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电磁小火车--探索电与磁之密

申报人：陈柯羽 申报日期：2025-01-10

基本情况

2025年批次
电磁小火车--探索电与磁之密 学生申报
创新训练项目
理学
物理学类
学生来源于教师科研项目选题
一年期
本项目将美育教育与光电磁学专业知识相结合，探索电磁学的奥秘，演示电磁现象，并深入探讨电磁现象背后的原理。收集电磁学相关素材，运用万彩演示大师、EV录屏、VideoScribe等软件并结合自身所学的电磁学知识制作微课视频。在微课中通过学生自己动手制作电磁小火车演示电磁学的实验，展示电磁学之美，并进一步探索电磁小火车现象背后的原理。通过本项目培养学生创新思维能力、设计能力和实践动手能力，引导观众走进电磁的世界，感受电磁之美。
磁控溅射制备Mo2C薄膜的结构与性能研究 、预钠化策略提升生物基硬碳负极储钠性能的研究
梁秋群老师：主持广西自然科学基金项目并已结题，参与多项国家自然科学基金项目。主持大学生创新创业训练计划，区级项目，磁悬浮小车的设计与制作，2021.5-2022.5已结题。区级项目，基于matlab的光学现象的仿真设计，2020.4-2021.4已结题。
指导老师指导学生做电磁实验，并对电磁现象背后的电磁原理的解释进行指导。在微课的制作过程，给与技术支持。
校级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
陈柯羽 物理与电子信息工程学院 应用物理学 2023 总览项目、方案设计与进度安排
王文锴 物理与电子信息工程学院 通信工程 2023 视频剪辑与制作以及后期管理
赵刘涛 物理与电子信息工程学院 应用物理学 2023 拽写阶段报告和结题报告
周彦君 物理与电子信息工程学院 电子信息工程（应用） 2024 查找文献、方案设计
李俊慈 物理与电子信息工程学院 应用物理学 2023 素材收集、教案拽写

