案例式教学在大学物理教学中的实践

李 响 林振衡 宋骆林

莆田学院机电工程学院 福建莆田 351100

随着地方本科院校向应用型转型，如何真正提高学生的知识应用能力成为教学改革的重中之重[1]。大学物理课程作为理工类专业开设的一门重要的专业基础课，教学改革尤为重要[2]。通过大学物理课程教学，首先让学生学习基础理论、概念，在此基础上，还要培养学生的实践动手能力、物理思维能力、科学素养、创新能力。大学物理课程的主要目标是让学生养成科学思维，提高其解决问题的能力。

应用案例式教学法能够很好地达成大学物理课程的教学目标。案例式教学法最早在美国受到推崇，现在广泛流行于世界各国教育界[3]。这种教学法需要挑选生产生活中的案例，引导学生思考，遵循“发现问题、建立模型、解决问题、归纳得出结论”的过程，提高学生的学习积极性，使学生在思考中学到知识，并且增强学生分析问题、解决问题、归纳总结、理论联系实际的能力。对于提高学生的知识应用能力很有好处。莆田学院正在向应用型本科院校转型，案例式教学法尤为适合。

1 案例式教学法实施的背景

莆田学院前身为莆田高等专科学校，学校专业少，大学物理课程主要在计算机应用专业、机械电子专业、数学教育专业等几个专业开设。2002年学校升为本科院校后，在学科建设和专业建设上有了很大进步，设立了多个学科和专业，所以大学物理课程得以在多个专业开设，如医学类专业、环境生物类专业、机械电子类专业、数学教育、体育教育等专业。随着学校的发展壮大，本课程也不断发展。在教学方面，优先采用案例式教学法，并与其他多种教学方法相结合；同时，进一步完善教学大纲、考试大纲、电子教案、多媒体课件等。

传统大学物理课程通常采用大班教学[4]，围绕各种定理展开。教师通常以书本为中心，辅助一些案例。教师主讲，学生听课、理解、做笔记、做练习。学生在学习过程中是被动的，一直跟着教师的思路走，甚少自我思考。学生的主动性没有得到发挥，对知识的理解不够深入。而案例式教学法中，教师处于引导的地位，以学生为中心。教师根据需要学习的内容找出合适的案例，引导学生对案例进行剖析和思考，分析其中的科学原理，提出解决方案，测量相关数据，总结推导公式，完成知识的消化和理解。在实施案例式教学的过程中，教师可以用大量鲜活案例激发学生的学习积极性，如日常生活中的实例，以便于学生更好理解。

2 案例式教学法实施的过程与经验

2.1 建立大学物理案例库

首先，为了案例式教学的开展，教师必须编写贴近知识点的案例库。这些案例，能够将大学物理课程中的知识点包含进去。

其次，建立案例的筛选标准。案例须与教学大纲的知识点高度相关，这些案例最好能对大学物理课程的知识点重新进行梳理，揭示知识点产生的背景，努力重现物理学家的发现过程，展示问题的发现、解决、归纳、质疑、完善的过程。让学生学会创造性思维，能够打破常规，突破传统观念，具备敏锐的观察力和丰富的想象力，从而使思维具有一种“超前性”。

第三，案例的选择还要考虑其实现的技术难度、经济性、实现案例所花费的时间等。案例难度太低就无法达到提高学生解决问题能力、创新思维能力的目的；难度过高则会打消学生的积极性。理工科的案例尤其需要注意可操作性。每个案例都需要仔细构思，并在教学过程中不断磨合、丰富、完善，力争做到理论联系实际，锻炼学生解决问题的能力、创新思维的能力。

以第三章《刚体的定轴转动—力矩、角动量定理》为例，引入了案例式教学：自行车急刹车时，应该花更多力气刹前轮还是后轮？摩托车呢？刹车方法与自行车有什么不一样？本案例具有中等难度，其中对于自行车翻转临界点的分析、对于自行车和骑手共同的重心位置的确定等都具有一定的难度，但是学生通过思考和查找资料，能够分析出正确的答案。此案例还具有较强的可操作性，自行车、台秤、卷尺等实验器材都是生活中常用的，价格低廉且容易找到。

2.2 做好课堂案例式教学

案例式教学通常有两个重要的步骤[5]：(1)案例准备。教师提供教学案例，学生针对案例和提出的问题，在教师的指导下做好资料的收集工作。(2)讨论及报告。各小组对同一案例进行剖析，并通过分析、梳理形成小组意见，为讨论环节做好准备。

