农科大学物理“4443”教学新模式的探索与实践

朱 杰 解迎革 汪自庆 王国栋

（1.西北农林科技大学理学院，陕西杨凌 712100；2.西北农林科技大学创新实验学院，陕西杨凌 712100）

作为整个自然科学的基础，物理学（Physics）对科技和经济发展、人类社会的进步产生了并产生着巨大的推动作用。大学物理（College Physics）作为农科专业本科生的公共必修课程，在学生科学方法的训练、科学思维的形成和创新能力的培养中发挥着不可或缺的作用，其教学效果必将直接影响现代农业科技人才的培养质量［1］。长期以来，农科类专业大学物理的教学一直面临着诸多困惑：物理教师总是习惯于物理知识讲授的系统性和完整性，总是在抱怨教学计划确定的课时太少；而学生则普遍认为大学物理的内容体系与高中物理差别不大，而且增加了太多的数学公式，教学过程空洞乏味，又与所学专业缺乏直接的联系，所以缺乏主动学习的积极性［2-3］。此外，部分农科类专业的专业课教师认为纯粹的物理教学没有为专业课的教学做好铺垫，甚至有部分专业课教师和农科类学院建议减少大学物理的课时或者干脆取消大学物理课程。这使农科类专业的大学物理课程处于“物理教师教得费劲、农科学生学得没劲、专业教师觉得费事”的尴尬局面［4］。

面对这些困惑，作为农业院校从事大学物理教学的教师，笔者多年来一直在进行大学物理教学改革的探索与实践，初步构建了农科大学物理教学新模式——“4443”模式，即搞好“四个结合”，调整教学内容和教材内容；采取“四项措施”，保障教学团队的建设；推进“四项改革”，改进教学方法，从而有效地解决了农科大学物理教学存在的专业培养目标与课程教学目标不一致、计划课时少与教学内容多、学生学习兴趣与教学内容不符的“三大矛盾”。农科大学物理教学“4443”新模式的探索与实践取得了一定的成效，教学团队的教学理念得到升华，精品教材、精品课程和教学团队的建设取得显著成效，学生的自学、质疑和探索能力得到了明显提高［5-13］。

一、“4443”教学新模式的内容

对教学过程，需要明确的是“教什么、谁在教、教给谁、怎么教”的问题。以此为出发点，笔者对农科大学物理的教学内容和教学方法的改革以及相应的教学团队建设进行了研究与探索，提出搞好教学内容经典物理与现代物理有机结合、教学案例新颖性与专业针对性有机结合、教学方法教师主导与学生自主学习有机结合、课程考核理论知识与综合能力考核有机结合的“四个结合”，对教学内容和教材内容进行及时调整；采取教学任务目标约定、教学团队集体授课、教学资源共建共享、教学研究协同攻关等“四项措施”，加强教学团队的建设，保障教学模式的稳定运行；推进课堂教学形式由灌输式转变为研究式、由学生单纯接受知识转变为以能力培养为主，考核方式由单纯期末笔试转变为以课堂讨论、论文写作等平时考核为主，课程实验由验证性的简单操作转变为设计性自主实验等“四项改革”，对教学方法进行改进。

（一）搞好“四个结合”，调整教学内容和教材内容

1.教学内容——经典物理与现代物理有机结合

笔者尝试改变农科大学物理以往的课程教学顺序，重新编排教学内容，并大量引入了现代物理的研究成果，着重讲述改变人类社会生活、视野和世界观的现代物理学理论与技术；同时，在教材编写过程中，将现代物理思想穿插于各个部分，使经典物理内容现代化并与近代物理有机地结合起来，以充分调动学生学习物理的积极性。

2.教学案例——新颖性与专业针对性有机结合

结合农林学科的需要和物理学自身的发展历程，在农科大学物理的课堂教学中，笔者大幅度增加了物理知识应用于农林科技相关领域和日常生活的案例以及有关物理学研究前沿的案例。案例教学为农科大学物理的教学带来了生机，使学生深切地感受到物理学原理和方法的学习与后续课程的学习和专业培养是密切相关的，同时也使农科大学物理课程教学的定位更符合农科专业的实际需要。

