拍攝教具的演示過(guò)程時(shí)，當(dāng)兩個(gè)輪子或者籃球同時(shí)從同一高度沿著各自的軌道滾下，總會(huì)有其中一個(gè)輪子或者籃球滾下的速度較快，這時(shí)就需要教師用一部手機(jī)進(jìn)行整體拍攝，另一部手機(jī)進(jìn)行特寫(xiě)拍攝，方便后期剪輯時(shí)有多種素材可用。在錄制過(guò)程中，教師要注意語(yǔ)言和禮儀，如語(yǔ)言要有親和力，語(yǔ)速適中且吐字清晰，不要出現(xiàn)不文明用語(yǔ)。同時(shí)，在操作過(guò)程中，教師應(yīng)注意動(dòng)作要干脆利落，不要有多余的動(dòng)作，避免分散學(xué)生的注意力。

三、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量教具微課的制作過(guò)程

（一）微課剪輯軟件的選取

現(xiàn)在大眾熟知的剪輯軟件有很多，如Pr、AE、EasiestSofr Movie Editor、會(huì)聲會(huì)影等，它們各有優(yōu)點(diǎn)，Pr、AE、會(huì)聲會(huì)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(lè)的插入等都可以做到。相對(duì)于Pr和AE來(lái)說(shuō)，它更適合初學(xué)者。

（二）素材的準(zhǔn)備

對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量系列的微課視頻，筆者制作了兩個(gè)不同的教具，分別是兩個(gè)怪球和兩個(gè)怪輪。筆者先做好兩個(gè)教具，再用手機(jī)錄制怪球、怪輪的演示和結(jié)構(gòu)介紹視頻。在每個(gè)微課的開(kāi)頭，筆者先向?qū)W生介紹兩個(gè)怪球、兩個(gè)怪輪的基本結(jié)構(gòu)，然后播放錄制好的怪球或怪輪的演示視頻，再通過(guò)結(jié)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(biāo)點(diǎn)擊“EasiestSofr Movie Editor”，打開(kāi)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(shí)間點(diǎn)，部分刪除或保留時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的視頻。這時(shí)，筆者刪除視頻中的多余部分，留下需要的部分。剪輯最基礎(chǔ)的操作就是剪切視頻。在剪去素材時(shí)，筆者在需要剪切部分的開(kāi)始處，先用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“開(kāi)始標(biāo)記”，然后在需要剪切部分的結(jié)尾處，點(diǎn)擊“結(jié)束標(biāo)記”。在標(biāo)記時(shí)，如果時(shí)間點(diǎn)不夠準(zhǔn)確，筆者會(huì)設(shè)定時(shí)間點(diǎn)再剪切，這樣就精確了。剪輯步驟結(jié)束之后，筆者將視頻輸出，并在輸出設(shè)置中，點(diǎn)擊“不輸出音頻”，這時(shí)即可實(shí)現(xiàn)去除原視頻聲音。

另外，筆者在點(diǎn)擊軟件操作界面中“播放選取”按鈕就可以只播放選取標(biāo)記部分的內(nèi)容，并在剪輯時(shí)重復(fù)觀看需要剪切的內(nèi)容。當(dāng)所有的素材剪輯完畢后，筆者再在“合并”工具中添加相應(yīng)的視頻，在軟件操作界面箭頭處調(diào)整視頻的順序。當(dāng)給視頻加字幕時(shí)，筆者用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“輸入字母”按鈕，再調(diào)整字母的大小和位置。最后，輸出視頻時(shí)，筆者在輸出設(shè)置中，調(diào)整視頻的格式、大小、比特率等，再利用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“開(kāi)始”按鈕，最終導(dǎo)出視頻。

四、教學(xué)應(yīng)用建議

（一）微課在物理教學(xué)中的應(yīng)用

首先，微課多以生活為例，創(chuàng)造真實(shí)的生活情境，用熟悉的生活拉近學(xué)生與物理的距離，讓學(xué)生感受物理的奇妙，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

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

再次，現(xiàn)代化的課堂提倡教師主導(dǎo)、學(xué)生主體，微課可以滿足不同學(xué)生的不同學(xué)習(xí)需求，適用于大部分學(xué)生。

最后，與傳統(tǒng)課堂相比，微課可以控制播放速度，也可以重復(fù)播放，便于學(xué)生對(duì)疑點(diǎn)和難點(diǎn)重復(fù)學(xué)習(xí)。

翻轉(zhuǎn)課堂是指重新調(diào)整課內(nèi)和課外的學(xué)習(xí)時(shí)間，讓學(xué)生掌握學(xué)習(xí)的決定權(quán)。這種新的教學(xué)模式要求學(xué)生在課上更專(zhuān)注、更主動(dòng)地學(xué)習(xí)項(xiàng)目?jī)?nèi)容，從而獲得更深層次的理解。要想讓學(xué)生高質(zhì)量地完成課前自主學(xué)習(xí)，教師必須為學(xué)生搭建好自主學(xué)習(xí)的平臺(tái)。微課制作是翻轉(zhuǎn)課堂的前提，微課既可以滿足學(xué)生的課前預(yù)習(xí)需要，又可以滿足學(xué)生課后復(fù)習(xí)的需要，幫助學(xué)生隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)。

（二）實(shí)驗(yàn)加微課在教學(xué)中的效果分析

以大學(xué)物理中的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為例，相較于初高中的教學(xué)來(lái)說(shuō)，大學(xué)教師講課速度更快，側(cè)重介紹一些理論知識(shí)，然而大學(xué)的學(xué)習(xí)內(nèi)容更為深?yuàn)W，基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生只是聽(tīng)一些理論介紹，可能沒(méi)辦法及時(shí)理解轉(zhuǎn)動(dòng)慣量這一知識(shí)點(diǎn)。這時(shí)，如果教師在教學(xué)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，將微課用于課堂教學(xué)中，播放一個(gè)有教具、有實(shí)驗(yàn)、有演示的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的微課視頻，將普通的課堂轉(zhuǎn)化為趣味物理實(shí)驗(yàn)課堂，能幫助學(xué)生更快、更好地理解物理原理，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉振發(fā).高中物理微課的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)研究：以光為例[D].保定：河北大學(xué)，2018.

[2]李慧.高中物理實(shí)驗(yàn)微課的設(shè)計(jì)及教學(xué)應(yīng)用研究[D].銀川：寧夏大學(xué)，2019.

[3]孫興川，張嫵娜.扭擺法測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的研究[J].安陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（2）.

[4]孔玥.阻尼條件下轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量技術(shù)的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.

[5]易立鐵.翻轉(zhuǎn)課堂課前學(xué)習(xí)的思考[J].教育科學(xué)論壇，2014（11）.

[6]吳金梅.基于學(xué)生學(xué)習(xí)行為的翻轉(zhuǎn)課堂前學(xué)習(xí)準(zhǔn)備策略研究[D].廣州：廣州大學(xué)，2019.

[7]余小英，李凡生，蔣志年，等.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)出版社，2014.

[8]梁燁.基于藍(lán)墨云班課的翻轉(zhuǎn)課堂模式在教學(xué)中的應(yīng)用[J].智庫(kù)時(shí)代，2018（24）.

基金項(xiàng)目：2018年廣西高等教育教改工程項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：2018JGB338。

（作者單位：廣西民族師范學(xué)院）