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
梁秋群 物理与电子信息工程学院 否

立项依据

科技教育是现代社会的重要组成部分，旨在培养学生的科技素养和创新能力。本项目旨在通过微课的制作，培养学生的动手能力和创新思维,提升学生对电磁原理的理解。微课设计注重学生的动手实践和创新思维训练，通过实验操作和互动问答等方式，激发学生的创造力。本项目将微课与电磁学专业知识有机融合，借微课鲜活呈现电磁现象，同步深入阐释背后原理，循循善诱，助力学生汲取专业精华。以电磁学为舟，从美育视角出发，借微课教学妙法，寓教于乐、用情动人，引领莘莘学子悠然探入电磁学的奇幻天地，沉浸式领略其中的微妙乾坤。
本项目旨在通过一系列精心设计的电磁学实验和微课，深入浅出地讲解电磁现象及其背后的原理，培养学生的科技素养和创新能力，增强学生的直观认识和理解能力。具体研究内容包括：
（1）制作电磁小火车等，进行电磁现象的展示与实验演示：通过电磁小火车、电磁炮、电磁跳环、磁悬浮列车等实验，展示电磁现象的实际应用。这些实验从身边的电磁现象出发，通过实际操作演示，使学生能够直观地感受到电磁现象的奥秘。
（2）电磁现象工作原理的详细讲解。对上述实验的工作原理进行深入讲解，涵盖电磁感应、电磁力和电磁悬浮技术等关键概念。这一部分旨在使学生全面理解电磁现象，掌握电磁学的基本原理。
（3）微课的制作与优化。录制电磁实验视频，制作电磁原理动画和PPT，直观展示电磁现象的形成过程。对实验视频进行剪辑，去除冗余部分，突出重点，并添加音效和配音，使内容更加生动有趣。同时，制作字幕以方便学习者阅读和理解。
本项目紧扣电磁学的重要知识点，通过微课形式演示电磁现象（如电磁小火车、电磁炮、电磁跳环等），展示电磁学的奥秘，并深入浅出地讲解电磁现象背后的电磁学原理。项目将复杂的电磁学知识通过微课高效、清晰地呈现给学习者，帮助他们更好地理解电磁学原理，提高学习兴趣和效果，突破传统教学在时间和空间上的局限。
此外，本项目制作的微课涵盖多个经典电磁学理论知识，如洛伦磁力、法拉第电磁感应定律、电磁波的产生和传播等。针对每个知识点，通过学生实际操作演示或动画演示电磁实验现象，并讲解背后的电磁原理。采用引导式教学，在微课中设置思考问题，旨在启发学习者主动探索，加深对知识点的理解和记忆。
本微课通过这些实例丰富学生的认知广度，促进理论知识与实践情境的深度融合。通过富有趣味的电磁学微课，增添学习者对科学的兴趣。学习者对电磁学实验的理解程度有明显提升，能更准确地描述实验过程与原理，实际操作的规范性也有所增强。在无形中培育学生的科学逻辑推理及研究能力，并将课程思政的核心价值观有机融入，体现了以学习成果为导向的教学模式在全球化教育视野下的成功应用与实践。
国内发展现状和动态
（1）受到高度重视：2012年起，教育部及各级教育行政部门高度重视微课，多部门先后启动微课比赛，多地也组织了相关比赛和资源建设计划，推动了微课的发展.
（2） 理论实践并进：胡铁生、焦建利、黎加厚等专家对微课进行了定义和理论研究 ，胡铁生还开发了微课资源库，众多学者也对微课的设计开发、应用等展开了研究.
（3）应用领域广泛：微课在基础教育、高等教育、职业技术教育等领域都有应用，且随着移动宽带网络和学习终端的普及，与翻转课堂、混合学习等新型学习方式结合紧密，应用态势良好.
（4）资源建设丰富：随着信息技术的不断发展，微课作为一种新兴的教育资源，逐渐在教育领域得到应用。微课具有“短小精悍”等特点，能够有效弥补传统教学模式的不足，丰富物理课堂内容，提高学生的主动性。国内研究者对演示实验类微课的设计与制作进行了深入研究，探讨了微课的教学设计、呈现方式、脚本设计等，强调微课在演示实验类微课中的应用。针对电磁学，设计了基于微课的教学案例，探讨微课程在电磁学中的应用功能，明确学习任务和教学设计的重要性。
国外发展现状和动态
（1）起源与发展：微课最早源于1993年美国北爱荷华大学的60秒课程以及1995年英国纳皮尔大学的1分钟演讲，2008年美国新墨西哥州圣胡安学院戴维·彭罗斯首次提出了目前普遍热议的微课概念。之后，随着可汗学院的兴起以及翻转课堂教学模式的流行，微课在国外大热。
（2）应用效果显著：如英国的教师电视微课视频库、基于维基功能的微课频、英语专业学科微课视频应用等，在促进教师专业发展、提升学生学习成绩等方面发挥了积极作用。可汗学院更是凭借其免费授课模式，广受赞誉，推动了教育的发展。21世纪是信息技术的时代，教育与信息技术的融合是未来发展必然的趋势。微课作为信息技术的产物，具有显著的教学优势，正在不断推动教育模式的创新。微课以其精悍、高效的特征，作为一种新的教学模式正日益成为教育领域的新宠，深刻影响着课堂教学。微课的出现颠覆了传统课堂的教学模式，带来了以“微视频+翻转课堂”为基本模式的教学实践与研究
