主动学习导向的大学物理课堂教学改革与实践

杜允　袁晓平

[摘 要] 立足教学对象的实际情况，在超星平台上自建了大学物理网络课程（MOOC），通过线上和线下的融合，形成了混合式课堂教学模式。该模式摒弃了传统大学物理教学“满堂灌”的弊病，缓和了大学物理课时缩水和教学内容扩充之间的矛盾，推动了基于“六让原则”的教学模式、教学内容、教学方式、教学评价等方面的改革。通过精心的教学内容安排和精巧的教学环节设计，创新了教学模式，实现了讨论式、引导式、讲授式等多种教学方式的结合，并提高了学生学习的兴趣和主动性，提升了课堂教学效果。

[关键词] 主动学习;独立学院;教学模式;教学方法

[基金项目] 2018年度浙江省高等教育“十三五”第一批教学改革研究项目“主动学习导向的《大学物理》课堂教学模式改革”（jg20180472）

[作者简介] 杜 允（1981—），女，安徽宿州人，博士，杭州电子科技大学信息工程学院讲师，主要从事大学物理和大学物理实验教学研究;袁晓平（1979—），女，江苏无锡人，博士，杭州电子科技大学信息工程学院副教授，主要从事大学物理和大学物理实验教学研究。

[中图分类号] G642   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）43-0029-05    [收稿日期] 2021-07-08

大学物理是高等学校理工专业的一门重要的基础课程，该课程不仅要求学生掌握物理学的理论和方法，而且还要培养创新精神、思维能力及动手能力，因而在独立院校应用型人才培养中具有无可替代的作用[1]。

本文从教学内容改革、教学方式改革、教学评价改革等方面，摸索出一套在新时期行之有效的方案，它摒弃了傳统大学物理教学模式单一的弊病，能提高学生的学习主动性和课堂教学效果，从而提升大学物理课堂的教学质量，进而使这门传统课程焕发新的生机[2]。本文拟利用超星平台完成大学物理MOOC建设，利用MOOC丰富传统课堂教学资源、教学内容，为学生自主学习提供适合的资源储备。通过MOOC的引入支持大学物理翻转课堂的建设，学生通过课前观看MOOC视频、完成MOOC中的小测试，以及在课堂中基于小组学习讨论与真实生活相关的问题，实现翻转课堂，引导学生自主学习[3]。另外，通过弱化共推导，引入实验、生活现象、物理学史、近代物理等教学内容，以减少物理基础薄弱带来的负面影响，激发学生的兴趣，培养学生观察现象、发现问题、解决问题的能力，引导学生领略力、热、光、电磁在现实生活中的应用，潜移默化地使学生认识到大学物理课程的重要性和实用性，提高学生学习的主动性[4，5]。最后，随着大学物理教学内容和教学方式的与时俱进，建立更加合理的评价体系和管理体系，使考核能真正地反映学生的学习过程和掌握物理知识的水平[6]。

一、大学物理教学存在的问题及原因分析

大学物理作为高等学校理工专业的一门重要基础课程，目前的教学状况是学生在预习时看不懂教材，在上课时听不懂课程，在课下不会做习题，学了后面忘了前面，上课不抬头，下课不写作业，还时常缺课[7]。究其原因，主要有以下几个方面。

1.“大学物理”课程的“高门槛”与学生数理基础薄弱之间的矛盾。大学物理的课程特点是理论性强、概念抽象、公式繁杂，对学生的高中物理基础及微积分的应用能力要求很高。而独立学院学生的入学成绩比一本、二本低，物理基础不够扎实，特别是随着“3+X”高考改革的推进，越来越多的学生在高考时不选择物理，导致物理“零基础”的学生越来越多。另外，学生在大一时刚学习微积分，还未理解微积分的本质就用来解决大学物理问题，这对学生来说更是难上加难。

2.“大学物理”课时缩水和教学内容扩充之间的矛盾。在独立学院的转型和发展期，大学物理课时大量减少。以我院为例，大学物理两学期理论课共计80课时，内容却涵盖了力学、电学、磁学、光学、量子力学和相对论，教师在较短的教学课时内，无法完全将经典物理的内容讲完，更谈不上引入演示实验、物理学史、近代物理等能引起学生兴趣的扩展内容。

3.“主动学习”的要求与“被动学习”的态度之间的矛盾。对于刚刚经历高考的大学生来说，没有了升学压力，再加上社会上急功近利的风气，使他们对大学物理有畏难、厌学情绪，在学习上很被动[8]。正如西安交通大学王树国校长所言，被动的学习毫无意义，在你的心里不会留下任何痕迹，因为你是被动的，根本没有感觉，主动的学习才会融入其中，因为你知道为什么学，你想学，你要学。

