李萍 代麗娟 馬亞斌 尹偉

摘?要：以轉(zhuǎn)動(dòng)定律一節(jié)的教學(xué)為例，為體現(xiàn)學(xué)生為中心，讓學(xué)生更多地參與到課堂中，應(yīng)用BOPPPS教學(xué)模式對(duì)本節(jié)課教學(xué)進(jìn)行了導(dǎo)入、學(xué)習(xí)目標(biāo)、前測(cè)、參與式學(xué)習(xí)、后測(cè)、總結(jié)六個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)實(shí)踐，調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果顯示，54.72%的學(xué)生認(rèn)為BOPPPS模式能夠提高自己學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，11.32%、41.51%的學(xué)生能夠完全適應(yīng)、適應(yīng)該教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：BOPPPS；剛體；轉(zhuǎn)動(dòng)定律

1?概述

大學(xué)物理課程是各理科及工科學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課的先修課程之一，課程包含理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)兩部分，通過(guò)大學(xué)物理的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)具體物理問(wèn)題的計(jì)算能力和邏輯思維能力，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)提供相應(yīng)的知識(shí)基礎(chǔ)的同時(shí)，提供解決專業(yè)問(wèn)題的邏輯思維。新疆理工學(xué)院大學(xué)物理教學(xué)團(tuán)隊(duì)每年承擔(dān)近50個(gè)班的大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)任務(wù)，服務(wù)學(xué)生2750余人，我校大學(xué)物理課程建設(shè)時(shí)間較早，因此教學(xué)成績(jī)顯著，團(tuán)隊(duì)教師立項(xiàng)多項(xiàng)省級(jí)、校級(jí)教改項(xiàng)目，獲得全國(guó)高校教師教學(xué)創(chuàng)新大賽國(guó)家級(jí)、省級(jí)等教學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)。但是在取得教學(xué)成績(jī)的同時(shí)，課程教學(xué)還存在以下問(wèn)題：一是作為新學(xué)校，團(tuán)隊(duì)教師平均教齡為4.2年，正是站穩(wěn)講臺(tái)的關(guān)鍵時(shí)候，存在教學(xué)經(jīng)驗(yàn)不足的問(wèn)題；二是根據(jù)各專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃，大學(xué)物理課程有80學(xué)時(shí)和64學(xué)時(shí)兩類，要完成《理工科類大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求》文件要求的知識(shí)點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致上課節(jié)奏較快，沒(méi)有更多時(shí)間鞏固知識(shí)點(diǎn)和例題練習(xí)；三是學(xué)生普遍認(rèn)為大學(xué)物理學(xué)習(xí)內(nèi)容抽象，力學(xué)部分內(nèi)容學(xué)習(xí)時(shí)，大部分學(xué)生可以跟上老師的講課節(jié)奏，并能相對(duì)獨(dú)立地完成作業(yè)，但是到了電磁學(xué)和光學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)時(shí)，由于理論和實(shí)踐較難結(jié)合起來(lái)，上課過(guò)程中只是通過(guò)一些生活中的現(xiàn)象或者網(wǎng)絡(luò)視頻來(lái)加深對(duì)抽象概念的認(rèn)識(shí)，所以導(dǎo)致在學(xué)習(xí)過(guò)程中同學(xué)們?nèi)菀紫萑胫淙徊恢渌匀坏睦Щ笾小?/p>

BOPPPS教學(xué)模式是由加拿大的道格拉斯·克爾在1967年提出的，起初是應(yīng)用于教師技能培訓(xùn)的一種教學(xué)模式［1］。近年來(lái)，我國(guó)很多教育工作者將BOPPPS應(yīng)用到課堂教學(xué)實(shí)踐中，張建勛、朱琳對(duì)BOPPPS教學(xué)模型進(jìn)行了概述，并對(duì)有效課堂教學(xué)設(shè)計(jì)、構(gòu)成要件、操作流程等進(jìn)行分析［2］。在物理教學(xué)方面，湖北師范大學(xué)的張雄、張喻等將BOPPPS和超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)線上教學(xué)結(jié)合到一起，在實(shí)施前測(cè)環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)組和未實(shí)施前側(cè)環(huán)節(jié)的對(duì)照組的教學(xué)效果分析中可以看出，實(shí)驗(yàn)組的成績(jī)明顯高于對(duì)照組的成績(jī)［3］。于培清利用BOPPPS教學(xué)模式對(duì)光學(xué)部分的等厚干涉內(nèi)容進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，他認(rèn)為BOPPPS的實(shí)施可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，能讓學(xué)生更多地參與到課堂互動(dòng)當(dāng)中［4］。大學(xué)物理作為一門理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合的課程，魏薇、譚佐軍等應(yīng)用BOPPPS教學(xué)模式，并應(yīng)用信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合，結(jié)果表明六個(gè)教學(xué)過(guò)程都實(shí)現(xiàn)了育人的目標(biāo)［5］。本文針對(duì)物理教學(xué)中存在的問(wèn)題，將課堂劃分為六小段，進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐。

