浅谈大学物理教学设计

吕素叶 于舸 吕爱君

[摘 要] 阐述信息时代背景下，大学物理教学方式革新的必要性和重要性，针对该课程兼具理论系统庞杂和应用层面广泛的特点，基于近几年的教学改革探索和思考，提出采用翻转课堂和案例教学法。教学实践结果表明，翻转课堂和案例教学法能够极大促进学生学习的能动性，提高学生的学习兴趣，明显改善学习效果。

[关键词] 大学物理教学;翻转课堂;案例教学

[基金项目] 2019年度北京石油化工学院“以学生为中心教学范式改革”项目“‘大学物理教学中融入物理学史对教学效果影响的实践和分析”（ZDFSGG20190802）;2020年度北京石油化工学院“以学生为中心教学范式改革”项目“‘以学生为中心的大学物理教学新模式的探索与实践”（20032082002/020）

[作者简介] 吕素叶（1981—），女，河北邯郸人，工学博士，北京石油化工学院数理系讲师，主要从事大学物理教学和高功率微波器件研究;于 舸（1962—），女，河南濮阳人，理学博士，北京石油化工学院教授，主要从事大学物理教学和量子光学、光谱及其成像技术研究;吕爱君（1972—），女，河北邢台人，理学硕士，北京石油化工学院讲师，主要从事大学物理教学和新型材料及计算电磁学研究。

[中图分类号] G642     [文献标识码] A     [文章编号] 1674-9324（2021）17-0144-04  [收稿日期] 2020-10-05

一、引言

大学物理是大学理工、农、医类专业学生必修的一门公共基础课程，授课时间一般为大学一年级第二学期或大学二年级第一学期，属于衔接高中物理和大学其他以其为基础的更深教学专业类课程的过渡内容。众所周知，数学和物理是自然科学的两大重要基础，大学物理教学中很多问题的解决需要应用高等数学知识，所以大学物理是基于高等数学（尤其是微积分以及矢量初步知识）等公共基础课程的一门课程，重在培养学生理解并综合运用大学物理课程中的基本概念、基本思想、基本规律和基本方法，使学生在理论、方法、能力等方面得到训练，并形成对物理学丰厚人文积淀的系统了解和认识，最终实现知识、能力和人文素养的协调发展。近年来，社会各领域发生了深刻变革，社会已经完全进入了信息高度发达的阶段。虽然大学物理的经典知识体系内核已历经长久的实践检验，但是其实际应用的外延还在不断发展。因此，大学物理课程的教学应该突破仅在课堂上讲授传统经典物理学体系的模式，有意识地充分结合信息时代的特点，引导学生接触、思考、运用物理学与时俱进的外延应用范畴[1]。

但是受课程学时所限，这一问题的解决需要教学方法的革新[2]。因此，大学物理课程的教学要在教学内容和方法上不断革新，并思考如何将物理知识与授课学生的具体专业对接，如何充分调动学生的学习积极性，培养学生的学习信心，最终让学生获得自主学习的能力和终身学习的意识。实践表明，目前在大学物理课程教学中引入翻转课堂和案例教学法，可以取得比较好的教学效果。

二、翻转课堂与案例教学法

（一）翻转课堂教学方法在大学物理教学设计中的应用

1.翻转课堂。翻转课堂的最初形式是2000年美国教授讲授“经济学入门”时采用的教学模式，并逐渐得到一定的推广和发展[3]。翻转课堂最显著的特点是可以重新构建学习过程。通常的学习过程是信息传递——吸收内化。教师在课堂上进行信息传递，学生课后进行信息的吸收内化。翻转课堂是将学生对知识的吸收内化阶段设置在课堂上进行，而信息传递阶段则让学生在课前进行。

