浅谈物理基础课程(实验)青年教师讲课比赛的备课细节

秦平力

(武汉工程大学 数理学院，湖北 武汉 430205)

全国高等学校物理基础课程青年教师讲课比赛由教育部高等学校大学物理课程教学指导委员会、教育部高等学校物理学类专业教学指导委员会和中国物理学会物理教学委员会联合举办. 从2014年起已经连续举办了5届(包含大学物理理论课和大学物理实验课两大类，每类比赛隔年举行)，其影响力逐年扩大. 这项比赛旨在“以赛促教”——提升教学水平，使学生真正受益；“以赛促改”——促进教育改革，落实《大学物理课程教学基本要求》和《大学物理实验课程教学基本要求》；“以赛促交”——建立教学经验交流的有效途径；“以赛助优”——为一线优秀青年教师提供发展机会. 作为全国大学物理教学类最高赛事，比赛极大地激发了青年教师投身物理基础课程教学的热情，加强了物理学科在培养基础性人才中的积极作用，提高了物理学科教师队伍质量，提升了大学物理教学水平，促进了高校物理教学的建设.

大学物理实验是一门面向理工科非物理类专业大学生独立开设的、必修的实验技术基础课程. 系统的物理实验动手能力训练，有利于大学生在未来职业生涯中从容应对新一轮科技革命和产业变革. 提升大学物理实验课堂教学效果对于提高大学生科学素养和高校人才培养能力至关重要. 上好大学物理实验课程，备好实验课是关键. 一场讲课比赛是平时讲课的缩影. 为了在比赛中取得较好的成绩，赛前需要做好周密的备课工作. 这样才能真正实现“以赛促教”、“以赛促改”、“以赛促交”和“以赛助优”的目的，引导学生自主实验与探究分析，提高学生解决问题的能力，从根本上提高学生实训水平.

1 研读讲课比赛要求与评分细则

比赛要求与评分细则是物理基础课讲课比赛的总纲. 赛前，首先要明晰比赛要求与评分细则. 随着比赛的不断完善，比赛要求与评分细则也会与时俱进. 不管是省赛、地区赛，还是全国赛，比赛要求和评分细则都大同小异. 下面是2019年湖北省大学物理实验讲课比赛要求和评分细则.

1.1 讲课比赛要求

比赛讲课部分主要涉及实验思想、基本方法、原理、概念，以及根据教学需要穿插的历史背景或应用举例等. (15 min)

提问部分主要涉及实验现象与物理原理的联系，或实验现象与设备调整之间的关系/原则/思路，或误差的分析与处理，等等. (10 min)

2部分均不涉及具体设备.

1.2 比赛评分细则

1)讲解内容正确，概念准确，条理清晰，逻辑性强，符合教学基本要求. (20分)

2)实验原理、实验方案设计、实验与科技(或日常生活)联系；讲解深入浅出，内容取舍合理、详略得当，符合学生认知规律. (20分)

3)讲解生动，语言规范，富有启发性、互动性效果；PPT和板书运用得当. (20分)

4)回答评委提问思维敏捷，内容正确，语言精炼准确. (30分)

5)授课特色及总体印象分. (10分)

根据讲课比赛要求和评分细则，选手应按照撰写科学论文的要求与态度，不断思量备课内容，完善实验比赛课件. 以下原则性的问题必须在备课的过程中认真思考[1-2]：备课设计是否符合大学生的认识规律；实验授课内容是否取舍合理、详略得当，符合教学基本要求和大学生的认知水平；物理思想与思维是否深挖与拓展；备课各部分逻辑思维是否连贯、清晰；实验提问是否准备充分；备课设计“出彩点”在哪里，如何突出自己的特色.

2 备课细节

一般来说，大学物理实验课包含实验背景、实验目的、实验原理、实验仪器、实验内容、实验步骤、数据记录、数据处理、实验小结、拓展应用等10个部分. 为了充分展示自己的讲课风采，在大学物理实验讲课比赛的备课过程中，结合比赛大纲，着重从实验教材与讲义、实验仪器、学生认知、评委提问、授课方式等几个方面下功夫.

2.1 备好实验教材(或讲义)

实验教材(或讲义)是备课的依据. 一般而言，大学物理实验教材根据实验仪器编写. 绝大多数《大学物理实验》的实验项目编写包括实验背景、实验目的、实验原理、实验仪器、实验内容、实验步骤、数据记录、数据处理、思考题等部分. 赛前，挖掘教材中以上几部分内在逻辑关系，合理“串联”. 根据实验项目和学生认知等特点，可对以上几部分讲解顺序做适当调整. 例如：拉脱法测量液体表面张力系数实验中，根据学生的认知特点，可以将实验仪器的介绍提前到实验原理前，这样学生在清晰掌握仪器的结构后，对实验原理的理解更加深刻. 也可以放在实验原理后讲解，加强实验授课的内在逻辑性和连贯性.

