大学物理生态教学模式的探索与构建——以宁德师范学院为例

关贵清，林建平，付 红，颜文悦，陈子翃，敖 晖，杨文宇，林志雅

（宁德师范学院 数理学院，福建 宁德 352100）

以物质世界为研究对象的物理学是一门古老、基础又重要的学科，是自然科学中的一门核心学科[1].作为本科高等教育中受众面广、受益面大、理工医农林师范类等专业必修的一门基础课，文史经等专业培养科学素养和核心素质的一门选修课，大学物理课程在本科人才培养中有着举足轻重的作用和地位.大学物理课程在宁德师范学院的开设历史悠久，宁德师院20世纪70年代建校并开设物理专业，2014年物理学升为本科专业，课程的教学经过了数十年的传承和积淀，经历了一次又一次的改革.随着学校专业门类的不断扩大，大学物理课程建设伴随物理学专业的成长并与学校同呼吸共发展，在教学基础、教学条件、教学规模、师资队伍等方面不断发展，日趋完善和成熟.为贯彻“新时代全国高等学校本科教育工作会议”精神，“高校要将现代信息技术深度融入教育教学，要着力推进课程内容更新，着力推动课堂革命，改革传统的教与学形态，打造智慧学习环境，探索实施智能化的精准教育，提升教学效果，培养学生智能时代核心竞争力”[2].宁德师范学院物理系于2019 年组建了物理教育慕课教学团队，并于同年立项福建省教育改革项目“基于‘互联网+’的大学物理生态教学模式的探索与构建”，2020 年课程组建设的“欣赏物理学”课程入选国家级一流本科课程，为学校大学物理教学的改革提供了重要遵循和有力支撑.2020 年初新冠疫情的爆发,更加突显了基于互联网教学形态的重要性和必要性.经过三年多的探索和实践，在疫情期间，大学物理课程组教师顺利完成了疫情下的教学任务，为大学物理生态教学模式的探索与构建提供了进一步的实践经验.因此无论是传承传统教学的精华还是迎接和适应融合互联网和信息技术的新时代本科教学改革浪潮，无论是适应疫情常态化下的日常教学还是迎接新工科、新医科、新农科和新文科建设下的教学理念和方法的挑战，宁德师范学院大学物理课程的建设、改革和发展都具有深厚的基础并意义重大.

由于大学物理课程开设的广泛性和普适性.各院校对本门课程的教学改革和研究做了很多有意义的工作，如从大学物理内容体系重构方面做了探索[3-4]；研究大学物理课程思政的设计[5-6]；对考核评价模式的思考[7-8]；教学模式的创新[9]；对大学物理课程教学有针对性地探索和研究[10-11].本文根据宁德师范学院大学物理课程开设的实际情况和现状，综合大学物理教学的各方面情况，通过对课程教学理念、内容、方法、模式、考核方式等方面的改革，结合实践经验，从生态教学模式构建的角度全方位探索大学物理课程教学的改革方法和实施路径，以期构建和谐、高效、智慧、充满活力和可持续改进的大学物理教学生态.

1 生态教学模式构建的基本理念和主要思路

“生态”一词源于古希腊，原意指“住所”或“栖息地”，即指一切生物的生存状态，以及它们之间和它们与环境之间环环相扣的关系.随着词意的发展，生态又涵盖与环境协调、可持续发展的意义.如今，“生态”一词已渗透到各个领域，人们常用“生态”来定义许多美好的事物，如健康的、美丽的、和谐的、生机勃勃的[12].大学物理课程改革的思路主要是探索和构建“互联网+教学”生态，将信息技术和互联网资源有效融入传统教学.通过调整教学内容、创新教学模式、改革考核方法，并建设慕课、翻转课堂、智慧教学等灵活多变的形式实施传统与现代、线上与线下、课内与课外等多种形式的混合式教学，推动大学物理教学的课堂改革，培养学生的泛在学习，激发学生的深度学习，从而达成课程教学的情感素质目标和知识能力目标，实现以学生为中心、产出为导向的育人理念，落实立德树人根本任务，深化教育教学改革，不断提升人才培养质量.