在互联网时代，翻转课堂的实现已经不存在技术上的困难，各种软件和教学平台的成熟稳定完全可以深度支撑课堂的翻转。信息传递方面，可以体现在大学物理课程教学过程中的各个环节。课前，依据将要进行的教学内容制作短小精悍且针对性强的教学视频，以所讲授的知识点为个体单位录制视频，然后将其上传至线上教学平台（例如云班课、雨课堂等），同时教师可以提供即时在线辅导，从而能够提前了解学生的学习困难之处，做到在课堂上有针对性地引导学生的学习。另外，课前教师针对授课内容在线上教学平台发布难度适中、有启发性的习题供学生预习，从而使学生在进入线下课堂前已经通过预习对将要学习的物理内容有一定的认知，形成对所学知识内容难度和深度的预判，从而由被动学习转变为有针对性的主动学习。教师根据线上教学平台的统计数据，可以提前了解学生预习情况并据此了解学生对某些概念、定理理解不透彻的地方，然后在课上重点讲解，实现从整体上调整课堂节奏。吸收内化方面，通过课堂上师生互动、生生互动来完成和加强，具体可以采用“小讲师”、小组讨论、头脑风暴等形式来开展。由于学生已经在线上教学平台进行了多种形式的预先学习，从而对所要讲授的内容有了一定的认知，因此在课堂教学环节能全面提升教师与学生、学生与学生之间的互动性。也就是说，教师从课堂上知识的主要传授者转变为学生学习的指导促进者。例如，学生成立学习小组进行讨论学习，教师在这一过程中进行实时指导，甚至知识掌握程度好的学生可作为“小讲师”开展“小讲座”，辅导组内其他学生的学习。

2.翻转课堂的教学要求。目前，通过在大学物理教学过程中对翻转课堂教学方法的运用与实践，已经深深感受到这是一种很好的教学方法，尤其是对于理论性较强的课程。大学物理课程理论性强，概念定义繁多，一般需要学生的反复学习才能达标。翻转课堂这采用录制并上传教学视频到线上教学平台，不仅使授课内容更加具体和形象化，而且方便学生重复观看，深入思考。传统教学在课堂上进行大面积的单次信息传递，有“一刀切”之嫌，使得学习基础不同的学生在课上有“学到多少是多少”的感觉，从而直接影响了学生课后的复习信心，整体上不利于分层教学，最终影响学生的学习效果。信息传递通过线上教学平台在课前进行，使得每个学生可以按照自己的知识基础、学习速度在自己觉得合适的时间和地点进行学习。从教师自身来讲，为了使教学效果达到预期，教师除了要剖析解构大学物理系统知识细节，了解并熟练掌握大学物理各篇章的基本概念、思想与规律外，还必须做好以下几个方面的教学工作。第一，坚定信念，提高信息素养。教育行为来源于教育理念。长期以来，在“分数至上”的教育环境中，很多课程的教学已然形成了固定的教学范式和习惯。教师倾情投入传道授业解惑，学生紧跟教师思路坐听“禅道”，判断、分析解决问题的能力基本靠学生自身的领悟力。而实施翻转课堂需要打破教师的舒适区、平衡态，让教师处于不断实践学习的动态教学中。所以必须以坚定的改革信念作支撑，才能在课程改革中做到“一镜到底”。其次，授课对象学生大都生于21世纪，成长于信息时代，各类电子产品和应用软件可以说是他们生活中的朋友，他们与信息技术没有任何隔阂。年长他们较多的教师更需要提高自身的信息化素养，能够将课程的教学内容用当代技术展现出来，使教学内容与时代同步、教学形式与学生共鸣。因此要坚持以教学大纲为主线，延拓教学内容，丰富教学形式，使大学物理课程常教常新。第二，高效课堂，做好角色转换。将“吸收内化”这一阶段翻转到课堂上进行，是翻转课堂的关键环节，毕竟面对面互动学习活动才是翻转课堂最重要的价值所在。信息传递在课前已经大量进行，这就涉及如何支配课堂上多出来的时间。围绕教学内容，精心准备课堂对话和讨论、提前设计问题，让学生能够互动交流、自主思考，是实现高效课堂的有效手段。在每个视频后面都设置3～4个小问题，一是可以幫助学生了解和检测自身的学习掌握情况;二是可以提供教师在课堂上引导学生开展紧贴教学目标的课堂讨论的素材。高效课堂有助于学生的“吸收内化”，从而可以极大提升学习效率。第三，教师的角色发生了转换，从教学过程中的主角变为帮助学生学习的导师;相对地，翻转课堂利用丰富的信息化资源，让学生成为学习的主角。同时翻转课堂的效果直接与学生的学习能动性关联，学生如果不自觉学习课前资料，不擅长提问，不主动参与课堂讨论，将直接影响教学效果和教学目标的达成。但是，这不正是我们培养具备自主学习能力的新型人才必须要解决的问题吗？因此，制定科学的效果评价机制和实时跟进的评价技术，能够在学生学习的重要环节得到实证性资料，是翻转课堂取得良好效果的保证，同时一定程度上解决了培养学习型人才的问题。