2?基于BOPPPS的轉(zhuǎn)動(dòng)定律教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

2.1?教學(xué)基本情況

學(xué)情分析：在講解本節(jié)課前，同學(xué)們已經(jīng)學(xué)習(xí)了質(zhì)點(diǎn)繞一個(gè)固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的角量描述、角動(dòng)量、力矩等內(nèi)容，也學(xué)習(xí)了剛體模型、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等，具備了推導(dǎo)作用在剛體上的合外力矩與角加速度之間關(guān)系式的知識(shí)儲(chǔ)備，但是剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)容對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是一個(gè)在高中沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)的新知識(shí)點(diǎn)，因此學(xué)習(xí)起來(lái)有一定的困難。

教學(xué)總體設(shè)計(jì)：本節(jié)知識(shí)點(diǎn)屬于剛體動(dòng)力學(xué)部分，上課之前通過(guò)智慧樹平臺(tái)發(fā)布前測(cè)試題，上課時(shí)通過(guò)一個(gè)思考題引入，接著介紹學(xué)習(xí)目標(biāo)并解答前測(cè)試題，然后從牛頓第二定律出發(fā)，推證轉(zhuǎn)動(dòng)定律的表達(dá)式，最后對(duì)推證的結(jié)論進(jìn)行討論，后續(xù)發(fā)布后測(cè)試題進(jìn)行練習(xí)，課堂教學(xué)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

2.2?教學(xué)過(guò)程

引入：本環(huán)節(jié)主要是通過(guò)生活中的現(xiàn)象、圖片、視頻等引出學(xué)習(xí)內(nèi)容。本次課我們采用生活中的現(xiàn)象引入，兩個(gè)質(zhì)量和力矩相同的空心圓柱桶和實(shí)心圓柱桶放在光滑斜面頂端，讓它們同時(shí)向下滾，請(qǐng)同學(xué)們思考，哪個(gè)圓柱桶會(huì)先滾落下來(lái)？

教學(xué)目標(biāo)：教學(xué)目標(biāo)作為學(xué)習(xí)需要達(dá)到的最終要求，是一節(jié)課的指導(dǎo)思想。本節(jié)的教學(xué)目標(biāo)有：知識(shí)目標(biāo)：（1）掌握剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)定律的概念；（2）運(yùn)用轉(zhuǎn)動(dòng)定律計(jì)算剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的角加速度。能力目標(biāo)：開(kāi)發(fā)學(xué)生運(yùn)用轉(zhuǎn)動(dòng)定律對(duì)比牛頓第二定律知識(shí)的物理思維及計(jì)算物理實(shí)際問(wèn)題的能力。思政目標(biāo)：通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)定律的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生樹立事物發(fā)生發(fā)展的規(guī)律，從而建立發(fā)現(xiàn)問(wèn)題以及解決問(wèn)題的能力。

前測(cè)：前測(cè)部分的進(jìn)行可以使老師掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，本節(jié)課前測(cè)通過(guò)智慧樹提前一天發(fā)布給學(xué)生，具體題目見(jiàn)圖2，通過(guò)兩道題了解學(xué)生對(duì)力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的掌握情況，正式上課時(shí)對(duì)兩道習(xí)題答題情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和解答。

