提升大学物理课堂教学效果的探讨

杜明润 李泽朋

摘要：在大学物理课堂教学中，融入问题导向学习教学模式，采用贴近学生专业背景和工程实际应用的例题，同时，加强数字化课堂演示实验资源建设。以这些措施激发学生的学习兴趣，引导学生积极思考，并辅助理论教学，提升课堂教学效果。

关键词：大学物理;课堂教学;问题导向学习;例题;演示实验

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2020）14-0302-03

一、引言

2016年6月2日，我国成为《华盛顿协议》的第18个正式成员，标志着我国工程教育专业认证进入了一个新的历史发展阶段。《工程教育认证标准》中对高校培养的毕业生有着一条明确的要求“能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达并通过文献研究分析复杂工程问题的能力”。[1]物理学是自然科学的重要组成部分，它的基本理论渗透在自然科学的一切领域，应用于生产技术的各个部门，是自然科学许多领域和工程技术发展的基础。因此，以讲授物理学基础知识为主要任务的大学物理课程，作为培养高等学校理工科各个专业学生的一门重要的必修基础课，其课堂教学效果的好坏直接影响高校是否能够培养出符合《工程认证标准》的合格毕业生。本文中，笔者基于大学物理课堂教学的现状和工程教育认证的基本理念，对提升课堂教学效果的措施做了一些探讨和构想。

二、大学物理课堂教学的现状

大学物理课程作为一门必修公共基础课，向各工科专业和非物理类理科专业学生讲授涵盖经典物理、近代物理的基本原理，以及物理在科学技术上应用的初步知识等课程内容。该课程的作用和任务，在于为学生较系统地打好必要的物理基础，初步培养和训练科学的思维方式和研究问题的方法，同时对学生树立辩证唯物主义的世界观，对开阔思维、激发探索和创新精神、增强适应未来科学发展的能力、提高人才素质等方面都起着重要的作用。然而，在工程教育认证的新背景下，大学物理课堂教学由于长时间受到教学方法、教学条件和教学内容的限制，显露出很多不足，具体表现如下。

1.教学方式有待多样化。目前，大学物理课堂教学尽管采用了启发式、讨论式等教学方法，并结合了多媒体技术，但总体仍然采用传统的“灌输式”教学方法。在课堂上，仍是以教师为中心对知识进行讲授，而学生在学习过程中缺乏自主思考和实践的机会，只是被动地接受知识，记忆解题过程。包景东对这样的教学方式做了精辟的总结：“教师在课堂上讲授正确的知识，学生在课后做正确的练习，但缺乏批判性思维的训练和科学精神的引导。”[2]在这种教学模式下，学生会认为学习物理就是在背公式和定理，学习的目的就是考试和解题，从而在脑海里认定大学物理是一门枯燥无趣的课程，降低了学习积极性，导致学生课堂表现不尽如人意，有些学生在睡觉，有些在玩手机，有些逃课，而学习的学生大多都是为了考高分、拿学分而听讲。显然，目前主要使用的传统教学方式违背了“以学生为中心，以学生学习成果为目标导向”[3]的工程教育认证的基本理念，难以激起学生的学习兴趣，无法保障课堂教学效果，急需改善。

2.课程例题设计需要融入学生专业背景和工程实际问题。例题是在课堂上向学生讲解物理知识应用的最好工具，是训练学生利用科学的思维方式和物理基本原理研究解决问题的最佳媒介。此外，大学物理的授课对象是刚入学不久的大一和大二学生。他们对自己本专业的知识结构还没有系统的认知，更没有意识到物理这门基础科学在整个理工科专业知识体系中的地位作用，导致他们对物理学习很茫然。而学习例题是使学生了解大学物理课程与后续专业课程之间的联系，从而明确学习目的、激发学习动机的最有效的途径。目前，大学物理课程使用的例题普遍来源于教材和参考教材，这些例题强调理论知识全面，公式推导严谨，注重对课本知识的掌握，但是与实际工程应用和学生专业背景脱节现象明显。这样的例题不利于培养学生的知识迁移能力和工程应用能力，并且容易导致学生认为大学物理课程对专业学习没有帮助，导致学习态度不端正，降低课堂教学效果。

3.理论教学与演示实验的相互结合需要加强。物理学是通过观察、实验、抽象、假设等研究方法并经实践检验而建立起来的，是一门理论和实验高度结合的学科。大学物理课堂教学与实验紧密结合才能充分体现物理科学的发展过程、研究方法和思维方式，才能更加清晰地构建物理图像以辅助学生理解抽象的理论知识，进而达到提高学生的物理科学素养的教学目的。美国大学通常在一堂课中要做两三个演示实验，有比较完善的演示设施和内容。内容丰富且新奇的演示实验激发了学生的学习兴趣，并有效地辅助理论教学。[4]笔者在实际教学工作中发现，在讲授驻波能量、薄膜干涉等内容时，做过相关物理实验的学生有着更好的学习效果，不仅能够更快地理解相关理论知识，而且能够自主推导出条件改变对实验现象的影响。然而，由于课时及教学条件的限制，目前课堂上绝大部分时间都是进行理论教学，演示实验很少进行。此外，由于实验仪器数量和实验室条件的限制，大学物理实验课程与大学物理课程的教学内容和进度的普遍无法匹配。这些因素使学生在课堂上很少获得实践机会，造成理论学习与实验之间存在脱节，加大了对抽象知识的理解和学习难度，使课堂教学难以获得满意的效果。