4.传统的教学模式难以激发学生的兴趣。除了在2020年上学期疫情期间采用线上教学，目前我院大学物理主要采用线下教学，但无论线上还是线下的教学模式都以传统授课为主，即教师讲、学生听，教师是主角。这种模式虽然在保证教学进度方面具有优势，但缺少师生互动，难以使学生领会相关概念，忽视了学生作为学习主体的能动作用。

5.教学评价体系和学生管理不科学。我院大学物理课程为大班化上课，最终成绩主要由平时作业成绩+考试成绩组成，缺乏过程评价。另外，学生自觉性差，重应试、抄作业、旷课、上课玩手机等现象比较普遍，不能达到使学生“学了—学会了—会学了”的教学效果。

二、教学理念与改革思路

在本次教学改革过程中，在教学理念上，我们坚持以学生为主体的“六让原则”，即能让学生自学的让学生自学、能让学生触摸的让学生触摸、能让学生观察的让学生观察、能让学生提问的让学生提问、能让学生表达的让学生表达、能让学生思考的让学生思考。

在教学思路上，我们坚持线下和线上相融合的混合式课堂教学模式，将讨论式、引导式、讲授式等多种教学方式相结合，并通过教学环节的精巧设计，实施上述教学理念、教学模式和教学方式。另外，教学环节具体包括课前平台预习、课堂实验、演示实验、课堂讨论、课堂提问、课堂在线测试等。改革思路具体如图1所示。

三、教学模式的改革

鉴于“满堂灌”教学模式的单一性，以及翻转课堂教学模式对学生基础知识和自觉性的要求过高，本课程对线下和线上相融合的混合式课堂教学模式进行了探索和实践。根据学生的水平和特点，我们通过超星平台建设本课程，建设内容主要包括自制视频、习题库建设、课件，以及配套习题与答案。在视频内容的录制过程中，我们将知识点进行更细的划分，把每个知识点的视频讲解控制在10分钟左右。鉴于视频为我们自己录制，而且比较短，所以，后期的修改和维护比较方便，如果某个知识点需要修改，重新录制或剪接也很方便。

线上和线下相结合的混合式课堂教学如图2所示。以单缝衍射这一课为例，在课前要求学生完成上节课等厚干涉的配套习题，并在平台上自主订正答案，要求学生通过线上的视频和课件进行自主学习，同时对上一次的薄膜等厚干涉内容和本次课程的衍射内容分别进行复习和预习。在课堂上，我们首先通过在线测试的方式检测上次课堂的授课内容，并针对课后练习或课堂测试中学生还未掌握的知识，采用学生提问、教师答疑解惑的方式，共同对上次课堂的内容进行总结，使学生进一步、深入地把握知识点和重难点。其次，通过线上学习学生基本了解了这次课程的新内容，特别是对单缝衍射和圆孔衍射的实验现象和结果等产生了很直观的认识，并对这些现象提出一些自身感兴趣的问题，比如“单缝衍射形成明暗条纹的条件是什么”“怎么划分半波带”“为什么级数越大明纹越暗”等。因此，在线下教学过程中，教师可结合学生的线上学习情况，先对学生提出的问题进行归纳并分类，将提出相近问题的学生分为一组，使每组学生分析、讨论问题的共性，并逐步引导学生得出问题的正确答案。从学生得出的答案中，教师加以提炼，最后归纳出该节内容的知识点、重难点[9]。

四、教学内容的改革

线上和线下教学的融合缓和了大学物理课时缩水和教学内容扩充之间的矛盾，推动了教师对课堂教学内容的改革。教学内容的改革主要包括以下几个方面。

（一）注重内容巩固与前后衔接

一周一次的大学物理课，使学生很容易遗忘上周学过的知识，知识点掌握得过于片面化、孤立化，因此，我们需要在教学内容上注重巩固复习和衔接过渡。比如在学习劈尖和牛顿环等厚干涉之前，我们会对上次课讲授的薄膜等倾干涉通过线上课堂测试、提问、讨论等方式进行复习和巩固，然后提问学生“为什么称上面的薄膜干涉为等倾干涉”，如此类推“等厚干涉怎么定义”，然后过渡到当下等厚干涉的内容上。在此课结束的时候，教师引导学生总结劈尖和牛顿环的相同和不同之处，进而对杨氏双缝、等倾干涉和等厚干涉整个干涉内容进行总结，使学生思考这几种干涉形成明暗纹条件的共同之处和区别之处。整个过程尽量使学生感受到知识的系统化，能让学生总结的让学生总结，能让学生思考的让学生思考，不越俎代庖。