3.教学方法——教师主导与学生自主学习有机结合

针对学生自主学习、获取信息和交流协作能力欠缺的现实，在农科大学物理课堂教学中，笔者主要以培养学生的交流沟通能力和团队协作能力为突破口，围绕“生物流体力学”“电磁生物学”“光生物学”等几个主题，要求学生自由组合团队、自选内容，然后展开讨论，最终形成论文并进行宣读。同时，笔者对问题的提出、文献资料的搜集和分析整理、论点论据的凝练、论文的写作、PPT 的制作、观点的宣讲等环节进行辅导，使学生得到全方位的锻炼和提高。

4.课程考核——理论知识与综合能力考核有机结合

在农科大学物理课程考核方式的改革中，笔者打破原来一考定成绩的做法，把考核渗透到具体的教学环节中，把各教学环节的目标和要求是否实现作为重点考核的内容。改革后的农科大学物理课程考核主要考查学生在实践中运用物理学原理分析问题和解决农业科技问题的能力，平时考核与期末考核各占50%的比例。平时主要考核学生作业完成情况、课堂和课后的交流情况、小论文的撰写和宣讲情况；期末采取开卷考试，考题数量多于要求学生完成的数量，允许学生根据自身对大学物理知识的掌握程度选择考题。

（二）采取“四项措施”，保障教学团队的建设

1.教学任务目标约定

开学之初，笔者所在的农科大学物理教学团队与学校教务处、学生所在学院签订教学任务目标约定书，约定书主要对授课教师队伍、教学内容、教学方式、教学管理、教改配套措施等进行约定。通过这种方式可以明确教学团队每个成员的角色并对任务进行具体的分配，可以提出教学改革的基本方向和研究内容并制定具体的教学改革实施方案，可以明确学生自主学习的具体内容和教师的辅导方法。此外，教学任务目标约定书签约各方在期中和期末要进行评估和沟通，检查约定内容的进展与完成情况。通过这一举措可以有效地统筹教学内容、科学地规划教学改革措施以及统一教学实践活动步骤，有利于教学改革的具体实施和教学总体目标的实现。

2.教学团队集体授课

笔者所在的农科大学物理教学团队由省级教学名师挂帅，实行团队授课，每位教师根据自己的特长和优势分别主讲一部分教学内容。主讲教师要对所承担内容的教学改革和专题设置提出设计方案，且方案要经过集体讨论集思广益；而且在方案的具体实施过程中，团队负责人要进行检查评判。同时，教学团队要对所实行的教学改革方案进行集体研究与设计，虽然教学案例的筛选与整理由团队成员分工负责，但是团队要对教学案例的最终确定和完善以及教学过程中出现的问题进行集体讨论，并定期研究教学问题和检查教学改革方案的实施效果。

3.教学资源共建共享

农科大学物理教学团队的建立和集体授课的实施，促进了教学研讨以及教学经验的交流，有效地完善了教材、电子教案、教学案例库。这为开放式课程网站的建立奠定了基础。开放式课程网站的建立为学生提供了教学资源共建共享的平台，学生可以在网上下载、浏览教学资源，并可在线留言或讨论；教学团队成员之间、师生之间也可以在网上进行频繁的交流。这样，既丰富了学生的课外学习，又有效地突破了课堂教学的时空局限，有利于实现教学活动的灵活性和教学组织形式的多元化。

4.教学研究协同攻关

教学过程具有一定的周期性，很多教学研究无法同时开展；而且受限于每个教师的专业爱好和精力，单个教师很难独立、系统地深入开展一门课程的教学研究，所以教学研究需要发挥教学团队的优势，协同攻关。笔者所在的农科大学物理教学团队针对目前农林院校大学物理课程教学的实际，在农科大学物理教学改革的思路和技术路线、研究式课程教学预案等方面开展了讨论，通过相互交流形成了良好的教学研究氛围，并保障了教学改革的顺利实施。

（三）推进“四项改革”，改进教学方法

1.课堂教学形式由灌输式转变为研究式

笔者所在的农科大学物理教学团队开展了基于问题的研究式教学的探索。具体做法如下：首先，课程组教师先集体备课，设计学生在课堂教学中的研讨主题，预估学生可能提出的问题，制定调动学生主动参与研讨的预案。其次，在课堂教学过程中以学生为中心，使学生成为知识的主动探究者，而教师仅仅是扮演指导者和协助者的角色。农科大学物理课堂教学形式由灌输式转变为研究式，有利于学生在教师的引导和协助下积极主动地理解和掌握物理概念，并将物理学知识用以解决与自己专业相关的问题。

