关于转动惯量的两种教具的微课制作方法

韦金明 韦艳

摘要：物理实验往往操作难度大、实验原理复杂，或者有些实验由于具有危险性等原因，无法让学生动手操作，而微课可以有效规避这方面的问题。文章主要通过关于转动惯量的两个实验装置——两个怪球和两个怪轮进行微课创作设计，对原有的教具进行改进，旨在提高物理课堂教学质量。

关键词：转动惯量；微课制作；教具；翻转课堂

微课主要是围绕着某个知识点、某个教学环节或者某个教学案例，经过精心的教学设计，形成短小精悍的内容，并在线播放，使得学生可以更加专注地去学习某个知识点。转动惯量在经典力学中也被称为转动惯性，是刚体在绕轴上转动时惯性的量度，转动惯量在物理学中用字母I表示。转动惯量对物理学有着重要的意义，在工程技术、航天事业、机械工程等领域也是一个重要参量。对学生来说，转动惯量的知识点比较难理解，此类趣味教具在国内尚未有系统的研究，在教学活动中较少运用，如果教师能结合微课和一些比较直观的教具演示，能帮助学生进行深入学习。

一、旋转运动

根据刚体的转动定理，物体在做旋转运动时，它的力矩等于其转动惯量与角加速度的乘积。物体动能等于物体的质量与它的速度的平方的乘积的二分之一。这里的速度指的是线速度，它等于物体的角速度与半径的乘积，物体的质量等于转动惯量除以半径的平方，代入上面的动能表达式并简化之，可得物体动能等于物体的转动惯量与它的角速度的平方的乘积的二分之一。由此得出结论：转动惯量越大，动能越大。换句话说，转动惯量越大，需要改变物体当前转动惯性的动能越大。转动惯量越大，其转动状态越不容易改变。这就是刚体转动的相关知识。

两个怪球和两个怪轮就是根据以上知识制作而成的。对于两个怪球（质量相同、大小相同的两个篮球），宽轨道的篮球比窄轨道的篮球下陷得深，回转半径大，所以放在宽轨道上的篮球比放在窄轨道上的篮球转动惯量大，其转动状态越不容易改变，故它在铁架斜坡宽轨道上滚动下来的速度就慢，而放在窄轨道上的篮球回转半径小，它的转动惯量小，其转动状态比较容易改变，故它在铁架斜坡窄轨道上滚动下来的速度就快。

对于两个怪轮，它们的质量、体积都相同，每个轮子上都打有半径相同的6个孔，但是孔的位置分布不一样，轮子的质量分布不同，6个孔离中心轴近的那个轮回转半径大，它的转动惯量大，而转动惯量越大就越难改变当前的运动状态，故它在铁架斜坡轨道上滚动下来的速度就慢，而6个孔离中心轴远的那个轮回转半径小，它的转动惯量小，而转动惯量越小就越容易改变当前的运动状态，故它在铁架斜坡轨道上滚动下来的速度就快。

对学生来说，以上知识点比较难理解，因此教师借助微课讲授这些知识点显得非常重要。下面，笔者就关于转动惯量的两种教具的微课制作方法展开详细的介绍。

二、微课的设计方法

（一）分析阶段

首先，教师要分析学生的特点和研究课题所涉及的知识，然后根据学情分析和教材分析结果，确定教学的重点和难点，将讲授的知识点详细地呈现在微课中。学生虽然在初中就接触了物理学科知识，但他们的思维仍以形象思维为主，缺乏一定的分析概括能力。

其次，在教学时，教师不仅要重视启发、引导学生，还要培养学生的分析、概括能力，更要灵活地使用多种教学方法。教师可以通过自制一些教具，利用一些小创作，让学生产生学习的欲望。转动惯量是物理知识体系中的重点内容，而两个怪球、两个怪轮是转动惯量的具体应用。在讲授转动惯量时，教师要让学生通过观察实验现象，把抽象的物理概念形象化、具体化。

最后，教师可以制作转动惯量教具的微课，让学生自主学习，这样更容易突破重点和难点。

（二）设计阶段

首先，配套课件的设计。教师根据要讲解的内容来设计课件，因为两个怪球和两个怪轮是两个不同的教具，所以要设计两份课件。教师要设计开头部分的简介，包括作品名称和制作人等。在介绍教具环节，教师可以通过在教具图片上加图标的方式来体现需要对比的情况。最重要的是，要制作关于教具原理的演示文稿，公式的输入要正确，字体要清晰，版面不能太过于密密麻麻。

其次，微课脚本的撰写。教师要针对所选的题目、内容，准备好微课的脚本。教师撰写微课脚本时要写清楚解说词、镜头类型、画面要求三部分，还要特别注意解说词字数要符合微课时长。

第一步，新课导入。知识点的导入可以有多种方式，教师可以用对话形式导入，可以使用上一个知识点遗留问题进行导入，也可以直接点出知识点进行导入。本微课采用直接点出知识点进行导入。

