案例教学法在大学物理课程教学中的应用_付美芹.pdf

第 44 卷 第 1 期 广西物理 GUANGXI PHYSICS Vol.44 No.1 202397案例教学法在大学物理课程教学中的应用*付美芹（山东华宇工学院，山东德州253000）摘要：在大学物理课程教学中引入案例来进行教学，充分发挥案例教学法在课堂教学中的作用，并将生活中的实际案例和相关的前沿科技融入到教学案例中，能够使课程的教学目标和教学内容更加明确，教学重点更加突出，提高学生的学习兴趣，使学生积极参与课堂活动，提高课堂教学效果和教学质量，同时拓宽学生的眼界。本文以动量定理、角动量定理和角动量守恒定律为例，主要探讨案例教学法在大学物理课程教学中的应用，并列举实际案例如何融入到课程教学当中，以更好地提高教学效果。关键词：案例教学；大学物理；教学效果中图分类号：O4-4;G642.4 文献标识码：A 文章编号：1003-7551(2023)01-0097-030概述案例教学法理论起源于 1920 年，是由美国哈弗商学院提出来的，后被世界各国的教育界逐渐应用和推广，被普遍认为是“代表未来教育方向的一种成功教育方法”。案例教学法以课程的教学目标和教学内容为主线，以理论知识相关的案例为出发点，把理论知识与学生的兴趣点、生活中的具体应用或者高新科技相结合，找出合适的案例，引导学生利用已经学过的知识和技能对案例中的现象进行观察、思考、讨论，充分表达自己的观点，归纳总结得出教学案例所需的结论，同时引导学生进行自主探究，激励学生学习新的物理知识和技能，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。在大学物理课程教学中引入案例来进行教学，充分发挥案例教学法在课堂教学中的作用，并将相关的前沿科技融入到教学案例中，能够使课程的教学目标和教学内容更加明确，使学生积极参与课堂活动，提高课堂教学效果和教学质量，同时拓宽学生的眼界。物理理论知识相关的应用案例通常来源于真实的生活和实践之中，这些应用案例通常既包括所学的物理知识，其中又蕴含着丰富的思政元素，能够把理论知识和应用相结合的同时，又能将物理知识和思政教育完美地结合起来，让学生得到全方位的立德树人式的培养。1案例教学法在大学物理课程教学中的应用1.1动量定理1.1.1教学内容动量定理是牛顿第二定律的进一步展开，它主要侧重于力在时间上的积累效果，它为解决力学问题找到了新的方法，尤其是打击和碰撞类的问题，动量定理的相关理论知识与人们的日常生活、生产技术和科学研究关系密切，可以解释生活中的很多现象，因此学习动量定理有重要的意义。1.1.2学情分析学生在高中时已经学习了动量的概念，同时会运用牛顿第二定律来进行一般运动问题的计算，这为本节收稿日期：2022-12-15*基金项目：2021年山东华宇工学院教育教学改革研究项目：基于“问题导向”的课堂教学设计的研究与实践以大学物理课程为例（2021JG55）通讯作者：第 44 卷 第 1 期 广西物理 GUANGXI PHYSICS Vol.44 No.1 202398课的学习打下了坚实的基础。在教学过程中需要以一些常见的现象作为过渡，来加强学生对动量概念的认识和理解，因此在教学过程中应多让学生利用动量定理来解释日常生活中相关的现象，来加强学生思维的过渡。1.1.3教学方法采用案例式教学和启发探究式教学，从生活中的实际案例走进物理。问题引入：为激发学生学习兴趣，本节课以飞机在飞行过程中撞击鸟的案例开始课程教学，诱发学生的好奇心，并预留悬念，引入新课，实现从生活走进物理的理念，激发学生的探究欲。