（二）简化公式推导

在教学内容上，我们依然坚持按照教学大纲的要求进行教学，根据学生的具体情况，因材施教，重点培养学生的物理思维能力，并对经典物理知识公式的推导进行简化。以薄膜等倾干涉为例，我们重点讲解“为什么形成这种薄膜干涉”“形成明暗纹的条件是什么”“两束反射光的光程差包括哪两项”“半波损失造成的光程差什么时候加半个波长”“真实的路程造成的光程差具体是图形中哪两段光程之差”等，而对光程差的具体公式推导进行简述。

（三）融合各种实验到理论教学课堂

一是要求每位学生在课堂上直接动手做实验，自己去触摸，自己观察实验现象、提出问题、解决问题，在整个过程中，学生是学习的主体，参与的积极性很高。比如讲解单缝衍射内容时，给每个学生两支铅笔，学生用两支铅笔做狭缝，对着日光灯，可以直接观测到实验现象，此时，教师会提出“看到了什么”“怎么看”“形成明暗条纹的条件是什么”“为什么中间的条纹又宽又亮”等问题，学生对自己观察到的现象和寻找答案的过程很感兴趣。因此，教师引导学生分析问题和解决问题，培养了学生归纳总结物理规律的能力，从而达到良好的教学效果。二是用简单的实物进行演示实验，比如用绳子演示横波、用教室门演示定轴转动。三是采用数字媒体进行实验演示。如果上述实验不方便或者没有条件进行，对于重点内容或者难以理解的内容，我们尽量采用数字媒体进行实验演示，比如劈尖干涉、牛顿环干涉，可以用Flash动画演示整个干涉过程。演示实验具有很强的画面感，方便学生理解物理概念和规律内涵。

（四）将课程实验与理论教学有机结合

独立学院的教师资源比较紧张，大学物理授课教师同时也是实验教师，教师熟悉实验室里的每一个实验。根据授课内容，尽量安排两门课程能够同步进行或者将实验先一步进行，比如将实验课声速的测量与理论课简谐振动的合成同步进行，学生在示波器上很容易看到同频率相互垂直的简谐振动合成后的轨迹，能直观发现相位差不同的轨迹会在正椭圆、斜椭圆、直线的变化。而在理论课上，教师会告诉学生为什么会形成正椭圆、斜椭圆、直线，理论和实验相互补充，让学生既看到现象又了解本质，既培养学生的形象思维又培养学生的抽象思维。

（五）加入物理学史、生活现象与近代物理

以聊天的方式加入一些物理学史[ 10 ]，比如1817年菲涅尔参加了法国科学院举办的衍射问题征文大赛，半波带理论备受争议。在课堂上讲述泊松亮斑的故事，可以活跃课堂气氛，也可以使学生深刻地体会从实验现象到理论解释是一个曲折的过程，从而提升学生的学习兴趣，唤起学生的求知欲，用物理学家的思维方式、坚忍执着的精神影响学生，潜移默化地进行思想政治教学。

另外，我們可以引导学生应用课堂所学知识去解释生活中的物理现象，比如怎么解释地球两极美丽的极光现象、肥皂泡上的彩色条纹、3D电影等，让学生领略力、热、光、电磁在现代生活中鲜明的应用实例，潜移默化地使学生认识到大学物理课程的重要性和实用性，提高学生学习大学物理的积极性、主动性。

大学物理经常给学生一种很系统但很老旧的感觉，所以除了在绪论课上我们会告诉学生物理有很多新科技之外，在讲到具体章节时，我们也会尽量加入相关的近代物理知识，比如在讲带电粒子在电磁场中的运动的时候，引入扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）磁聚焦实现放大的原理，在讲普通光源发光原理的时候引入激光发光的原理，在讲光栅衍射的时候引入X射线衍射（XRD）和低能电子衍射（LEED）的工作原理等，使学生了解最新、最前沿的物理，让大学物理课程焕发新机。

五、教学方式的改革

通过以上教学模式和教学内容的改革，我们实现了讨论式、引导式、讲授式等多种教学方式的结合。以单缝衍射、圆孔衍射这一课为例，多种教学方式具体结合的过程如图3所示。

在这堂课中，我们设计了课前线上预习、课堂线上测试、课堂实验、课堂讲授等14个教学环节，在不同环节采用了不同的教学方式（图3），充分调动了学生的积极性和主动性，创新了教学模式。

六、教学评价和学生管理方式的改革

教学模式、教学内容、教学方法的改革必须有合适的教学评价和学生管理方式与之相匹配才会有所成效，这就需要改变传统的学生考核评价和学生管理方式。

在教学评价方面，我们强调过程性，所以平时成绩占比较大，占总成绩的40%。为了使评价机制的功能更好地应用于MOOC平台，在平时成绩方面，我们强调线上和线下的融合，所以平时成绩包括线上自主视频学习、线上测试、出勤、习题册+平时表现四项，分别占平時成绩的15%、15%、30%和40%。通过超星平台，我们可以实时追踪学生的线上视频观看、测试和出勤情况，并对学生的学习效果进行分析。