不同的学校，大学物理实验教材不同，对学生的实验要求也不同. 备课过程中，多选用几所学校的大学物理实验教材作为参考，从中了解不同实验教材对同一个实验项目的共性要求和个性要求. 根据教学大纲以及大学生认知的特点，合理确定实验内容以及相应实验要求，以免漏掉应该讲解的实验内容. 根据少数大学物理实验教材的个性要求，可以将其进行适当延伸，作为实验拓展内容.

2.2 备好实验仪器

实验仪器是学生进行实验的重要载体. 在比赛大纲中，讲课部分和提问部分均不涉及具体设备，但学生掌握实验原理和物理实验本质，是从实验仪器开始的. 这就需要教师从实验说明书出发，清楚掌握实验仪器每一部分的工作原理、测量方法、测量精度等. 备好实验仪器要求实验教师理解物理实验的本质，而不是只讲仪器旋钮使用. 在课件设计过程中，对实验仪器介绍内容有所取舍. 着重从学生的认知水平及规律出发，在巧妙设计实验思路等方面下功夫，例如：密立根油滴实验测电子电荷、用拉伸法测量钢丝的杨氏模量以及迈克耳孙干涉等实验，物理精髓是将微观量(或变化微小量)向宏观量(或放大量)进行转化，备课过程中，着重从这方面深挖实验仪器的设计思想及实验原理的实现方式. 如在拉脱法测量液体表面张力系数实验备课过程，着重从以下问题出发：测量力的方式和方法有哪些？为什么要选取力敏传感器？力敏传感器怎样实现对微小力进行测量？力敏传感器的测量范围与实验精度的关系怎样？合理布局授课的先后顺序，有助于学生对实验原理的清晰认识.

在备好实验仪器的过程中，还要着重思考每一项操作所关联的物理现象和物理量的变化，学生在操作过程中可能出现的各种实验现象，备好几种应对方案，这样也有利于在提问环节从容地回答评委提出的问题.

2.3 备好双主体

大学生是实验学习的主体、实验教学的对象；比赛的评委是比赛评价的主体，直接关系到比赛成绩. 赛前，认真备好这2个主体.

实验课的教学方式与方法应符合学生对实验的认知水平与认识规律. 备学生就是要了解学生，包括备好学生的心理特点、已有知识、已有经验、已有技能、学习困难、经验转化、意义建构和学习兴趣等方面，突出师生真实互动，了解彼此需要. 当前，大学生对大学物理实验又“怕”又“爱”，“怕”缘于物理理论的深奥及对实验仪器不熟悉产生畏惧心理；“爱”缘于物理实验是操作实验，具有亲身体验感. 教师要避免闭门设想，需要长期坚持一线教学，不断轮换实验项目，不断总结教学经验，备好学生这一主体，并根据实验的特点，从中找到学生对某一物理实验项目的“需求”. 根据自己的长期教学经验，在保证实验课完整性的基础上，突出重、难点. 例如：在用拉伸法测量钢丝的杨氏模量实验中，学生在调节光杠杆时会产生畏难情绪. 在“分光计调节和使用”和“示波器调节和使用”实验中，对仪器的调节也是如此. 这些地方应重点讲解并加以指导.

评委是比赛评价的主体. 从省赛、区赛到国赛都有评委提问环节，提问涉及到实验原理、实验方法、实验现象、实验操作、实验数据等方面. 由于评委来自不同地区、不同类型的高校，对参赛教师抽取的实验项目的熟悉程度不同，提出的问题难易程度不同. 同时，实验难易程度不同，拓展领域不同，也会导致提出的问题难易程度不同. 无论评委是否熟悉实验，其提出的问题都可能超出基础物理实验要求，甚至涉及到科研实验领域. 为了使自己的回答“出彩”，必须在实验备课时，从实验内容的深度与广度下功夫. 例如：在牛顿环实验中，在反射一侧观察干涉环，如果在透射一侧观察，又会得到怎样的干涉图?两者有何区别？这样的问题缘于牛顿环实验，但又高于该实验；在用拉伸法测量钢丝的杨氏模量中，如果问到：随着拉力的增加，杨氏模量怎样变化，为什么会有这样的变化？这样的问题，涉及到杨氏模量随力变化规律，需要从数据处理过程得到正确的回答，这也考查了教师对数据处理的深入理解. 要想精彩地回答此问题，必须从2方面回答：从测量精度来看，螺旋测微器的测量精度无法准确测出直径微小变化，长度变化通过光杆杠测量，可认为杨氏模量是常量，这只是常规性回答，并不出彩. 作为教师，应深入研究. 随着拉力的增加，钢丝中铁原子间的间距增加，因而钢丝的直径减小，长度变长，但体积增大，钢丝密度变小. 如果能有效地测出钢丝直径的变化，杨氏模量随拉力的增加而增加. 这样的回答已将教学延伸到晶体结构学，体现选手对实验研究的深度和广度，更能打动评委.