2.由学生单纯接受知识转变为以能力培养为主

现代科学技术的发展是迅速的，短暂的学校教育及其传授给学生的有限知识已不能满足学生未来发展的要求，所以学校教育应把重点放在发展学生的自学、质疑和解决问题的能力上。因此，笔者在农科大学物理的课程教学中注重把学生能力的培养渗透到具体的各个教学环节之中，通过课堂主题研讨、课外小组交流、科技论文写作等方式指导与训练学生学会读书、查阅文献、提出问题、设计方案、论文撰写、评价他人观点等。

3.考核方式由单纯的期末笔试转变为以课堂讨论、论文写作等平时考核为主

在学校教务处和学院的大力支持下，笔者对农科大学物理课程的考核方式进行了改革，要求学生在课程学习过程中除了完成必要的作业（占课程总成绩10%）之外，还要以团队或个人的形式完成选题论文的撰写与研讨（占课程总成绩30%），并进行课堂讨论（占课程总成绩10%）。改革后，期末考试成绩在农科大学物理课程总成绩中仅占50%的比例。这使学生的课程学习方式更加丰富多彩、参与教学过程的积极性得到激发；同时，在教学过程中完成课程主要内容的考核也减轻了学生期末考试的压力。

4.课程实验由验证性的简单操作转变为设计性自主实验

大学生在平时的专业课程学习中会有很多想法和思路，很多这样的想法在一定程度上体现了学生的创新性思维，而大学物理处理问题的角度会对这些想法的实现提供极大帮助。因此，笔者对农科大学物理的课程实验教学进行了改革，减少验证性的简单操作，增加设计性自主实验内容。这样，学生在提出设计性自主实验方案的过程中，不仅要掌握相关的理论以及有关仪器方面的知识，还必须具有一定的查阅资料、综合分析、推理判断、观察与分析的能力。此外，要确保所提出的设计性自主实验方案具有合理性和科学性，学生还必须与指导教师进行探讨，要与小组成员进行多次讨论。这都有利于锻炼学生的沟通交流能力和团结协作能力。

二、“4443”教学新模式解决的“三大矛盾”

“4443”教学新模式不仅合理地调整了农科大学物理的课程教学内容和教材编写内容，促进了教学方法的相应改革，而且有效地保障了教学团队的建设；尤其是初步解决了专业培养目标与课程教学目标不一致的矛盾、计划课时少与教学内容多的矛盾、学生的学习兴趣与教学内容不符的矛盾。

（一）专业培养目标与课程教学目标不一致的矛盾

大学物理作为一门基础课程，需要主动地为学生后续的专业课程学习服务。因此，要化解当前农科类专业的培养目标与大学物理课程教学目标不一致的矛盾，就要在坚持大学物理课程“在传授知识的过程中教给学生用物理学的思想和方法去解决问题，注重学生基本能力的培养”教学目标的同时，通过大幅度增加物理知识应用于生物科学、农林科技相关领域的案例，将大学物理知识渗透到学生的专业领域，使农学类专业的培养目标与大学物理课程的教学目标有效地统一起来。

（二）计划课时少与教学内容多的矛盾

为了尽量节省授课学时，笔者首先对农科大学物理课程的教学内容体系进行了整合与简化，在保留主干内容、不破坏教学体系的系统性的前提下，一方面大幅度删减了一些陈旧重复、没有使用价值的内容，另一方面对一些知识点在农林学科中的应用作了进一步延伸，例如增加了生物电磁学、光与物质的相互作用等章节。其次，在农科大学物理课程的教学过程中，笔者还注重讲解物理学原理的意义和应用，而淡化原理、公式的推导过程；同时，对一些应用性章节，采取教师引导、学生自学的方式进行授课。此外，在相关教材的编写中特别强调要便于学生的自学。通过上述措施，不仅有效地缓解了计划课时少与教学内容多的矛盾，而且达到了使学生学以致用的目的。