在学生管理方面，我们还有以下几方面要求：（1）重罚缺勤。缺课一次平时分扣10分，不设下限，“缓坡式”加分，“悬崖式”扣分，并且缺课超过1/3取消本学期考试资格。（2）习题册作业不允许漏交和迟交，少交一次扣5分，迟交一次扣2分。（3）不允许迟到早退，迟到早退一次扣2分。（4）在课堂上，除教师允许的时间以外，不允许玩手机，否则没收一个星期。

关于教学评价和学生管理的具体细节，我们会在开学第一周向学生公布，如果学生有异议，可以在二周内向学校进行反馈，若意见合理，我们将考虑并采纳。

七、教学效果

通过上述教学模式、教学内容、教学方式、教学评价等方面的改革，课程的教学效果得到了明显提高，主要体现在以下几个方面：（1）从学生的课堂反应和问卷调查看，学生认可了我们的课堂模式，上课抬头率逐渐提高，师生互动积极，由此判断，线上资源有助于学生的预习、复习、巩固等。（2）从学生的考试结果看，无论与平行班横向比较，还是与改革前班级纵向比较，改革班学生的及格率、卷面平均成绩均大大提高。（3）从学生对教师的评价看，改革后学生对教师更加认可。（4）从同行评价看，作为学院公开课之一，我们在2019年进行了线上和线下相结合的示范教学演示，专家和教师一致认为，我们在授课过程中教学目标明确，重点突出，课堂组织形式灵活，教学方法手段新颖，课堂互动积极，有效地调动了学生学习的积极性，激发了学生课堂教学的参与性，课堂整体氛围活跃。

八、结语

根据学生的水平和特点，因地制宜，因材施教。我们通过在超星平台上自建MOOC，有效地融合了线上和线下教学，实现了混合式课堂教学模式。该模式摒弃了大学物理教学“满堂灌”的弊病，缓和了“大学物理”课时缩水和教学内容扩充之间的矛盾，推动了教师对教学内容、教学方法的改革。

参考文献

[1]罗宏雷，韩雁冰，李慧玲.独立学院公共基础类课程：大学物理教学改革初探[J].出国与就业（就业版），2011（19）：105.

[2]杨坤，王博.基于翻转课堂的大学物理实验教学模式的探究[J].物理通报，2017，36（1）：72-76.

[3]李卢一，郑燕林.推进MOOC在高校课堂教学中的应用[J].现代远距离教育，2016（4）：37-43.

[4]贾光瑞，秦朝朝.大学物理课堂教学方法探究[J].新乡学院学报，2014，31（6）：69-70+73.

[5]王锦仁，郭俊梅，刘科敏.以培养应用型人才为目标的独立学院大学物理教学改革与研究[J].高教学刊，2015

（19）：124-125.

[6]周海亮，曹学成，朱岩丽.大学物理课堂教学改革浅析[J].河南机电高等专科学校学报，2018，26（4）：72-73.

[7]朱亚敏.关于三本学校物理教学的若干思考[J].当代教育实践与教学研究，2015（8）：200.

[8]张晓波，吴艳，郑莹莹，等.基于“四让原则”的大学物理教学改革与实践[J].物理与工程，2013（增刊）：162-164.

[9]曾显葵.线上与线下的融合——MOOC环境下大学物理课程的教学实践[J].教育观察（上半月），2018，7（11）：133-

135.

[10]杜允.如何让大学物理课堂充满生机[J].物理与工程，2016（增刊）：98-100.

Reform and Practice of College Physics Classroom Teaching Oriented by Active Learning

DU Yun， YUAN Xiao-ping

（Information Engineering School， Hangzhou Dianzi University， Hangzhou， Zhejiang 311305， China）

Abstract： Based on the actual situation of the teaching objects， the College Physics Online Course （MOOC） was built on Chaoxing platform， realizing the blended classroom teaching model through the integration of “online” and “offline”. This model abandons the disadvantages of traditional college physics teaching， alleviates the contradiction between the shrinking of college physics class hours and the expansion of teaching content， and promotes the reform of teaching model， teaching content， teaching method and teaching evaluation based on the “six let principle”. Through careful arrangement of teaching content and exquisite design of teaching links， the teaching model is innovated， and the combination of discussion， guidance， teaching and other teaching methods is realized， which improves students interest and initiative in learning and improves the effect of classroom teaching.

Key words： active learning; independent college; teaching model; teaching method