有时，评委提问时，故意设“陷阱”. 如果选手有相关专业背景、扎实的实验功底和长期一线实验教学与仪器维修经历，可以成功避免掉进“陷阱”. 即使一不小心掉进“陷阱”，也会做到灵活地设法自救，成功实现“逆袭”.

2.4 注重讲课手段的合理性

目前，讲课手段主要有传统黑板教学方式和以PPT为主的多媒体教学方式. 黑板教学方式最大的优点是教师把教学重点和难点展示在黑板上,方便学生记忆与思考，但板书时间长，难以控制比赛讲课的节奏；多媒体教学的优势是利用图片、动画、视频等教学资源[3]，通过PPT的版面设计、呈现方式、播放进程等多方面精心地安排，图文声像并茂，产生优良的视听效果，变抽象为具体，变静为动，多角度、全方位调动和激发学生的积极性和兴趣，同时，还节约了板书时间. 但教学进度较快，课件信息量大，每页内容停留时间短，不利于学生记忆、思考、消化和吸收.

正确认识和处理传统教学与多媒体教学之间的关系[4]，充分利用各自的优势，取长补短. 从教学的真正需要着手，认真研究所讲实验项目的特点，针对不同的教学内容选择不同的教学形式. 切忌多媒体教学过分追求表现形式，避免自定义设计与背景音乐衬托等喧宾夺主，分散学生的注意力和忽略了学生的认识水平和记忆特点.

在评分细则中，“PPT和板书运用得当”是评价标准之一. 无论板书还是PPT，都应该围绕教学内容展开. 在备课设计过程中，以实际的教学效果为最终目标，是否要有板书需考虑到自己的书写速度和板书设计是否合理、美观，对整个实验比赛是否增分. 因此，板书在实验讲课比赛中并不一定是必选项，具体看赛区的比赛要求及实验项目教学内容的需要.

目前，绝大多数选手倾向采用PPT多媒体为主的教学比赛方式. PPT页面设计整体上尽量做到风格一致，简洁大方，色彩搭配适宜，动画设计合理恰当，着重解决实验项目中的重难点、实验现象变化细节与关键点、学生容易忽略的地方及注意事项等相关内容，层层推进，避免杂乱无章.

2.5 注重解读“实验原理”与“实现原理”

实验原理是指建立在大量观察、科学实验和社会实践的基础上，经分析、推理、归纳、概括而得到的事物存在和运动规律，并且对这一事物的存在和运动规律中含有某一物理量作为研究对象，根据测定该物理量的原理基础而进行相应的实验设计. 实验原理主要包括物理知识、装置原理和操作原理3部分，是实验设计、操作、观察以及结论的依据和思路，涉及到物理原理、实验现象与结果出现的原因、实验方法、实验装置和器材、重要实验步骤设计、实验过程、实验结果分析等所依据的物理道理. 只有明确了实验原理，才能真正掌握实验的关键、操作的要点，进而改进和创新实验设计.

实现原理的实质是实验仪器的设计思路，即实验仪器如何实现实验原理. 这是培养学生创新思维的重要方面，是实验创新设计的出发点. 实现原理涉及到测量方法、测量工具、测量精度、测量误差、实验步骤及数据处理等多方面. 在讲课比赛过程，对实验原理部分往往把握得很好，但对实现原理却准备不足或思考不深[5]. 例如：拉脱法测量液体表面张力系数时为什么要选取力敏传感器？为了回答此问题，必须弄清力敏传感器的测量原理、测量范围、测量精度及相对其他测量方法(例如约利弹簧秤)的优势. 这样对测量误差产生的原因及实验注意事项有清晰的认识. 又例如：在落球法测量液体黏度实验中，弄清如下问题：小钢球半径与液体流动之间关系，液体扰动对实验精度的影响，螺旋测微器测量的小钢球半径是否是小球下落过程中的小钢球半径、落球法相对于毛细管法的优势.

因此，在备课阶段，应充分准备好竞赛时所选用的测量方法，同时，与其他方法进行比较，找出几种测量方法在测量原理、测量范围和测量精度的异同，从而也有利于从容应对专家组的提问.

2.6 注重讲课的内在逻辑性与完整性

注重实验讲课的逻辑性，在备课设计阶段充分考虑到实验教学的深入浅出. 要实现这一目标，首先透彻理解教学内容，站在学生的角度，考虑以学生能够接受的方式呈现，合理安排教学过程，灵活、恰当的教学方法能够有效调动学生思维和学习积极性.