（三）学生学习兴趣与教学内容不符的矛盾

针对学生学习兴趣与教学内容不符的矛盾，笔者在农科大学物理课程教学中通过研讨式案例教学激发学生的学习兴趣，提高学生学习物理学的积极性和主动参与教学的意识，为课程教学带来了新的生机；同时，在讲授每一个物理学原理和方法时，特别重视结合生命科学、农林科技以及日常生活中的一些现象对这些原理和方法进行分析和解释。这不仅丰富了农科大学物理的教学内容，而且有利于加强学生在农林科学中应用物理学原理和方法的意识，从而有效地解决了学生学习兴趣与教学内容不符的矛盾。

三、“4443”教学新模式实践取得的“四大收获”

在学校相关政策的支持、笔者所在教学团队成员的共同努力和学生的积极配合下，农科大学物理“4443”教学新模式得到逐步完善，并从创新实验学院的试点推广到了学校层面。“4443”教学新模式的实践主要取得了以下“四大收获”。

（一）教学理念得到升华，课程教学目标得到科学定位，课程建设取得较大成效

农科大学物理课程教学既要考虑物理学知识的系统性，为学生奠定宽厚的数理基础，更要围绕专业培养目标的要求，主动与专业知识相衔接，为学生进行专业知识学习做好铺垫［14-18］。因此，大学物理课程教学不仅要教给学生物理知识，更要教给学生运用物理方法解决问题的思想，还要培养学生主动学习和自学的习惯。其一切教学活动的根本目的都是为了实现学生能力的提升，都是为了使学生能够更好、更快地进行专业知识学习，从而为专业培养目标的实现服务。基于上述对农科大学物理课程教学理念和课程教学目标的定位，笔者所在教学团队在课程建设方面取得了众多成果，理论研究系统深入，教学研究成果丰硕。例如，在大学物理教学过程中累计收集教学案例200余个，发表教改论文15篇；西北农林科技大学农科大学物理课程在2008年被评为省级精品课程；“农科大学物理教学新模式的探索与实践”教研项目的成果分获2010年校级教学成果特等奖和2011年省级教学成果特等奖［1-13］。

（二）系列教材的建设日臻完善，出版多部国家级规划教材

2001年，笔者所在的西北农林科技大学农科大学物理教学团队负责人主编的“高等学校新世纪系列教程”——《大学物理学》《基础物理学》《大学物理实验》和《大学物理学习指导》4本系列教材由科学出版社出版，初步形成了具有农林特色的大学物理课程教材体系。该系列教材在全国10余所农林高校使用后，获得了初步好评。之后，笔者所在的教学团队在全国农林高校率先提出农科大学物理教学要注重“两个有机结合”的观点，重点对农科大学物理课程教学内容的删减与增加、案例的收集整理、低年级基础课与专业实际问题的结合程度等具体问题进行了深入细致的研讨，解决了在实际实施过程中的操作问题；并在2004年版的高等农林院校“十五”规划教材——《大学物理》和《大学物理实验》（中国农业出版社出版）中体现了相关的研究与实践成果。其中《大学物理》于2007年获得陕西省优秀教材一等奖。此外，根据上述体系和理念申报的2008年版“十一五”国家级规划教材——《大学物理学》和《大学物理实验》由高等教育出版社出版后，已被多所农林高校使用，并取得了较好的教学效果和产生了较大的影响，成为全国农林高校重点推荐使用的教材。

（三）教学团队的建设取得显著成效

农科大学物理“4443”教学新模式的实施促进了教学团队有效合作机制的建立和完善，加强了教学研讨以及教学经验的交流，提高了教学资源的利用率，营造了浓厚的教学研究氛围，使青年教师的教学能力得到了锻炼和提升、教学团队整体的教学水平显著提高。目前，西北农林科技大学农科大学物理教学团队的成员100%具有博士学位，具有1 年以上留学经历的教师已超过50%；近年来培养的10余名青年教师均已成为大学物理课程的教学骨干。教学团队的带头人王国栋教授于2009年荣获“陕西省教学名师”称号，于2011年获得宝钢教育基金会颁发的优秀教师奖。农科大学物理教学团队于2011年获批成为省级教学团队。