内容阐释：通过生活实际案例，对动量守恒在生活中的实际案例有基本的了解和掌握，丰富课堂资源；通过课堂讨论，加深对本节知识点的掌握；通过课后思考，理论联系实际，对下一节动量守恒定律的内容做好铺垫。1.1.4创设情景，引入新课播放视频：高速飞行的飞机在飞行过程中，前挡风玻璃因鸟撞击发生破裂，以及“鸟撞高铁”的奇事，诱发学生的好奇心，并预留悬念，提出问题：一只小小的飞鸟，为什么会有如此大的威力？激发学生的学习兴趣，引发学生共鸣和对问题的思考，导入新课。然后由浅入深，层层递进，讲授新课，引导学生思考问题，培养学生的逻辑思维能力，并通过老师对学生的思路进行引导，使学生理解并总结归纳出质点的动量定理。同时将“锲而不舍，金石可镂”的等人生道理融入课程，某方向受到冲量，该方向上动量就增加，引申为有恒心，一切皆有可能，学习上也是只有坚持，才能成功。将思政教育贯穿于教学中，引导学生塑造正确的思想价值观念，进而促进教书与育人有机和谐统一。然后讲授碰撞时冲力的概念，得出平均冲力与冲量的关系，列举缓冲的实例，比如汽车中的安全气囊、跳远的沙坑、跳高的垫子等。1.1.5小组讨论生活中还有哪些应用缓冲的实例？通过生活中的实例，加深学生对知识的理解。随堂练习，小鸟撞飞机，请估算小鸟对飞机的冲击力是多少？通过对课首问题的具体化，提高学生的逻辑推理能力，培养学生学以致用的能力，引导学生树立维护公共秩序的良好意识。“小鸟撞飞机”事件，实际上是“飞机撞小鸟”，所以此碰撞问题的根源就在于飞机飞行时的速度非常快，当遇到正在飞行的小鸟时，机鸟相撞，小鸟受到的冲击力非常大，其反作用力作用在飞机上的冲击力也非常大，小鸟会将飞机的玻璃打穿，更甚者造成机毁人亡。所以生活中有很多严禁超速和超重的标志牌，车辆不管是质量变大，还是速度变大，刹车时间都会延长，同时刹车时产生的力都会非常大，我们在开车时一定要注意行车安全，不超速，不超重。1.1.6课后拓展提高在杂技表演中，躺在地上的演员身上放一块又大又重的石板，其他人用大锤猛击石板，而石板下的演员却没有受伤，原因是什么？质量相等的球之间的碰撞，演示并分析解释其运动现象。通过课后思考题，拓展延伸，理论联系实际加深学生对质点动量定理知识的理解，并为接下来的动量守恒定律相关知识做铺垫。动量和冲量概念学生初次接触，理解有一定难度，利用动量定理解决实际问题是本节课学习的难点，动量定理是本节课的重点。为了突出重点、克服难点，通过视频描述的小鸟撞飞机事件引出课题，以激发学生兴趣，从牛顿第二定律步步推导给出动量、冲量概念，进而得出动量定理的微分、积分形式，并就课首问题进行讨论，有利于学生对本节知识的理解和掌握，同时也加深了学生对牛顿第二定律的理解。通过随堂练习，培养学生分析问题、解决问题的能力，同时体现思政教育，引导学生树立维护公共秩序的良好意识，培养学生解决问题的恒心，实现思政寓课堂，课堂融思政。1.2角动量定理和角动量守恒定律1.2.1学情分析在讲授这节课之前，学生已经学习了刚体的运动、力矩及转动惯量等相关知识，对本节课的学习有一定的知识铺垫，且学生的学习态度认真，有一定的积极性，但是学习过程中缺乏主动思考和质疑的意识，对知识掌握得不牢固不深入，不会用所学的理论知识解释生活或科技中的应用。1.2.2教材内容本节课是基于学生已经具备掌握一定的基本知识的基础上，进一步讨论研究力矩对时间的累积作用，得出本节课的重点角动量定理和角动量守恒定律，从而也为下一节课讨论刚体的转动动能等知识奠定了基第 44 卷 第 1 期 广西物理 GUANGXI PHYSICS Vol.44 No.1 202399础，因此本节课的内容在本章起到了承上启下的作用。