2 生态教学模式构建的主要方法和实施路径

2.1 教学内容生态化

宁德师范学院现有全日制本科在校生10 958 人，设11 个二级学院，41 个本科专业，涵盖教育学、文学、理学、工学、农学、法学、医学、管理学和艺术学9个学科门类，其中理学、工学等5个学科门类需要开设大学物理专业基础必修课，而其他门类每个学期也有部分学生选修与大学物理相关的公选课.大学物理及相关课程在学校的受众面广，受益面大.由于大学物理课程教学内容丰富，大致分为以下六个部分内容：关于物体的机械运动和时空相对性的力学和相对论部分；关于电磁现象及电磁场的规律和电磁相互作用的电磁学；关于大量分子热运动的统计规律及其宏观表现的热学部分；关于宏观物体的振动与连续介质弹性波的规律的机械振动与机械波部分；关于光的波动性质及规律，包括光的干涉、衍射和偏振的波动光学部分；关于微观粒子的波粒二象性和量子运动的特征的量子物理部分[1].

面对不同专业门类、不同学科背景和不同基础的授课对象，为做到因材施教和有的放矢，构建大学物理生态教学模式首先要从教学内容入手，明确教学对象和教学目标，梳理教学内容，以学定教，研究分级教学，改革教学内容，分层次分专业重构教学内容和学时，实施差异化教学，突出专业特色，精选教学内容，提高教学针对性.分层分级教学对应表见表1.

表1 大学物理分层分级教学对应表

一是根据不同专业的培养目标和学时要求，强化与专业和学科相关的物理学内容，弱化相关度较小的内容.理论教学学时不超过64学时，最低不低于32 学时.为适应不同专业的需求，将其内容分为大学物理A、大学物理B、大学物理C和大学物理D.其中大学物理A提供给电气工程及其自动化、机械设计及其自动化、机械电子工程和车辆工程专业的学生学习，共64 学时，主要涵盖力学、电磁学和机械振动部分内容，热学、光学和近代物理部分稍做介绍，以自学为主；大学物理B提供给数学与应用数学、化学、应用化学、环境科学与工程、材料化学、材料化学、生物科学、食品科学和生物技术专业的学生学习，共48学时，主要涵盖力学和电磁学的内容，对于热学、机械振动、光学和近代物理部分改为学生线上自主学习；大学物理C提供给茶学、护理学、药学和医学检验技术专业的学生学习，共36学时，主要以热学部分内容为主；大学物理D 可以作为选修课，主要面向文科和术科生，共32 学时，以慕课教学团队自制的课程“欣赏物理学”为主要授课内容.

二是大学物理实验教学部分内容的构建上，以课程组教师自行编写出版的教材《大学物理实验》为依据，提供力、热、电、光等方面实验，如长度的测量、单摆、三线摆法测刚体转动惯量、用自由落体运动测重力加速度、惯性秤、用牛顿环干涉测透镜曲率半径、箱式电位差计测量电池的电动势、交流电桥的原理和设计、示波器的使用和冰熔解热的测定[13]等实验项目供不同专业选择.在完成实验绪论部分教学后，每个专业至少选做6个实验，不少于12 学时，有兴趣或学有余力的学生可增做其他实验.文科和术科对实验不做硬性要求，可以开放实验室供有兴趣的学生选做.

三是降低基础稍薄弱学生的学习起点和学习要求，循序渐进.对基础较好的学生引导学生自学并增设拓展训练，对学生实施个体差异化教学.

四是引入课程思政.在教学内容中挖掘思政元素.植入物理学发展史、生活中的物理学和物理学发展前沿等人文性和趣味性内容.结合各章节内容以通识教育的内容和方式配套讲授物理学的发展脉络和前世今生未来.以感性的内容和人文的情怀助推学生对理性严谨的物理概念和定律的理解和掌握，培养学生的物理情怀、学习兴趣、科学素养和创新能力.

通过以上四点对大学物理课程教学内容进行生态化构建，实现动态调整，灵活配置，以适应不同学科不同专业的需求，为新工科、新农科、新医科、新文科建设提供切实可行的大学物理课程教学，更好地服务于“四新”背景下的高质量人才培养.

