提高应用型本科“大学物理”教学有效性探讨

史友进

(盐城工学院　数理学院，江苏　盐城　224051)

提高应用型本科“大学物理”教学有效性探讨

史友进

(盐城工学院数理学院，江苏盐城224051)

摘要：应用型本科院校“大学物理”教学面临的局面非常严峻：教学内容载荷超限、表达方式晦涩难懂、知识背景交待不清、例题缺少分析讨论、课程安排上缺少考虑学生差别，造成学生普遍感觉“大学物理”难学。研究认为编写注重追求逻辑严密、着力避免空洞表述、数学运用严谨规范、内容组织由易到难、教学要求增强弹性的合适教材，并在教学上开展形式多样的教学活动，是解决“大学物理”教学效果不佳的有效尝试。

关键词：大学物理；教师；教材；教学；探究

大学课程是教师和学生共同参与的以培养计划、教学大纲、教材等为依据进行的教学活动的总和。随着高等教育改革的深入，地方普通工科院校向“应用型”转变是发展的方向之一。“大学物理”是高等学校理工科各专业学生一门重要的通识性必修基础课，在培养学生的科学思维、创新精神、应用意识、创造能力，提高应用型高级工程技术人才素质等方面起着不可替代的作用。目前，地方高校普遍存在学生感觉“大学物理”难学、教师认为“大学物理”难教的现象。任课教师有责任为改变这种状况进行探索、研究。因此，认真思考教学难在何处、教材如何编写、教学如何组织这几个问题对大学物理教学改革具有重要的实用价值和指导意义。

一、教学难在何处

1.教学内容载荷超限

教育部物理基础课程教学指导分委会编制的《理工科类大学物理课程教学基本要求》(2010年版)[1]建议大学物理课程学时数不少于126学时。我校大学物理课程目前有4种学时：96学时、80学时、64学时和48学时。96学时、80学时讲授除相对论外的全部A类内容，64学时讲授除相对论、电磁学外的全部A类内容，48学时讲授力学和电磁学两部分的A类内容。按照布鲁姆教育目标分类，应用类知识点要求学生能求解一定难度的分析计算题。64学时列出的应用类知识点48个，平均每个应用类知识点分配1.3学时。其他学时的课程也类似。总体上看，教学内容多，学生消化掌握有难度。

2.表达方式晦涩难懂

在运动学中，坐标系的概念本是一个易于理解和应用的数学概念，是求解物理问题时选择的表达工具。但是，有人表达成“坐标系是参照系的抽象”或者“坐标系是数学化、定量化的参照系”，这些表达晦涩难懂，没有实际意义。

一个新的物理概念的引入，不是源于生活工程实践或者理论体系，而是凭空而出，难以接受。如力学中的力矩概念。事实上，力矩概念与力的概念作对比有相似性：力是改变物体运动状态的原因，力对转轴的矩是改变定轴转动刚体运动状态的原因。按照这个定义，启发观察思考使定轴转动刚体运动状态发生变化与哪些因素有关，从而引入力对转轴的矩的计算公式。这样才能启迪思维、体验乐学、培养兴趣。

3.知识背景交待不清

“大学物理”教学中需要大量运用高等数学知识，但多数教材在运用时不作交待。例如，运动学中由初始条件和加速度表达式求速度表达式的问题求解，用的是高等数学中微分方程的分离变量积分法。一个问题能否直接分离变量是有条件的，即方程中只能有两个变量。如果由加速度仅是速度的函数求速度作为坐标的函数，方程中就有三个变量时间、坐标和速度，需要将时间变量换成坐标变量。变换的方法是将速度作为坐标的函数，坐标又是时间的函数。因此，速度对时间求导数是复合函数的求导，表达式是根据复合函数求导规则得到的。像这类问题在教材中应该阐述清楚。

4.例题缺少分析讨论

设计的例题应该较好地让学生了解学到的概念、规律应用的思路及涉及到的条件，给学生解决类似问题提供示范。例题分析的过程应包括题意解读、相关概念和规律回顾、运用条件分析和解题思路规划等。在布罗姆的教育目标分类中[2]，例题分析对于促进学生在“理解”和“应用”水平上的学习具有重要作用。例题的讨论主要应包括解读题解结果，归纳解题方法，探讨解法变化，提示应用场合，评论学习价值等。在布鲁姆的教育目标分类中，例题讨论将学生的学习引向高层次目标，对培养学生的创新能力和意识具有一定作用。目前的教材在例题的分析与讨论上做得不到位，缺少分析讨论的例题，严重降低了例题的教学示范作用。

5.缺少考虑学生差别

随着高等教育的大众化发展，普通高等学校的生源渠道越来越多，有普通高考招生的、有单独考试招生的、有专转本考试招生的、还有“3+4”招生的等。普通高考招生的又分普通和国际合作等类别。观察研究表明，这些不同来源学生的学习基础、学习风格、学习能力都存在比较明显的差别。但是，学校制定的培养计划却少见差别。大学物理课程也是执行相同的大纲，教学要求偏高求全，基础和能力差的学生再努力也达不到目标的要求，因而挫伤了一部分学生的学习积极性，从而导致教学效果不佳。