三、提升大学物理课堂教学效果的措施和构想

1.在课堂教学中融入问题导向学习（PBL）教学模式。PBL教学模式也称为问题式学习，该教学模式是将学习内容置于一个问题情景之中，让学生们以小组为单位进行合作、讨论，共同解决问题，进而达到学习知识的目的。[5]与传统教学模式相比PBL教学模式的优点为，在传授知识的同时，能够有效激发学生的学习兴趣，提高自主学习能力，培养团队合作意识，锻炼科学思维和研究解决问题的能力。该方法完全符合“以学生为中心，以学生學习成果为目标导向”的工程教育认证基本理念，并且能够改善传统教学模式中教师主导、学生被动学习、学习能动性不足等弊端。

物理学是一切自然科学和工程技术的基础，[6]我们身边任何事物的变化、任何工程技术的应用都反映了物理学的基本原理和知识点。这一特点使大学物理课程教学适合使用PBL教学模式。教师可以根据学生的专业背景和实际工程应用创设问题情景，不仅更容易激发学生的学习兴趣，同时也便于学生融入情景进行思考，体会物理这门基础学科的重要地位，认识其在推进人类科学技术文明发展进程中起到的重要作用。针对我校办学特色，可以选取民用航空领域的一些问题来创设情景，能更好地引起学生的共鸣。例如，在讲授波的干涉时，引入“给降落的飞机导航”的问题情景，由教师引导学生应用无线电波的干涉给出解决飞机降落导航问题的方案，学生在教师的引导下积极思考并自主学习波的干涉知识内容，并通过分析、讨论、解决问题的过程更好地理解波的干涉的物理本质，同时体会到物理原理在航空领域的重要应用，从而重视大学物理课程的学习。类似的例子还有，在讲授多普勒效应时，采用“应用多普勒效应搜寻马航MH370”的时事新闻来构建问题情景;在讲授刚体定轴转动角动量守恒部分内容时，采用“飞机利用陀螺仪来判断飞行姿态和飞行方向”的生活实例来构建问题情景等。这种教学方式可以将课程所授理论知识与学生专业背景相关的工程实际应用结合，使学生感受到物理知识既“有趣”又“有用”，从促进思考、增强学习动机和兴趣等方面提高大学物理课堂教学效果。

2.基于学生专业背景和工程实际应用改造现有例题。笔者的教学经历和诸多研究表明[7，8]，与学生专业背景相结合是提高学生学习积极性的有效方法。将原有例题的情景进行改编，使之贴近学生专业背景和实际工程应用，不仅可以在一定程度上改变学生对课程例题枯燥古板的旧有印象，恢复学习热情，而且还能够保留例题原有题干和教学功能。例如，在给航空工程学院的学生上课时，可以将刚体力矩部分的例题中所研究的刚体对象设定为飞机机体;将热学例题中的蒸汽机气缸改为活塞式航空发动机的气缸;将运动学的例题中的研究对象改为飞机，运动路径改为飞机的飞行路径等。这样改造后的例题在课堂上能够使学生耳目一新，更能激发他们的学习兴趣，从而使学生主动回归到课堂教学活动中来，提高课堂教学效果。在课下学生也不会因为觉得例题枯燥乏味而不会去重温体会，使例题的教学作用得到充分发挥。此外，学生在通过例题学习应用物理知识解决具体问题的同时，还会体会到理论联系实际的思考过程。

3.加强数字化课堂演示实验资源建设。物理世界丰富多彩，在实际物理实验操作中所观察到的各种奇异的物理现象，要比书本上的描述更加生动具体，更能激发学生学习物理的兴趣。[9]此外，在理论教学中，原理的推导过于抽象，而演示实验可以将推导过程具体化、图像化，使学生更加容易地理解接受教学内容，[10]有利于节约理论教学所耗费的时间。然而，目前大学物理课程教学与课堂演示实验的结合并不紧密，主要原因为课堂演示实验设备不完善，一些演示实验操作难度大费时费力，现象不够明显。加强数字化课堂演示实验资源建设是解决这一问题的理想方法。数字化课堂演示实验资源包括多媒体及仿真、视频、实验模拟和录像，虚拟仪器的使用，网络虚拟实验室等。[11]与传统的实操课堂演示实验的方式相比，数字化的课堂演示实验可以解决教学区域、实验技术、仪器数量、教学手段等因素的限制，能够使学生全员参与实验，并看到清晰的实验结果和实验过程。[12]此外，数字化演示实验资源易于与多媒体教学方式相结合，便于教师在课堂教学中穿插使用。由此可见，通过建设好数字化课堂演示实验资源，能够实现大学物理课程理论教学与实验的紧密结合，有利于学生对抽象物理原理的理解学习，提高课堂教学效果。

四、总结

提升大学物理课堂教学效果是一项长期的工作，需要每一名物理教师在长时间的教学实践中不断思考、发现问题并解决问题。本文基于工程教育认证的基本理念和大学物理课堂教学现状，从改善教学方法、优化例题内容和加强理论教学与实验相结合三个方面进行了探讨，提出了在课堂教学中融入PBL教学模式，基于学生专业背景和工程实际问题改造现有例题，加强数字化课堂演示实验资源建设等措施来提升课程教学效果。大学物理课程发展至今几经变革，但是无论未来如何变化，只有坚持以学生为中心、顺应教育发展趋势、契合学校人才培养目标，才能够培养出社会所需要的人才，体现这一课程的价值。

参考文献：

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[12]尹钊，刁海军.普通物理演示实验数字化教学资源建設[J].高师理科学刊，2010，（39）：108-110.

Abstract：Integrating the problem-based learning and examples related to professional backgrounds of students and practical engineering problems into the College Physics teaching，and strengthening the construction of digital classroom demonstration experiment resources are probable methods to improve the teaching effect，which could stimulate students' interest in learning，guide students to think positively，and assist theoretical teaching.

Key words：College Physics;teaching;problem-based learning;examples;classroom demonstration experiment