（四）学生自学能力、质疑能力和探索能力得到显著提高

农科大学物理“4443”教学新模式改变了以往直接对学生进行知识灌输的教学方式，将案例教学法和科技论文写作引入教学过程，课堂教学以引导为主，着重讲解物理原理的本质和应用，然后辅以案例解释，而且每个案例均提供延伸材料和参考文献，供学生课后阅读。通过该环节的训练，学生的自学能力得到了提高。另外，“4443”教学新模式还注重培养学生对未知领域的探索能力，要求学生通过阅读能够思考和提出问题，并引导学生对问题进行分析并予以解决。这样，学生在学习中不仅要获取和掌握物理学科的知识，而且要了解物理学在自己的专业领域的应用；更为重要的是学生还要动手、动脑，掌握获取知识的方法，学会如何自主探索答案，成为知识的探索者和创造者。

总之，西北农林科技大学农科大学物理“4443”教学新模式的探索与实践虽然取得了良好的教学效果，具有一定的借鉴价值，但目前的推广规模还比较有限，还需要进一步在校内所有农科类专业以及国内同类高校中予以推广和应用。因为只有通过大面积的推广应用，才能发现“4443”教学新模式的不足之处，从而促进其改进与完善［19-21］。

［1］朱杰，王国栋.持续农业模式及其对我国农业产业现代化的影响［J］.农业现代化研究，2006，27（5）：340-344.

［2］王国栋.农林高校基础课程教学改革之管见［J］.高等农业教育，2008，11（11）：64-66.

［3］赵忠，王国栋.研究型农业大学办学思路略论［J］.中国大学教学，2007（9）：66-68.

［4］陈遇春，王国栋.我国农科拔尖创新人才培养模式构建研究［J］.中国高教研究，2011（6）：62-64.

［5］朱杰，王国栋.生物物理研究机构在生物类专业创新人才培养中的作用［J］.实验室科学，2011，14（5）：202-205.

［6］朱杰，王国栋.在高等农业院校组建生物物理研究所及其现实意义［J］.安徽农业科学，2011，39（31）：19660-19662.

［7］解迎革，李霞，王国栋.重视创新能力培养的大学物理教学实践与思考［J］.中国林业教育，2011，29（1）：66-69.

［8］李霞，解迎革，王国栋，等.创新型大学物理实验教学平台的构建［J］.西北农林科技大学学报：社会科学版，2010，10（增刊）：169-172.

［9］朱杰，王国栋.生物物理学引入生物类专业大学物理课程体系初探［J］.高等理科教育，2010，18（6）：85-89.

［10］汪自庆，王国栋，刘云鹏，等.生命学科“大学物理”教学中的几点想法［J］.大学物理，2010，29（9）：42-44.

［11］朱杰，郭连红，王国栋.物理农业技术在现代农业基础科学与工程研究中的应用［J］.大学物理，2008，27（7）：45-49.

［12］朱杰，郭连红，王国栋.物理农业与农业物理学及其在我国农业现代化中的作用［J］.农业科学研究，2008，29（2）：64-68.

［13］朱杰，王国栋.生物物理新技术与新方法教案的构建及其方法学探讨［J］.高等理科教育，2007，15（2）：54-57.

［14］郭守月，袁兴红，穆姝慧，等.基于学习动机诱发的农科大学物理教育模式探索［J］.高等农业教育，2011（8）：63-65.

［15］柴成钢，刘泉，桂荣.体验式物理教学理念在农科物理教学中的尝试［J］.高等农业教育，2008（5）：61-63.

［16］林智群，任文辉.将物理学史引入农科类专业物理课程教学的思考与尝试［J］.西南农业大学学报：社会科学版，2010，8（5）：243-245.

［17］李士军，于秀玲，史明非.农科大学物理教学改革与探索［J］.吉林农业科技学院学报，2010，19（3）：122-124.

［18］龙卧云.农科大学物理教学改革与探索［J］.湖南农业大学学报：社会科学版，2008，9（1）：38-40.

［19］龙卧云.农科大学物理自主探索式教学的探讨［J］.现代教育技术，2009，19（专刊）：269-270.

［20］武秀荣，陈晓春.农科物理实验教学改革的实践与认识［J］.中国现代教育装备，2009（2）：66-67.

［21］王乐新，关晓燕.拓展内涵 突出创新——构建农科特色的大学物理课程体系的思考［J］.内蒙古农业大学学报：社会科学版，2011，13（4）：121-123.