仍以第三章《刚体的定轴转动—力矩、角动量定理》为例，引入了“自行车急刹时的刹车策略”这个和实际生活息息相关的案例。从实际出发，激发学生的兴趣，让学生积极思考。整堂课在分析案例的同时，围绕重要知识点“力矩”和“角动量”的概念和表达式展开。在案例的分析过程中，多次强调和应用力矩的不同表达式，加深学生的理解和记忆。

学生在课堂上进行充分讨论。在实际的教学过程中，学生首先在课前对山地车的急刹车现象进行实验和分析，然后在课堂上分成小组讨论，再将讨论结果上传至学习通的讨论模块。教师选择优秀的小组上台演示和讲解。其他小组可以点评和反驳。最后学生在课后完成案例报告。

2.3 调整传统教学法与案例式教学相适应

教学方法要与所选择的案例相适应。根据知识点和教学目的，创新不同的教学方法，如微信教学、二维码教学、视频弹幕教学等，也可以采用情景法等引出问题，引起学生的探究欲望，再采用驱动式教学，不断提问引导，充分开展课堂讨论，研究问题，最终解决问题。教师多问多变，让学生发散思维，不依常规，寻求变化，从多方位、多角度寻求答案，它可以使学生的学习过程自然地变成学生发现问题、分析问题、解决问题的过程。

仍以第三章《刚体的定轴转动—力矩、角动量定理》为例，采用情景法引出问题：实验和视频演示了急刹时山地车的翻转现象，采用驱动式教学，引导学生分析山地车翻转的原因。学生可以扫描二维码反复观看引导视频，利于课后分析思考。采用细杆绕轴转动模型的动图分析力矩的意义和力矩的大小；采用PowerPoint画出示意图进行深入分析；采用板书推导，引导学生得出力矩的三种表达式；采用形象记忆法让学生深刻记住力矩的向量表达式。

3 案例式教学法的成效与不足

3.1 提高学生的学习兴趣和学习能力

经过案例式教学，学生的学习兴趣大为增强，从“怕被选中成为代表”到“主动要求被选中”，激发了学生的创造性和动手能力。

仍以上文提到的案例为例：自行车和摩托车是学生常见的交通工具，每名学生都会用到刹车。但是大多数学生没有深入分析过刹车所蕴含的物理原理，特别是摩托车和自行车刹车策略的异同。该案例的讨论可以激发学生强烈的学习兴趣。通过案例教学，学生对力矩有了较好的认识，学生不再限制于书本理论和基本知识点的学习，而是通过对实际生活现象的思考，完成拟定的任务目标，激发了学习积极性和兴趣，提高了综合知识应用能力。

3.2 促进教师教学模式和教学方法的创新

除了引入探究式教学，引入丰富的教具，充分利用多媒体、板书以外，教学还引入了超星学习通教学平台、利用手机教学等创新型教学方法，取得了不错的教学效果，力争让学习者的知识内化并形成持续性学习，既要让学习者学得进去，又要让学习者持续地学。

依托案例式教学，成功实现了“大课堂+代表讨论”的“半翻转课堂”。由于条件所限，我校的专业基础课采用大班教学，人数众多，加上阶梯教室座椅无法挪动，因此无法实现“翻转式教学”。将学生按相邻座位分成“三人小组”，进行讨论，然后派代表将讨论结果拍照上传至投影屏幕，教师对这些结果进行筛选后，让有代表性的小组进行讲解和实验操作，台下学生也参与讨论，从而取得了良好的教学效果。

3.3 学生满意度较高

从期末的投票数据中可见，学生对案例式教学法表示认同(如图1、图2所示)。

图2 学生对团队合作能力提升的投票结果

从期末成绩中可见，学生积极参与讨论，互动较好，对知识的掌握也更加牢固，理解更加透彻，灵活运用知识的能力也得到提高(见表1)。

表1 部分学生期末成绩

3.4 不足之处

案例式教学虽然能够激发学生的兴趣，增强学生的能力，但是也有知识点较为零碎、整体性不强的缺点。因此在案例式教学过程中，要注意总结本节课在整个章节中的地位，最好能够提供本章的知识脉络图，这样可以帮助学生形成完整的知识脉络。

4 结语

案例式教学法以学生为主体，让其主动思考学习，锻炼了学生分析问题、解决问题的能力，也提高了学生的物理思维能力、科学素养、创新能力和实践动手能力。教师需要在课前课后做大量的工作，包括建立案例库、调整教学法等，采用案例式教学法能较好地实现教学目标。