二、教材如何编写

1.注重追求逻辑严密

教材逻辑严密的论述体系会给学生学习科学表达思想提供良好的示范。“运动学”是大学物理教学的开篇，讨论的问题只涉及运动的描述，不涉及运动产生的原因即力和质量。但是，大多数大学物理教材在运动学中引入质点的概念，这一点没有工科理论力学教材处理得好，而理论力学课程是在大学物理课程之后开设的，理论力学教材的编写特色值得大学物理教材编写者学习。

大学物理教材的编写要注重追求逻辑严密。首先，要保证前述知识为后续知识服务的完备性，为自身服务好。例如，机械波部分陈述波长的概念应该在陈述简谐波的概念之后，因为离开了简谐波谈波长是没有意义的。其次，类似的研究课题采用类似的逻辑结构，能够促进学习的正迁移。例如，机械波部分的平面简谐波与机械振动部分的简谐振动就是类似的课题，但目前大多数教材采用的逻辑结构显著不同。简谐振动采用的结构是定义(振动表达式)—物理量—动力学—能量—合成。平面简谐波采用的结构是物理量—建立表达式(—动力学)—能量—干涉等，而建立表达式的过程在习题求解中没有应用，对促进理解作用也不大，建议采用的结构是定义(平面波表达式)—物理量—动力学—能量—干涉等。第三，各部分的教学目标在逻辑上要协调一致。如“量子物理”基础中需要求解一维无限深势阱的薛定谔方程，属于动力学，在“机械振动”和“机械波”部分应作相应的加强，做好逻辑准备。另外，大学物理中知识应用较少、数学基础准备不足的内容，如气体分子动理论中的麦克斯韦速率分布律、电磁学中的通量及环流等应大刀阔斧地砍掉，重要的是把学生能够深入探究的知识学深学透，得失相宜。

2.着力避免空洞表述

要使介绍的物理概念和规律之间的关系紧密、清晰地反映出来，做到落地生根。例如，目前多数大学物理教材的运动学部分一开始总是介绍质点、参照系、坐标系的概念，因与运用分离而显得空洞。如果先介绍直线运动，用运动方程x=x(t)描述物体的一维运动，则可以讨论：(1)坐标原点是参照物上的一点，代表了参照系(或者想像成将Ox轴看着是带有刻度的运动轨道，代表了参照系)；(2)坐标系是刻画空间位置的工具，在描述直线运动时就是Ox轴。另外，质点的概念宜在“牛顿运动定律”部分分析介绍。

3.数学运用严谨规范

4.内容组织由易到难

内容组织由易到难，尽可能理顺前导知识与后续知识间的关系。如，运动学由易到难的顺序应该是先直线运动，后简谐运动、圆周运动，再刚体定轴转动、弹性体的波动等。动力学由易到难的顺序应该是先牛顿运动定律和刚体定轴转动定律(与牛顿运动定律作类比讨论，不涉及转动惯量的计算)，并对运动学中的五种运动作动力学分析，然后质点的动量定理、刚体定轴转动的角动量定理、质点的动能定理、刚体定轴转动的动能定理，再后质点系的动量定理、质点系的角动量定理、质点系的动能定理，最后势能、功能原理和三个守恒定律。

5.教学要求增强弹性

由于目前普通高等学校的学生来源渠道多样，学生的学习基础、学习风格、学习能力都存在比较明显的差别，因此大学物理教材要充分考虑这个因素，设计出有弹性结构的教材体系。按照布鲁姆的教育目标六层次分类(了解、理解、应用、分析、综合、评价)设计重要概念、规律的陈述和论证。为充分体现学生的学习主体地位、避免课堂玩手机等干扰，应更多地把概念、规律的论证过程编成习题，让学生思考、练习、体验。这为增强教学的弹性提供了机制，教师可以根据学生的情况决定取舍、方法、要求等，同时改变目前教材全盘给出不留思考余地、练习形式要求低级，造成学生死记硬背的不良状况。

三、教学如何组织

1.课堂示范引领学习

课堂是学生学习、师生交流的主阵地。教师不能只是把教材搬上PPT，把PPT搬上讲台。照本宣科是学生上课玩手机、逃课的主要原因之一。课堂教学是师生都应积极参与的活动，教师在课堂上要做好示范，引领学生扎实有效地学习。要做到这一点，教师就要精心设计课堂教学内容。教师的引领式讲授要在教材之外又紧扣教材。例如，刚体定轴转动定律的教学，可以与牛顿运动定律类比，分三点陈述力对转轴的力矩的理解：(1)力对转轴的力矩是改变定轴转动刚体转动状态的原因；(2)力对转轴的力矩与定轴转动刚体的角加速度成正比；(3)力对转轴的力矩是定轴转动刚体间的相互作用。力对转轴的力矩的计算公式则可根据第1条推理得出。由牛顿运动定律推导刚体定轴转动定律，一方面是为了说明刚体定轴转动定律不是基本的实验定律，另一方面是为了给出转动惯量的理论计算公式。在推导中要着重说明牛顿运动定律的切向表达式为什么不能直接求和。课堂教学的例题讲解要注重解题思路和方法的剖析，引导学生理解题意，建立与相关概念、规律间的联系，不能简单地只是给出答案。