创新点：
①电磁小火车可视化抽象概念：电磁学中的诸多概念，如电磁小火车制作过程中电场、磁场的分布，电流的微观流动等，较为抽象，学生理解困难。通过3D建模，可以将这些抽象概念转化为直观的三维模型，清晰展示其形态、结构和变化过程，帮助学生更好地理解和掌握.电磁学中的一些物理过程，如电磁感应现象、电磁波的传播等，仅靠文字和图片难以充分展现。利用3D建模进行动画演示，能够生动地呈现如电磁小火车运动等这些过程的细节和动态变化，使学生更深入地理解其原理和规律，并且动手制作电磁小火车更能成功。利用3D建模软件提前创建好电磁学教学模型和动画，在微课中直接使用，减少了课堂上绘制图形、讲解概念的时间，提高了教学效率。
②微课与人工智能的结合：本项目通过将微课和人工智能的结合，利用AI技术根据学生的电磁学学习进度和兴趣点，智能推荐电磁学相关的学习资源和课程，提供更加精准、个性化的学习体验。并且在后期AI技术可以提供智能训练反馈，借助大数据分析学生电磁学学习数据，了解学生对电磁学知识掌握程度，从而更有针对性地备课和教学，提高教学精准度，解答学生疑惑，帮助学生更好地掌握电磁学知识。
③在线互动平台：建立交流平台，提供进入链接，利用在线互动平台，如腾讯会议、学习通等，开展实时在线讨论、小组合作学习等活动，促进学生之间、师生之间的交流互动，如学生可在平台上分享电磁学实验心得。并且举办电磁学知识点竞赛活动，生成竞赛排行榜，激发他们的竞争意识和求胜欲，从而提升学习的趣味性和成就感。如举办电磁小火车的知识点竞赛活动，使学生对电磁小火车背后的原理有更深刻的理解，也提升了对电磁学的兴趣。
项目特色：
①探究性强：本项目通过电磁小火车实验，引导学生进行深度探究学习。我们构建了一系列递进式的探究问题，激发学生对电磁学原理其它方面的知识进行深入思考。例如，学生在掌握基本实验原理后，会被引导思考如何通过改变小火车的结构设计来提高能量转换效率。
②实验研究与理论知识紧密结合：电磁学课程中很多理论、概念和物理规律都是通过实验发现和验证的，课程注重加强实验内容的教学，设计与电磁学理论教学相关的物理实验，将实验教学和理论教学完美结合。学生在学习时能一边对照实验一来学习理论知识，能够更加高效的理解该部分电磁学知识并融会贯通。
③竞赛激励机制：为进一步提升学生的学习动力，微课采用了游戏化设计。课程设置了竞赛式学习模式，定期开展实验知识竞赛，对学生不同的答案进行比较排名，并通过排行榜对学生的表现进行激励。通过这种方式，学生不仅能获得虚拟奖励和证书，还能在竞争中提高自己的实验技能和创新思维，激发他们的学习热情与求知欲。
⒈技术路线：
①需求分析与规划阶段
在需求分析与规划阶段，首先需要明确微课的教学目标、受众群体和功能需求。这一步骤是整个制作流程的基础，决定了后续内容的选择和表现方式。通过调研学生和教育市场，可以确定微课的主题、目标、时长、形式和风格等基本要素。例如，电磁小火车实验现象微课的的目标可能让学生理解电磁感应现象、磁力的相互作用等复杂组合后所呈现的效果并了解其在现实生活中的应用；如磁悬浮列车等。
在这一阶段，还需要规划微课的整体框架，包括内容模块、实验设计、表现形式等。不仅要设计实验方案，准备实验器材并进行实验操作，拍摄实验过程中的高清视频和图片素材。同时，收集与电磁小火车实验现象相关的动画、案例资料等辅助素材，为微课制作提供丰富的资源。例如，我们本次的微课主题为电磁小火车现象相关的实验，有如下原理图，如何让实验生动有趣，还得根据具体需求而规划。
②实验设计与素材采集阶段
在实验设计与素材采集阶段，需要详细设计电磁小火车现象相关的实验方案，并准备相应的实验器材。首先，可以设计电磁小火车工作状态的实验，演示其作用过程中电磁力所产生的效果。此外，还需要拍摄实验过程中的高清视频和图片素材，并收集相关的动画和案例资料，以增强微课的吸引力和互动性。
③微课制作阶段
在微课制作阶段，利用视频编辑软件例如，剪映，wink等对采集的素材进行剪辑、整合。添加文字解说、动画效果、互动元素等，将电磁小火车的概念、原理、实验步骤等知识内容以生动有趣的方式呈现出来。例如，可以通过动画演示电磁小火车电磁力的变化过程及其所展现出来的现象，在关键知识点处设置提问、测验等互动环节，增强学生的参与度。
④测试与优化阶段
在测试与优化阶段，邀请教育专家、教师和学生代表对制作完成的微课进行试用和评估。收集反馈意见，重点关注内容的准确性、实验演示的清晰度、讲解的易懂性以及互动环节的有效性等方面。在微课放出之后，根据反馈对微课进行优化和调整，确保其质量达到较高水平。
