大学物理3D课堂教改初探

叶兴浩

摘 要：为培养兼具基本知识、创造能力、科学精神的立体型人才，文章探索一种以学生实践为核心、以“制作、展示、研讨”为主线的大学物理3D课堂教学模式，主要集中阐述了大学物理3D课堂的含义与目标、框架体系及考核方法，并对3D课堂的未来规划做以简要的分析。

关键词：教学改革；大学物理；3D课堂

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2016）05-0012-03

大学物理是高校多数学生的必修课程。长期以来，包括该课程在内的几乎所有大学课程，采用的是传统课堂教学模式，即教师一堂课讲授到底，学生完全被动听课，最后期末考试一锤定音。这种从书本到书本、到试卷的教学方式，扼杀了学生学习的主动性和创造性。惠普公司前CEO、不久前宣布参选美国总统的卡莉·费奥里娜女士说，中国学生擅长考试，但缺乏想象力和创造精神[1]。这话虽有一竿子打死的味道，但确也道出了中国教育的要害。

物理学史上，我们看到，法拉第、富兰克林等，虽然没上过多少学，却有伟大的科学发现和创造[2-4]。而我们现在的好多学生，从中学到大学，学习了那么多年的物理，做了那么多的题目，到头来，却连一个小物件坏了也不会修，甚至连一个螺钉也不会拧。如此反差，又是为什么呢？——动手实践的问题！

注重理论联系实际，让学生在实践中自主学习、探究创造，就是我们大学物理课堂教学改革的理念。这一理念，是基于对大学物理的教学现状——也是对整个国家的教育现状和人才问题的认识。我们期望通过强化实践创造的3D课堂教学模式的实施，为培养富有想象力和创造精神的新型人才探索一条路子，同时也从高等教育的层面呼应当今“大众创业、万众创新”的国家战略[5]。本文结合大学物理3D课堂的教改运作，对大学物理3D课堂的含义目标、框架体系及考核方式进行梳理，对3D课堂的初步实践加以总结，并对3D课堂的未来发展做出规划。

一、大学物理3D课堂的含义与目标

大学物理3D课堂的“3D”，指的是“Do，Display，Discuss”，即“制作、展示、研讨”（图1）。其中“制作”是课堂外的实践活动，作品的“展示”在课堂上进行，展示过程中进行课堂“研讨”，且问题及实践的研讨可以在课外进一步向网络平台及实践空间延伸。概括地说，大学物理3D课堂就是，在教师精心点拨大学物理核心知识体系、学生精心制作课题报告和实物装置的基础上，定期组织课题和实物的课堂展示与问题研讨。以课题报告、实物制作、研讨作业、期末考试四项内容综合评定学生的课程成绩。3D课堂将教室里的小课堂，拓展到了教室外的大课堂，课堂的主体是学生，教师发挥引导作用。

3D课堂的目标是培养三维立体创造型人才。这三个维度分别是：知识（K-knowledge）、能力（C-capability）、精神（S-spirit），即物理基本知识、实践创造能力、科学探究精神（图2）。这里，知识维度是传统课堂教学的目标，能力维度是大学物理3D课堂着力追加的目标，精神维度则是3D课堂更高境界的追求目标。具体地讲，这三大目标是：（1）知识目标：大学物理3D课堂实施“瘦身”学习法，化繁为简，去琐存精，把最基本的大学物理思想方法、概念关系、定理定律、典型应用等核心内容，作为学生的知识架构目标。（2）能力目标：大学物理3D课堂注重学以致用，以用促学。学生通过3D课堂的学习实践，不仅增长知识，更增长才干。实物制作培养动手实践创造能力，报告制作培养调研分析处理能力；课堂展示培养表达应对沟通能力，互动研讨培养提问质疑探究能力等。其中培养想象力和创造力是贯穿这些能力的核心。（3）精神目标：大学物理3D课堂在创新教学模式、培养实践技能的同时，更追求学生科学精神的提升。这些精神包括实干精神、创新精神、怀疑精神、挑战精神、冒险精神、吃苦精神、执著精神、合作精神、独立思考精神等，以及好奇、童心、热爱等品质因素。