（二）案例教学法在大学物理教学中的应用

1.案例教学法。案例教学法是指在大学物理教学过程中的某些环节，根据教学内容安排相应的客观典型事件，使学生通过对事件的分析和解决形成对所学知识的直观感受，做到学以致用[4]。

在教学实践中，具体操作有两个方面。其一是在新章节导入环节，根据教学内容引入与本章节内容高度相关的生动有趣且综合性较强的真实典型事件，学生了解此类事件但是又有待解释的问题存在其中，需要通过大学物理相应章节的理论知识来求解。学生带着问题进入下一阶段的理论学习，最终使枯燥繁杂的物理公式、定义呈现出很强的生命力，学生开始能够懂得这些理论知识在什么地方可以用以及如何用。这种教法可以加强知识的内化，整合知识结构体系，缩短理论到应用层面的距离，使学生明白所学即所用。其二是在教学过程的知识应用环节，基本的物理概念及定义的理解和应用可以采用习题册的形式进行强化巩固，而运用所学理论知识解决实际问题的能力培养最好是紧扣教学内容进行作业设计，设定合适的案例分析任务，以小组讨论的形式开展并记录，最终得出结论。案例的复杂和多样性使得学生在完成这一任务的过程中，必须随时复习和整合所学知识，必要时需要查阅相关资料，综合运用各种知识对案例进行思考、分析和讨论。在这一过程中学生能够形成分析、解决问题的思维方式，进而提升个人的科学素养。

例如，在光学部分讲授薄膜干涉一节内容时，引入案例：去眼镜店配眼镜时，营业员推荐了两款镀膜眼镜，一个表面是绿色，一个表面是紫色，选择哪一款眼镜对眼睛好呢？这一案例可以在激发学生学习兴趣的同时，引导学生从实际生活问题走向物理，再从物理走回实际生活。学生带着“如何选择对眼睛好的镀膜眼镜”这一问题进入薄膜干涉、增透膜和增反膜内容的学习，将实际问题抽象成物理模型，应用光程差这一关键物理量对此进行分析，引导学生发现光的干涉知识在生活和生产实践中的广泛应用，达到学以致用的目的，使学生体会到学习的乐趣、成功的喜悦。所以，案例教学能够引导学生建立“实际问题—建立模型—分析模型—解决问题”的思维方式，从而在潜移默化中培养学生利用已有知识解决实际问题的能力。