參與式學(xué)習(xí)：本環(huán)節(jié)主要體現(xiàn)學(xué)生為中心的特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生參與到課堂教學(xué)內(nèi)容上。提出問(wèn)題：力矩M→等于零時(shí)，剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度是什么樣的？力矩M→不等于零時(shí)，剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度又是什么樣的？根據(jù)學(xué)生給出的答案，結(jié)合第二章力→改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)→質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系獲得加速度，通過(guò)知識(shí)點(diǎn)間的對(duì)比關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)力矩→改變剛體轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)→剛體獲得角加速度的結(jié)論。緊接著從理論上推導(dǎo)M→、J、α→之間的關(guān)系式，首先是創(chuàng)設(shè)情境，在剛體內(nèi)任意取一個(gè)質(zhì)元，質(zhì)元的質(zhì)量、距離、受力情況如圖3所示，提出問(wèn)題：對(duì)于該質(zhì)元來(lái)說(shuō)F→i和f→i是否都是外力？此時(shí)大部分學(xué)生都能給出正確答案，采用自然坐標(biāo)系，再由牛頓第二定律寫出：切向：Fisinφi+fisinθi=Δmiaτi，法向：－Ficosφi－ficosθi=Δmiani，分解的目的是看看哪個(gè)力對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)有用，法向方向上的力要穿過(guò)軸，因此真正能影響轉(zhuǎn)動(dòng)的是切向的力，在切向兩邊乘以ri，并應(yīng)用aτi=riα，寫出：riFisinφi+rifisinθi=Δmir2iα，提出問(wèn)題：為什么角加速度寫成α而不是αi，讓同學(xué)們?cè)俅蚊鞔_剛體轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中剛體內(nèi)各質(zhì)元的角量是相同的。一個(gè)質(zhì)元是這樣描寫，那么所有質(zhì)元我們對(duì)上式求和得到：∑iriFisinφi+∑irifisinθi=∑i（Δmir2i）α，∑i（Δmir2i）為剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，根據(jù)上一節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)一對(duì)內(nèi)力產(chǎn)生的力矩大小相同方向相反，得到∑irifisinθi=0，令∑iriFisinφi=M，得到M=Jα，因?yàn)榱氐姆较蚩偸窍蛏匣蛘呦蛳?，所以該式通常寫成?biāo)量式，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)此式進(jìn)行文字描述得到轉(zhuǎn)動(dòng)定律的定義。根據(jù)M=Jα可以回答引入時(shí)實(shí)心圓柱和空心圓柱滾落快慢的問(wèn)題，空心圓柱質(zhì)量分布離軸遠(yuǎn)，所以J空>J實(shí)，力矩相同時(shí)，α空<α實(shí)，即實(shí)心圓柱的角速度越容易改變，所以實(shí)心圓柱滾得快，引導(dǎo)學(xué)生思考自行車車輪、汽車輪胎、摩天輪等質(zhì)量為什么大部分分布于外邊緣？

后測(cè)：為了掌握學(xué)生對(duì)本節(jié)課的掌握情況，進(jìn)行本環(huán)節(jié)。如圖4所示，一質(zhì)量為m、半徑為R的定滑輪左側(cè)繞有繩子，繩子下端懸掛著一個(gè)質(zhì)量為m1的物塊，物塊帶動(dòng)滑輪繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，試求繩中張力和物塊的加速度。

總結(jié)：本環(huán)節(jié)是學(xué)習(xí)內(nèi)容的總結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)力矩、轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)改變、角加速度的定性關(guān)系，進(jìn)一步明確力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系，并總結(jié)力矩、角加速度、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量間的定量關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用類比法學(xué)習(xí)物理知識(shí)的思維習(xí)慣，最后布置本次課作業(yè)。

3?教學(xué)效果評(píng)價(jià)

為了了解同學(xué)們對(duì)BOPPPS教學(xué)模式的適應(yīng)情況，組織學(xué)生開(kāi)展了調(diào)查問(wèn)卷，從圖5可以看出，對(duì)于能否提高學(xué)習(xí)主動(dòng)性的問(wèn)題，54.72%的學(xué)生選擇了可以，只有377%的學(xué)生認(rèn)為非常不可以，說(shuō)明很大一部分同學(xué)認(rèn)為可以提高學(xué)習(xí)主動(dòng)性；在是否適應(yīng)的問(wèn)卷中，非常適應(yīng)和適應(yīng)的占比總和是52.83%，35.85%的學(xué)生選擇一般，說(shuō)明大家能夠基本適應(yīng)該模式，當(dāng)然還有一小部分學(xué)生的答案是不適應(yīng)和非常不適應(yīng)。

結(jié)語(yǔ)

本文應(yīng)用BOPPPS教學(xué)模式對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)定律教學(xué)進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，教學(xué)過(guò)程嚴(yán)格按照BOPPPS教學(xué)模式的六要素進(jìn)行，問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果表明本次課教學(xué)效果良好，大部分學(xué)生均能接受BOPPPS模式，但是BOPPPS教學(xué)模式并未廣泛應(yīng)用到學(xué)校大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)過(guò)程中，希望后續(xù)能夠?qū)OPPPS教學(xué)模式應(yīng)用到更多章節(jié)的授課中。

參考文獻(xiàn)：

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［3］張雄，張喻，單傳家，等.基于超星學(xué)習(xí)通的BOPPPS線上教學(xué)模式實(shí)踐探究——以湖北師范大學(xué)大學(xué)物理課程為例［J］.湖北師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，40（04）：114118.

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［5］魏薇，譚佐軍，劉泉，等.虛實(shí)結(jié)合的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)BOPPPS教學(xué)模式改革與實(shí)踐［J］.物理實(shí)驗(yàn)，2022，42（03）：4751.

基金課題：新疆理工學(xué)院教學(xué)能手專項(xiàng)項(xiàng)目；2022年自治區(qū)級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（S202213558016）

作者簡(jiǎn)介：李萍（1990—?），女，甘肅會(huì)寧人，碩士，講師，研究方向：凝聚態(tài)物理、大學(xué)物理教學(xué)。

*通訊作者：尹偉（1990—?），男，四川三臺(tái)人，碩士，副教授，研究方向：凝聚態(tài)物理、大學(xué)物理教學(xué)。