二、3D课堂的框架体系

大学物理3D课堂首先进行小班试验。班级人数不超过40人，根据自愿组合原则，组建10个左右的学习小组。课堂教学紧紧围绕“制作、展示、研讨”三个D展开（图3）。

第一个D“制作”，是学生的课外实践。除了精选适当数量的知识作业要求学生完成外，更注重课题研究和实物制作两大实践作业。课题研究要求选择与课程相关，同时又可作知识拓展的不同方面的内容。实物制作要求兼顾本学期的知识体系，选取感兴趣的方面，尽可能利用身边闲置的乃至被废弃的材料，动手制作体现一定物理学原理的实物装置。这两大实践作业，均以小组为单位，人人参与，个个动手，合作完成，按计划分期进行课堂展示。

第二个D“展示”，在课堂上进行。除了教师把精心梳理的大学物理核心知识向学生生动展现外，更引入学生课题研究和实物制作的展示。课题研究以精心准备的PPT报告进行课堂展示，小组成员集体汇报他们对选取课题所做的系列工作。实物制作以精心制成的器件装置进行课堂演示，报告所制作物件的物理原理、制作经历及收获体会等。对于每一次的课题报告及实物展示，均要求组员人人上场，相互配合，作好演示、讲解及问题回答工作。

第三个D“研讨”，相当大一部分在课堂上进行，另外也向课外实践空间及网络平台延伸。每一次课题报告和实物展示之后，当堂组织讨论，以小组为单位，向讲台上的报告和实物展示组全体成员，提出涉及物理学原理、知识、应用等方面的各种各样的问题，进行互动研讨。问题研讨也包括，对教师精心选讲的物理学基本思想方法、概念关系、定理定律及应用实例，采用若干典型的思考选择题进行师生互动研讨。当然，无论是课程知识方面的问题，还是课题研究和实物装置涉及的问题，都不可能在有限的课堂时间里得到深入细致的讨论。为此，我们将利用建设中的大学物理实践中心及网络学习交流平台，把知识及实践问题的研讨延伸至课外。

在大学物理3D课堂中，制作实践成为课堂教学改革的重头戏。学生的课外制作实践，及其在课堂上的展示和研讨，可以辐射知识、能力乃至精神的四面八方。通过3D课堂的“制作、展示、研讨”，我们期望切切实实增强学生学习的主动性，提高解决实际问题的能力，提升敢于疑问、百折不挠、执著奋斗的科学精神，造就富于想象和创造的时代人才。

三、3D课堂的课程考核方式

与“制作、展示、研讨”的课堂构架相配套，大学物理3D课堂采用形成性、多维评价课程考核体系。学生的期末总评成绩由四个方面构成。（1）研讨作业：由课堂出勤、研讨提问、课后作业三部分给出。（2）报告成绩：由课题研究、PPT报告、问题回答综合评定。（3）实物成绩：由器件制作、演示讲解、疑问答复综合给分。（4）考试成绩：期末试题分选择题、计算题、简述题三种题型，考查学生对最基本的概念关系、定理定律的把握，以及对课堂报告、实物制作、问题研讨中涉及的物理学原理应用内容的了解。

以上四个部分，课题报告、实物制作、研讨作业，各占总成绩的20%，期末考试占40%，但期末考试中仍然要考到报告、实物、研讨这三块内容，因此实质上，课程报告、实物制作、研讨作业、基本知识考试，各占了总成绩的25%（图4）。

四、3D课堂的初步实践

笔者在2015年上半年的大学物理教学班上，尝试了大学物理3D课堂教学模式。首先，确定了一学期必须教学的大学物理核心知识体系，设计了服务于该体系的各章知识练习，题型包括选择题、计算题和简述题，内容涉及各章最基本的物理思想方法、概念关系、定理定律及工程应用。其次，在课程开始，即向学生说明课程考核方式，宣布其由“课题报告”、“实物制作”、“研讨作业”、“期末考试”四项构成，以及各项所占总成绩的比例。第三，根据自愿组合原则，对学生进行分组，每组3到4人，让各小组选择配套本学期知识内容的课题报告题目方向，约定分布到整个学期不同周次的具体报告时间。第四，下达实物制作任务，具体制作何种装置由各小组自行决定，以与本学期知识相关为宜，于适当的时候，在课堂上进行作品展示讨论。第五，对每一次的课题报告及实物展示，均组织课堂讨论，以组为单位至少各提一个问题，请报告展示组人员回答或供大家集体研讨。经过近一个学期的教改实践，这种以“制作、展示、研讨”为主线的大学物理3D课堂教学模式已初具形式。