大学物理实验课包含的10个部分，除了重点设计实验原理外，必须突出实验仪器的实现原理及其相关的误差分析. 同时，在逻辑上处理好各部分之间的关系，注重实验课的每一部分的自然衔接与承上启下，让实验课浑然一体. 在备课过程中，不同的实验项目，备课侧重点不同，例如分光计的调节与使用实验备课重点在合理调节分光计；用拉伸法测量钢丝的杨氏模量实验备课的重点是光杠杆实现微小长度变化的测量；用拉脱法测量液体表面张力系数实验备课的重点是力与电压实现转换及注意事项.

目前，实验比赛讲课要求在15 min内讲完大学物理实验所包含的10个部分. 对于有些实验时间肯定不够. 因此，在教学过程中，对这10个部分不能简单、生硬地压缩，在保证实验课的完整性的前提下，对实验教学设计内容合理取舍.

2.7 深挖物理思维(或思想)

物理思维是个体运用正确的世界观和方法论对现象和事物进行分析、综合、判断、推理等思考过程，是创新能力的基础，也是物理实验教学的最终目的. 深挖物理思维就是要在备课过程中，做到“立足一点、四面开花”，立足于解决某一问题，多方面多角度地考虑，将科学思维发散到更加广泛的空间，提高学生的科学判断能力，丰富学生的想象力. 例如，在牛顿环实验中，将所用的数学方法、放大测量法、观察法、探究法、列表法、分析归纳法等科学思维方法进行总结，将科学思维方式引入实验教学，提高实验效果[6]. 利用发散性思维方式将用拉伸法测量钢丝的杨氏模量实验中用到的光杠杆测量法类比到原子力显微镜、卡文迪许扭秤实验、复射式(脉冲式)灵敏电流计及光线记录示波器等实验中，拓展光杠杆测量法应用领域[7]. 利用平衡思想对液体黏度的测定、密里根油滴实验、用霍尔元件测磁场、惠斯通电桥测电阻等实验进行测量方式总结，在传统物理测量量(如：质量、温度、电流、压强、力矩、转速等)的基础上，引导学生对测量设计思想进行重新认识，切实深挖每个实验的物理思维与物理思想.

2.8 备课突出讲课时的“出彩”点

突出讲课时的“出彩”点能有效地吸引评委专家和学生的注意，在讲课过程中起到画龙点睛的作用. 首先，在课件的引入部分下功夫. 可将日常生活现象、物理学史、科学前沿进展、国际时事、重大的科学或工程成果等作为课件“出彩”点，也可以以提问的方式吸引评委专家和学生的注意力. 在实验原理部分，用动画的形式突显实验原理实现细节作为“出彩”点，加强学生对实验原理的理解. 在实验观察过程中，在学生不容易注意处进行动画设计，突显实验原理的实现方式. 在课件收尾部分，对实验进行拓展与总结，力争首尾呼应，引导学生对实验知识延伸与分析. 最后，重视评委的提问，在这个环节也会赢得认可.

2.9 备课需要注意的其他事项

在平时的教学过程中，实验教师除了研究实验仪器和教材外，课后及时总结和反思实验过程，与实验课教师相互听课、评课，并在竞赛前集体备课，让有经验的实验教师指出所讲实验课的问题，避免课件中出现不必要的错误.

所有的教学设计与内容都要靠教师来实现. 赛前，要意识到讲课的亲和力、感染力及启发性，要富有激情，仪表得体，教态自然大方，语言准确、简洁、凝练、流畅，语速节奏恰当，肢体语言运用合理. “抑扬顿挫”固然可好，但不能表演式地讲课，应当引导学生思考，把主题，完整地呈现知识体系和重点难点，提高课堂教学效率.

合理控制讲课时间是关键，提前结束讲课或超时都会被扣分. 尽管在比赛现场有2 min提示，选手要考虑比赛时讲课和自己课堂讲课及模拟讲课的不同. 在备课阶段，设计相应的应对方案.

最后，心态做到“尽力而为，看淡结果”. 患得患失会给评委极不自然的印象，像平时课堂一样，享受讲课过程，也许更容易水到渠成.

3 结束语

笔者有幸亲身经历第5届全国高等学校物理基础课程青年教师讲课比赛全程. 从赛前准备到赛后反思，结合自身参与讲课比赛的经历与体会，就青年教师如何准备讲课比赛、如何设计物理实验课堂等方面分享心得体会，总结备课过程应注意的细节. 希望对青年教师提高教学能力、实现自身价值有所帮助，以期提高基础物理实验教学授课质量和教学水平.