第二步，新课讲授。导入知识点后，教师可以讲授转动惯量的概念、转动定理和转动动能等刚体转动的相关知识，使学生了解刚体转动的主要知识。

第三步，举例讲解。教师通过两个怪球和两个怪轮趣味物理实验案例，配以浅显易懂的解说词，突出重点，突破难点，将难懂的地方用趣味性很强的实验现象展示出来。

第四步，总结与反思。教师在课程中加入总结与反思环节，加深学生对刚体转动相关知识的认识，巩固所学知识点。

（三）开发阶段

在微课录制阶段，教师要做好教具、演示文稿，并准备好解说稿，然后进行视频的拍摄和剪辑。教师先拍摄教具的结构，用尺子测量整个教具的长、宽、高，再对一些比较重要的部分进行特写拍摄。例如，两个怪轮装置的两个轨道的宽度一样，但质量、体积一样的轮子在轨道上同时滚下时速度却不同。这些就需要教师在介绍装置时进行特写拍摄，目的是增强轮子在两个轨道上运动时的情况对比。

在拍摄教具的演示过程时，当两个轮子或者篮球同时从同一高度沿着各自的轨道滚下，总会有其中一个轮子或者篮球滚下的速度较快，这时就需要教师用一部手机进行整体拍摄，另一部手机进行特写拍摄，方便后期剪辑时有多种素材可用。在录制过程中，教师要注意语言和礼仪，如语言要有亲和力，语速适中且吐字清晰，不要出现不文明用语。同时，在操作过程中，教师应注意动作要干脆利落，不要有多余的动作，避免分散学生的注意力。

三、转动惯量教具微课的制作过程

（一）微课剪辑软件的选取

现在大众熟知的剪辑软件有很多，如Pr、AE、EasiestSofr Movie Editor、会声会影等，它们各有优点，Pr、AE、会声会影需要具有一定的剪辑基本功才容易上手。本次微课的制作中，笔者使用的是EasiestSofr Movie Editor，它的功能比较齐全，视频的剪辑、切割、背景音乐的插入等都可以做到。相对于Pr和AE来说，它更适合初学者。

（二）素材的准备

对转动惯量系列的微课视频，笔者制作了两个不同的教具，分别是两个怪球和两个怪轮。笔者先做好两个教具，再用手机录制怪球、怪轮的演示和结构介绍视频。在每个微课的开头，笔者先向学生介绍两个怪球、两个怪轮的基本结构，然后播放录制好的怪球或怪轮的演示视频，再通过结合演示文稿录屏的方式讲解它们各自的原理。

（三）后期的加工

笔者用鼠标点击“EasiestSofr Movie Editor”，打开EasiestSofr Movie Editor，然后将拍摄的视频拖入软件，并在软件中自由选择时间点，部分删除或保留时间点内的视频。这时，笔者删除视频中的多余部分，留下需要的部分。剪辑最基础的操作就是剪切视频。在剪去素材时，笔者在需要剪切部分的开始处，先用鼠标点击“开始标记”，然后在需要剪切部分的结尾处，点击“结束标记”。在标记时，如果时间点不够准确，笔者会设定时间点再剪切，这样就精确了。剪辑步骤结束之后，笔者将视频输出，并在输出设置中，点击“不输出音频”，这时即可实现去除原视频声音。

另外，笔者在点击软件操作界面中“播放选取”按钮就可以只播放选取标记部分的内容，并在剪辑时重复观看需要剪切的内容。当所有的素材剪辑完毕后，笔者再在“合并”工具中添加相应的视频，在软件操作界面箭头处调整视频的顺序。当给视频加字幕时，笔者用鼠标点击“输入字母”按钮，再调整字母的大小和位置。最后，输出视频时，笔者在输出设置中，调整视频的格式、大小、比特率等，再利用鼠标点击“开始”按钮，最终导出视频。

四、教学应用建议

（一）微课在物理教学中的应用

首先，微课多以生活为例，创造真实的生活情境，用熟悉的生活拉近学生与物理的距离，让学生感受物理的奇妙，激发学生的学习兴趣。

其次，初中学生的空间逻辑思维能力尚有欠缺，在教学中，教师可以充分利用微课，展示学生喜欢的图片、音乐、视频，以此方式呈现教学信息，帮助学生突破时间和空间的限制，在脑海中构建物理模型。

再次，现代化的课堂提倡教师主导、学生主体，微课可以满足不同学生的不同学习需求，适用于大部分学生。

最后，与传统课堂相比，微课可以控制播放速度，也可以重复播放，便于学生对疑点和难点重复学习。

翻转课堂是指重新调整课内和课外的学习时间，让学生掌握学习的决定权。这种新的教学模式要求学生在课上更专注、更主动地学习项目内容，从而获得更深层次的理解。要想让学生高质量地完成课前自主学习，教师必须为学生搭建好自主学习的平台。微课制作是翻转课堂的前提，微课既可以满足学生的课前预习需要，又可以满足学生课后复习的需要，帮助学生随时随地学习。

（二）实验加微课在教学中的效果分析

以大学物理中的转动惯量为例，相较于初高中的教学来说，大学教师讲课速度更快，侧重介绍一些理论知识，然而大学的学习内容更为深奥，基础薄弱的学生只是听一些理论介绍，可能没办法及时理解转动惯量这一知识点。这时，如果教师在教学理论知识的基础上，将微课用于课堂教学中，播放一个有教具、有实验、有演示的转动惯量的微课视频，将普通的课堂转化为趣味物理实验课堂，能帮助学生更快、更好地理解物理原理，激发学生的学习兴趣。

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基金项目：2018年广西高等教育教改工程项目，项目编号：2018JGB338。

（作者单位：广西民族师范学院）