3D课堂的核心是实践。一个学期下来，学生制作、展示、研讨了《共振的应用与危害》《汽车发动机原理》《生活中静电技术的应用》《电容器的分类及其应用》《电磁技术与环境工程》《电磁效应与医学技术》《电磁技术与媒体应用》《磁悬浮技术——原理、应用及发展》等课题报告，以及直升飞机模型、飞去来器、重力小车、声学共振装置、航模动力装置、磁悬浮装置、静电转动装置、直流发电机、太阳能动力装置、光立方、电子音乐发生器、电子录放机等实物装置。这些实践活动体现了“学、思、干”三者的有机结合——以实践带动学思，学思又更好地推动实践。例如，《电磁线圈与现代生活》课题报告的制作，引发自感互感、涡流效应等多方面知识的学习和思考，进一步又催生电磁效应探矿装置等的制作。又如，电声弦乐器的制作，带出电磁感应、振动、驻波、频率与弦长关系、十二平均律等众多的知识内容，进一步又促成收音机、无线播音器等多种器件的制作实践。

以实践带动学习的大学物理3D课堂，大大改变了学生以往被动学习的状态，代之而来的是主动学习、积极探索、勤于实践的崭新局面。分组制作、集体研讨的教学方式，以一个小组的报告和实物的课堂展示，带动起整个班级的学习、探索、实践，形成一个整体辐射效应，其激励效果十分明显。学生学习积极性提高，参与性增强，上课玩手机、打瞌睡等消极现象消除，教学效果良好。

五、未来规划

为更好实施大学物理3D课堂教学改革，有两个平台需要建设。

（一）制作实践平台

大学物理3D课堂，原则上可以因地制宜、白手起家，不需要特别的硬件条件。但我们期望为学生提供一个坚实的课外实践平台。为此，计划创建“大学物理实践中心”。该中心区别于一般的大学物理实验室，它不是安排好实验器材让学生按部就班做某个确定的实验，而是着力营造两个空间：动手制作的实践空间——为学生制作实物装置提供一处公共实践场地，以及一些必备的仪器工具材料，便于学生相互交流研讨、发挥想象、动手创造；示范激励的展示空间——为3D课堂教改实践提供一处经常性的成果展示场地，通过系列作品的展出，既给学生以示范激励，也为教师相互交流、观摩研讨、分享教改提供渠道。

（二）完善网络学习平台

由于课时的限制，一些物理知识点的学习需要放到课外。为此，将制作与课程配套的知识视频、PPT课件、练习题库等，把它们放到网络教学平台，供学生课外预习、复习和研讨。同时，也可利用网络空间，展开课外制作实践的互动研讨。

随着3D课堂教改实践的展开，教师将及时总结经验，改进方法，提升教学效果和质量。通过一系列的深入实践探索，不断丰富3D课堂教学模式的内涵，打造课堂教学模式改革的精品，并适时撰写大学物理3D课堂教改论文及课程教材，将3D课堂教学模式由个人试点，逐步向系、院、校乃至更大范围推广。

大学物理3D课堂教学模式，基于对国家的教育状况和人才问题的认识，以培养自主学习、富于想象、执著探索的立体型创造型人才为主旨，围绕“制作、展示、研讨”三大环节，强化理论与实践的结合，使学生在掌握物理学基本理论知识的同时，更得到实际能力的提高、兴趣爱好的激励和精神意志品质的提升。课程采取形成性综合考核方式，以课题报告、实物制作、研讨作业、期末考试四块内容确定学生的总评成绩。在教改实践中，教师对3D课堂教改模式的框架体系、实施策略、关键问题、方式方法等已形成初步的认识，取得了较好的教学效果。未来制作实践和网络学习两大平台、课程教材等方面的建设，以及教改实践中的不断摸索总结、交流研讨、改进提高，将使3D课堂教改模式走向成熟完善，并向更大的班级、课程、地域范围推广普及。

参考文献：

[1]朱东阳.美国总统女参选人声称中国人擅长考试没想象

力[EB/OL].[2015-07-02].http：//world.people.com.

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[2][美]弗·卡约里；戴念祖译.物理学史[M].呼和浩特：内

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[3]郭奕玲，沈慧君.物理学史[M].北京：清华大学出版社，

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[4]李艳平，申先甲.物理学史教程[M].北京：科学出版社，

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[5]李克强.2015年政府工作报告[EB/OL].[2015-07-05].

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