基于学习通平台的大学物理混合式教学设计*——以电磁感应为例

孙小广

(广州城市理工学院 广东 广州 510800)

自2019年12月新冠疫情爆发以来，全球各国学校都实行线上网课，有效防止了疫情扩散蔓延．同时传统线下单一式教学模式瓶颈愈发凸显[1,2]，伴随信息技术的飞速发展，线上线下结合的混合式教学模式快速建立起来[3]．本文以大学物理课程中的电磁感应为例，探索基于超星学习通为平台的混合式教学[4]．

1 教学目标

物理学是揭示物质产生、发展、转化及其相互作用等方面规律的一门基础前沿发展性学科，是自然科学交叉发展的核心和人类现代文明的基石[5]．物理学的每一个重大进展都推动了人类社会的巨大进步，对人类生活产生了不可估量的影响．物理学的基本理论渗透于自然科学的一切领域，应用于生产技术的各个部门，是许多领域和工程技术的基础．教育部将大学物理学作为高校理工科非物理专业的一门必修课，越来越加大重视比例．随着社会的进步和经济的发展，对高校大学生实践能力、创新能力、分析解决问题的能力提出新的要求，对大学物理学的教学也提出了新的挑战．根据人才培养方案对大学物理课程的要求，将教学目标分为知识目标、能力目标和价值目标．

1.1 知识目标

理解电磁感应现象；掌握感应电流和感应电动势的概念；理解产生感应电流的条件，会判断感应电流的有无；会判断感应电流的方向，会根据楞次定律判断感应电流的方向；掌握电磁感应定律的应用，会用法拉第电磁感应定律计算感应电动势．

1.2 能力目标

培养分析复杂问题的理性思维能力；提高改造物质世界的批判及创新能力；提高自主学习、合作学习能力．通过学习法拉第电磁感应现象和定律，促进养成实事求是的科学素养，形成精益求精的工匠精神，提高实验动手操作能力．

1.3 价值目标

通过物理背后的哲学原理培养科学思想，激发学生的好奇心，培养开放的科学眼光及在科技创新中精益求精的追求，培养对物质世界的科学认知，形成理论联系实际、学以致用的意识．通过近代中国老一辈物理学家钱学森、邓稼先、钱三强等为国贡献事迹，激励学生努力奋斗，探索求真，勇往直前，为科学坚持不懈的奉献精神；树立科技自强的信念，培养民族自豪感和使命感；使学生意识到科技强国在实现民族伟大复兴的重要作用，从而践行社会主义核心价值观，把个人的奋斗和祖国伟大复兴紧密融合，为祖国为人民作出应有的贡献．

2 教学准备

2.1 课前预习

教师课前在超星学习通平台发布开放电磁感应内容的教学微视频、文档课件、课前小测等任务点(图1为课前任务点百分占比)，让学生通过提前学习和测试，掌握电磁感应现象，理解并初步掌握应用电磁感应定律．

图1 课前任务点百分占比

2.2 课前讨论

教师在线下教室上课前，根据学生课前测试完成情况(图2为学生课前测试正确率百分比)，分析学生对于电磁感应知识点的掌握度．把学生分组，每组学生讨论分析各自的错题，指出电磁感应这一节内容重难点，进一步加深理解应用电磁感应定律．

图2 课前测试正确率(百分比)

2.3 课前分组任务

教师在上课前发布分组任务(PBL)，学生分组做思维导图(图3为某组学生思维导图)，对“电磁感应”一章的内容进行预习，提前了解本章内容的知识框架，划分重、难点，对本章的知识点做到“心中有数”．

图3 思维导图

3 教学具体内容实施

3.1 知识点讲授一：电磁感应现象

学习通主题讨论一：什么是电磁感应现象？感应电流产生的条件是什么？

讲解：1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电生磁即电流的磁效应后，人们就开始了其逆效应的研究：磁场是否也能产生电流呢？带着这个问题，英国物理学家法拉第经过10年不懈的努力，终于在1831年观察到了电磁感应现象：当穿过一个闭合导体回路的磁通量发生变化时，在导体回路中就会产生感应电流．产生感应电流的方式大致有两类：一类是闭合的电路静止不动，而电路周边的磁场强度发生变化；另一类实验是磁铁静止不动(磁场分布恒定不变)，而闭合电路的一部分导线在磁场中做切割磁感线的运动．此两类归结为感应电路产生的条件是闭合回路中的磁通量发生变化．

学习通发布随堂练习1：

一闭合圆形线圈在均匀磁场中运动，在下列几种情况中哪种会产生感应电流( )

A.线圈沿磁场方向平移

B.线圈沿垂直磁场方向平移

C.线圈以自身的直径为轴转动，轴与磁场方向平行

D.线圈以自身的直径为轴转动，轴与磁场方向垂直

3.2 知识点讲授二：楞次定律

学习通主题讨论二：感应电流的方向和哪些因素有关？怎样判断感应电流的方向？

讲解：一方面感应电流的方向与磁场的方向有关，另一方面与导体切割磁感线的方向有关．爱沙尼亚国物理学家楞次提出了楞次定律，即在闭合回路中，感应电流产生的磁场总是要阻碍磁通量的变化．

学习通发布随堂练习2：

一根无限长平行直导线载有电流I，一矩形线圈位于导线平面内沿垂直于载流导线方向以恒定速率运动，如图4所示，则( )

图4 导线框匀速平动

A.线圈中无感应电流

B.线圈中感应电流为顺时针方向

C.线圈中感应电流为逆时针方向

D.线圈中感应电流方向无法确定

学习通发布随堂练习3：

如图5所示，导线回路L的形状不变，而其位置正在发生移动．判断感应电流绕行方向相同的组别是( )

图5 导线框运动

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

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

3.3 知识点讲授三：法拉第电磁感应定律

学习通主题讨论三：感应电动势的大小与哪些因素有关？其数学表达式是什么？

讲解:法拉第经过实验发现，感应电动势的大小与磁通量的变化快慢成正比，即磁通量的变化率，用数学表达式表示为

即磁通量对时间t的导函数，负号表示阻碍磁通量的变化．法拉第电磁感应定律表明，计算感应电动势，首先要计算磁通量，再求磁通量对时间的导数即可．磁通量的计算用公式B·dS=0来计算．

学习通发布随堂练习4:

一长直导线通以电流i=I0sinωt，旁边有一个共面的矩形线圈abcd．如图6所示，求：线圈中的感应电动势．

图6 矩形线圈abcd

学习通发布随堂练习5:

在匀强磁场中,如图7所示置有面积为S的可绕轴转动的N匝线圈，若线圈以角速度ω做匀速转动， 求线圈中的感应电动势．

图7 运动导体产生的电动势

4 教学成效

4.1 学情统计

此线上线下混合式教学模式体现了以学生为中心的教学思想，增强了师生的互动性，活跃了课堂气氛，大大提高了学生的学习积极性，取得了明显的教学成效．从学习通平台统计数据看，教学预警人数明显减少，平均综合成绩明显提高．图8是学习通学生综合成绩统计.

图8 学习通学生综合成绩统计

4.2 教学改进

从学习通平台统计数据看，学生对任务点的提交数普遍还是低于教师的发布数，图9为发布数、提交数与批阅数的对比.

图9 发布数、提交数与批阅数对比

在教学的各个环节，还需进行充足的准备；丰富教学设计，不断进行教学反思；同时加强对学生进行督导、督学．