2.网络自测检查学习

网络自测检查学习效果是网络技术在教学中的重要应用[3]，其显著的优点是学生能及时获得反馈，对改善自身的学习起着重要的作用。传统的书面作业教师一般一周批改一次，周期长，反馈不及时。学生对待书面作业的态度也存在很大问题，抄袭作业现象普遍。书面作业不能反映学生的学习状态，我们在教学实践中发现大量平时成绩似乎很好的学生，课程结束考试成绩却极差。网络自测能够较真实地反映学生的学习水平和质量，与考试成绩正相关度高。

3.课外活动活跃学习

丰富多彩的课外活动能够调动学生的学习智能，活跃学习氛围。由教师命题，学生在课外组织小组讨论，每组6至7人，要求书面和手机摄像记录讨论过程，自用网络平台开展评比，按照讨论质量和个人表现给予平时成绩奖励。这种课外讨论形式既构建了竞争机制，又需要同伴有效合作；既学习巩固学科知识，又锻炼组织、记录、摄像及整理的能力。典型习题解的PPT制作竞赛、说明物理概念的展示模具制作竞赛、身边取材的物理实验设计竞赛、参加大学生创新创业训练项目和各类学科竞赛等，这些都为学生展示各类才智搭建了广阔的舞台，活跃了学生的学习生活。

4.同伴合作高效学习

鼓励同伴合作能够促进学生讨论，提高学习效果。在讨论过程中产生的分歧会使他们怀疑个人看法的正确性，产生观念上的冲突、动摇及失衡，体验认知的好奇，激发学生学习兴趣，积极地寻找资料，从而促进物理概念的深刻掌握与记忆。在同学互相质疑和解释彼此结论的过程中能产生高质量决策和推理水平，产生新思想和方案，及更好的知识迁移；在讨论问题时，每人都要阐释自己的观点，说服他人；倾听别人的陈述和批评，在获得更多信息的同时反思自己和别人的观点，评价不同的概念和观点的有效性，通过思辨得出新的结论，可以有效地促进学习[4]。

5.管理制度促进学习

合理的管理制度能够激发学习热情，促进学习；反之，却会削弱学习投入，阻碍学习。例如，某校运用网络自测系统进行平时作业和测验，总评分规则为平时成绩占50%，考试成绩占50%。这样，如果学生平时成绩80分，考试只要40分就能及格，其结果是学生千方百计刷高平时成绩，而书面考试成绩平均分远低于其他班级。主要原因之一就是源于人的安乐本性，“60分万岁”，考前考中都不努力。简单地提高平时成绩的比例，还要提高总评及格率，就是鼓励平时成绩送分，结果是形成不良学习风气。合理的管理制度应该是严格平时考核，适当分配比例，平时成绩占比不宜高于40%。教师在课程教学管理中，要合理制定评分规则，严格执行评分规则，切实做到公平公正，这样才能促进优良学风形成，提高教学质量。

(责任编辑：吕建萍)

参考文献：

[1]教育部物理基础课程教学指导分委会.理工科类大学物理课程教学基本要求[M/OL].[2016-03-25]http://www.docin.com/p-1050131922.html.

[2]李春梅.布鲁姆教育目标分类法在ICAI因材施教中的应用[J].价值工程，2012，31(21):269-271.

[3]孙厚谦，洪林，史友进，等.应用型工科“大学物理”课程教学改革的实践与思考[J].中国大学教学，2010(12):49-51.

[4]张萍，刘宇星.同伴教学法在大学物理课程中的应用[J].物理与工程，2012，22(1):41-43.

Approach on Improving Teaching Effectiveness of “University Physics” in Applied Undergraduate Colleges

SHI You-jin

(School of Mathematics and Physics，Yancheng Institute of Technology，Yancheng 224051，China)

Abstract：Applied undergraduate colleges“College Physics”teaching situation is very grim: teaching content load overrun，obscure expression，background knowledge explained unclear，missing examples discussed，lack of consideration differences of students in course organization，these are causing students generally feel“College Physics”difficult to learn.The preparation of appropriate logical，flexible teaching materials and various forms of teaching activities are effective attempt to poor teaching effect“College Physics”Problems.

Key Words：University Physics；teacher；teaching material；teaching；inquiry

中图分类号：G642

文献标识码：A

文章编号：1671-9719(2016)6-0035-04

作者简介：史友进(1960-)，男，江苏海安人，教授，博士，研究方向为大学物理理论与教学。

收稿日期：2016-03-23修稿日期：2016-04-16

基金项目：盐城工学院2014年度教改研究项目“大学物理课程的能力培养措施研究”。

·教育教学改革·