⑤发布与推广阶段
将电磁小火车实验微课发布到教育平台、学校官网或者等相关渠道，进行推广宣传。与学校、教育机构合作，推动微课在教学中的应用，收集实际应用中的数据和反馈，为后续的迭代更新做准备。
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图1“电磁小火车”微课的技术路线思维导图
图2 微课制作的技术路线
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⒉拟解决的问题：
①抽象知识理解困难：电磁小火车制作实验涉及到较为复杂电磁力相互作用过程理解起来较为抽象。通过微课中的动画演示、实验展示等直观方式，将抽象知识具象化，帮助学生更好地理解电磁小火车的原理和发生条件。
②实验操作难以普及：传统的电磁学实验受实验器材、场地等限制，很多学生无法亲自参与各种电磁学实验操作。微课通过详细的实验演示视频，让学生可以近距离观察实验过程，并且可以通过模拟实验操作环节，让学生在虚拟环境中进行实验设计和操作，提高学生的实验技能和实践能力。
③教学资源单一枯燥：现有的电磁学教学资源大多以教材、PPT 为主，形式较为单一枯燥，难以激发学生的学习兴趣。本微课采用多种媒体融合的方式，加入丰富的动画、视频、互动元素等，打造生动有趣的教学资源，提高学生的学习积极性和主动性。
⒊预期成果：
①高质量微课资源：制作完成一套完整的电磁力实验微课，包括多个微课视频，涵盖电磁力的基础概念、实验探究、实际应用等方面。微课具有画面清晰、讲解生动、互动性强等特点，能够满足学生自主学习和教师辅助教学的需求。
②教学效果提升：通过在学校和教育机构的推广应用，预期学生对电磁感应现象的理解和掌握程度将显著提高，在相关知识的考试、作业等方面表现更好。同时，学生的科学探究能力、创新思维能力和实践操作能力也将得到一定程度的培养和锻炼。
③教育资源共享与交流：将微课发布到公共教育平台后，能够与其他教育工作者共享教学资源，促进教育领域关于电磁感应教学的交流与合作。收集来自不同地区、不同用户的反馈和建议，进一步完善微课内容和形式，推动电磁学教学资源的不断创新和发展。
  2025年4月--2025年5月收集电磁学的相关素材，探索对应素材背后的原理，在指导老师的指导下动手完成电磁学实验，并录制下来。
2025年5月--2025年12月完成对文字、图像图形、声音、动画、视频等素材的处理，确定脚本，运用Focusky万彩演示大师、EV录屏、VideoScribe等软件完成微课的制作。
2026年1月--2026年4月撰写相关论文和结题报告。
①团队基础
本团队已经具备了熟练使用Focusky万彩演示大师、EV录屏、VideoScribe等软件的能力，且参加过其他比赛，具有一定的经验，且团队中分工明确、团结合作，处理问题高效。已可以初步制作“电磁小火车”的微课 。
②项目基础
图1 电磁小火车示意图 图2 电磁小火车 原理图  图3 微课制作过程 界面截图
已具备的条件：团队成员参加过其他各类的比赛项目，具备了较多的比赛经验，具有较强的动手能力，且对项目有着自己的看法，有益于项目的创新。且对电磁学知识进行过系统的学习，有丰富的电磁学知识积累。团队已经具备了熟练使用Focusky万彩演示大师、EV录屏、VideoScribe等软件的能力，可以用于制作微课。
尚缺少的条件及解决方法：传统的电磁学实验受实验器材、场地等限制，无法高效的进行实验。后期需要并购买器材进行实验。

经费预算

开支科目 预算经费（元） 主要用途 阶段下达经费计划（元）
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 5000.00 购买文献、材料等 2500.00 2500.00
1. 业务费 4000.00 无 2000.00 2000.00
（1）计算、分析、测试费 1000.00 计算实验数据 500.00 500.00
（2）能源动力费 0.00 无 0.00 0.00
（3）会议、差旅费 1000.00 小组讨论、出去学习 500.00 500.00
（4）文献检索费 1000.00 购买书籍，论文等文献 500.00 500.00
（5）论文出版费 1000.00 出版论文 500.00 500.00
2. 仪器设备购置费 0.00 无 0.00 0.00
3. 实验装置试制费 0.00 无 0.00 0.00
4. 材料费 1000.00 购买材料 500.00 500.00
结束

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