2.案例教学法的要求。对于理论体系庞大繁杂和应用广泛的大学物理课程，案例教学法还是颇具优势的，能够在系统讲述教材基本知识、基本原理的基础上通过具体分析真实客观案例来体现物理课程的实践性。该方法把理论教学情境和真实事件情境联系起来，使得学生不再有大学物理涉及的概念、规律、定理等都是纸上谈兵的架空感，能够深切感受到物理是现代科学大厦的重要根基。为使教学效果达到预期，针对案例教学法需要做好几个方面的工作。①精心选编，与时俱进。对于在大学物理讲授中所引入的案例，教师必须重视选编环节，精心挑选一些精、实、深的案例。所挑选的案例要能够紧扣教材理论知识，能够深度匹配教学内容，形成理论与实践相辅相成的效果。其次，案例要不断更新，与时俱进，尤其是作业设计部分的案例题目。例如，光学仪器分辨本领一节的讲授内容，物理评价概念不变，但是光学器件行业的发展，从光学显微镜到电子隧道显微镜折射出的新理念、新技术是需要在教学案例中体现出来的。所以，要使教学内容与时代同步、与社会事件关联，以教学大纲为主线，扩充教学内容，使大学物理中的案例教学充满生机和活力。②灵活教学，精当点评。任何一门课程都有自身的体系结构，大学物理课程也不例外，因此教师要把握物理学科体系及其涵盖的知识点。对于学生容易理解掌握的知识内容进行一般的课堂讲授即可;对于教学重难点则要用选编的合适案例进行教学，让学生在对案例的分析、讨论过程中真正掌握相应的理论知识。案例教学是互动式教学，师生在交流过程中互为“教”的主体，所以组织案例教学的形式可以灵活多变，可以教师剖析案例为主，可以学生分组讨论案例为主，甚至学生课后独立完成案例，然后课上分享观点，即以自学为主。③无论哪一种教学形式，教师对所得结论进行点评解析都是非常关键的一个环节。教师要做到精当点评，需要深厚的学科功底和临场应变能力，这其实对教师提出了更高的要求。学生分析案例得出的结论需要教师给予引导，从而促使教师加深思考。即使同一案例，由于不同学生对知识有不同的理解，就需要教师根据具体情况补充新的教学内容，所以双向的教学形式更能让教师意识到“教无止境”。教师通过灵活组织教学，精当点评案例结论，使学生将大学物理每一范畴（力学、热学、光学、电磁学、近代物理学）的基本原理和方法融会贯通于不同具体专业背景的联系之中。

三、结语

2020年，新冠肺炎疫情之下，教学方式发生了深刻的变革。信息时代的产品为这一教育变革提供了技术支撑，能够更便捷地实现翻转课堂和案例教学。无论线上线下，教学的根本目的是“培养全面发展的人”。大学物理作为自然科学的重要基础，在培养学生的科学思维方面具有显而易见的重要作用。但是，在信息时代，学生对电子资源能轻易获取，传统的“教师在教室里讲教材”式的教学，已经不能调动学生的学习兴趣。大学物理课程是大学理工类的一门基础课程，要为后续专业基础与专业课程的学习奠定必要的物理基础，它的基本概念、基本理论与实验方法向其他学科或技术领域的渗透总是毫无例外地促成该学科或技术领域发生革命性的变化或里程碑式的进步，其重要性不言而喻。如何让学生对这门课程从“知之”到“好之”进而到“乐之”是每个大学物理教师应该追求的教学效果。

其实，任何一個人都有想变得更好的意愿，任何一个学生都有学习的意识和想学好的意愿，除非他学习遇到了真正的困难。这个困难应该是教师能够通过尝试应用不同的教学形式传递课程的核心知识来解决的。

在本门课程教学中引入翻转课堂和案例教学法后，教学活动中的参与者能够加强互动交流，学生的主体地位得到肯定，在问题解决过程中的成就感得到提升，从而极大提高了学生学习的自觉性和主动性。如果学生在学习的过程中能够感受到心灵的滋养，体会到思想的塑造，那么学习这一行动应该是自发的、快乐的。

參考文献

[1]王祖源，张睿，顾牡，等.基于SPOC的大学物理课程混合式教学设计与实践[J].物理与工程，2018，28（4）：3-19.

[2]周春红，梁静.新媒体传播环境下高校教学方式的变革[J].中国电化教育，2013（8）：91-94.

[3]张金磊，王颖.翻转课堂教学模式研究[J].远程教育杂志，2012（4）：46-51.

[4]黎新仁.浅谈案例教学法在大学物理教学过程中应用的必要性与策略[J].德宏师范高等专科学校学报，2014（2）：80-82.

Study of the Teaching Design of College Physics

LüSu-ye， YU Ge， Lü Ai-jun

（Department of Mathematics and Physics， Beijing Institute of Petrochemical Technology，

Beijing 102617， China）

Abstract： The necessity and importance of the innovation of the teaching methods of College Physics under the background of the information age are elaborated in this paper. College Physics is characterized by complex theoretical system and wide range of application. Based on the exploration and thinking of the teaching reform in recent years， flipped classroom teaching and case teaching are proposed for the College Physics teaching reform. The teaching practice results show that both methods can greatly promote students learning initiative， improve students interest in learning， and significantly improve the learning effect.

Key words： College Physics teaching; flipped classroom; case teaching