同时，通过本节课的学习可以进一步解释生活中常见的现象背后所蕴含的物理原理和物理思想，提高学生将所学理论知识与实际相结合的能力。1.2.3教学策略为激发学生学习兴趣，本节课以神舟十三号太空授课以及冬奥会花样滑冰的内容开始课程教学，激发学生的学习兴趣，诱发学生的好奇心，并提出问题预留悬念，引入新课，通过启发式教学法，引导学生由转动定律出发推导出角动量定理，进一步归纳总结出角动量守恒定律的内容，并强调角动量守恒定律在物理学中的普遍性与重要性，突出教学重点，使学生理解角动量守恒定律，同时丰富课堂资源，利用角动量守恒定律分析军事、日常生活中的转动问题，比如花样滑冰运动员的运动过程、制导导弹中的回转仪、飞机的螺旋桨等，解决教学难点。创设情境，提出问题，引入新课。问题 1：展示神舟十三号 2021 年王亚平的太空授课视频，如何实现太空转身并解释原因？问题 2：冬季奥运会上，为什么花样滑冰运动员会把双臂和双腿时而收缩，时而舒展？然后新课讲授：刚体定轴转动的角动量定理和刚体定轴转动的角动量守恒定律。1.2.4小组讨论滑冰运动员为什么把双臂和双腿时而收拢，时而展开？对于在转动过程中转动惯量会变化的物体，在角动量守恒的情况下，如果转动惯量减小，那么角速度就会增加，但转动惯量和角速度的乘积始终保持不变，花样滑冰运动员就是通过收拢双臂或展开双臂等优美漂亮的舞姿来改变自身的转动惯量，从而改变角速度的大小，实现旋转速度的变化。1.2.5应用实例（1）西汉卧褥香炉；（2）中国 WS-35 型火箭滑翔增程制导炮弹；（3）飞机尾桨和双旋翼的作用。1.2.6课后讨论课后讨论：为什么猫从高处落下时总能四脚着地？本节实际应用较多，在教学过程中插入了神舟十三号太空授课以及冬季奥运会花样滑冰运动员动作背后的物理原因、西汉卧褥香炉的巧妙设计及我国自主研制的制导导弹中应用的回转仪等多个实例，激发学生兴趣，不仅提高了学生应用知识的能力，还将课程思政融入课程，培养学生的民族自豪感和对科学的探究精神。2案例教学法的优点案例教学法克服了传统的讲授法的弊端，使得学生在学完本节课的内容后，不仅理论知识扎实，而且也能提高学生解决实际问题的能力。教学实践证明，合理地利用案例教学法，能够使学生在学习过程中保持高度的学习兴趣，积极主动地思考问题、探讨问题、解决问题，进而提高学生的综合能力。在授课过程中要将传统的讲授法与案例教学法有机地结合起来，拓展学生的眼界，培养学生善于发现、善于思考的精神，实现优势互补，充分调动起学生学习的主动性、积极性，使学生把理论知识和实际应用联系起来，通过我国前沿科技的介绍，还可以增强学生的民族自信心和自豪感，同时培养学生的创新意识和创新能力。参考文献1 程丹.案例教学法在大学物理课程教学中的应用 J.科技视界,2020,9(04):54-55.2 邰非.案例教学在 大学物理 教学中的研究与实践 J.当代教育实践与教学研究,2016,3(03):40.3 吴王杰,杨军,章曦,基于教学案例的大学物理微课设计 J.物理与工程,2019,29(06):95-98.4 项阳.浅谈大学物理课程教学中物理案例的选择 J.科教文汇,2022,15(12):58-61.5 刘冬梅.新工科背景下大学物理课程教学改革研究 J.广西物理,2022,43(02):115-117.6 姜宇,刘艳磊,赵言诚,等.新工科背景下大学物理案例教学的探索 J.高教学刊,2019(20):102-104.