2.2 教学模式生态化

信息时代的大学生多为互联网的“原住民”，他们对互联网有一种天然的亲切感，利用信息技术的手段和方法以及互联网资源改造教学，是实现以学生为中心的教育的必然要求.大学物理生态化教学模式的构建关键在于多样化教学方法和教学手段的灵活应用与有机融合.现代教育技术和互联网的迅猛发展为多样化的教学模式提供了有力保障，改革教学方法和教学手段，改变传统单一的课堂讲授方式，深度融合现代教育信息技术，丰富教学手段，灵活教学过程，打破时空界限，探索传统现代并举，线上线下混合和基于“互联网+”的课堂翻转生态教学模式是大学物理生态化教学的有效途径.

为方便线上教学和学生的网络学习，课程组自行建设制作慕课“欣赏物理学”作为大学物理课程教学的热身和预备内容，既可作为线上教学内容，又可作为线下教学时的翻转内容，自行制作的课程内容让学生倍感亲切.在教学形式上根据不同的章节内容可线上、线下、混合、翻转，并采用启发式、讨论式、探究式、个性化、参与式教学和习作课等多种行之有效的教学方法和形式，加强师生之间、学生之间的交流，引导学生独立思考，启迪学生思维，激发学生学习的主动性和自主性，提升学生应用网络信息技术学习的能力，具体做法如图1.

图1 生态化教学模式示意图

一方面学生可借助网络资源和线上智慧学习平台根据自身基础与学习习惯随时随地自主选择学习模式，并在平台上交流互动，提高学习效率，激发学习动机，促进教学效率提高，提升教学效果，有利于培养学生提出、分析、解决问题的能力；另一方面，教师在无法进行线下教学的情况下，如疫情期间，借助学习通、学堂在线和腾讯QQ、微信等平台进行直播，并将线下的翻转移植到线上，直播授课平台和线上智慧学习平台交叉融合，相辅相成，并开展“一课多师”教学.线下授课可在智慧教室进行，是内化知识、解决难点、实现翻转和加强交流的有效方式.无论是线上还是线下，教师可根据不同专业和基础的学生选择不同的翻转内容和知识点，体现差异化和个性化教学，实现“线上自主学习+线下讲授讨论翻转+课后延伸”的课前、课中、课后一体化教学设计.课前：教师布置任务，学生自主学习；课中：师生交流互动；课后延伸：学生拓展和深度学习思考，学会应用，教师反思总结，实施教师导演、学生参演、慕课支持、实现翻转的智慧教学.基于“互联网+”采用多平台混合式教学和课前、课中、课后一体化设计的生态教学模式使学生学习得到全过程支持，教师教学得到全方位保障，实现多维度混合式教学的效果.

2.3 考核评价生态化

制定课程目标和达成度标准，以合理有效的评价体系，激励学生学习投入，改变只考核学生对知识掌握程度的闭卷考试，加入对学生应用知识分析问题、解决问题和创新能力形式多样的考察，如综合上课出勤、习题完成质量情况、撰写学习体会、学科论文、开放式考核、线上学习情况的考核等.具体做法：理论成绩=期末闭卷考试（50%）+平时成绩(30%)+半期考成绩（20%)；平时成绩包括上课出勤、作业、课堂表现、线上自主学习等；半期考成绩为闭卷(或开卷)考试成绩；实验考试成绩=实验操作考试（40%）+实验理论考试（开卷20%)+平时操作技能(10%)+实验报告(20%）；课中评价（线下）通过同学互评、教师点评方式对课堂表现评价；期中评价（线下）通过了解、访谈学生和课程组教师之间的交流进行评价；期末（线上）评价通过问卷调查、网上互动留言和评语及教务系统的评教评学进行评价.多维度灵活多样的生态化考核和评价机制，不仅能客观地考查学生对该门课程的掌握情况，还能激发学生自主学习的动机和兴趣，达成本门课程情感、知识和能力目标.

3 生态教学模式构建的初步成效和不足

经过不断的探索和实践，以宁德师范学院为例的大学物理生态教学模式的构建取得了初步成效，其重点是创新教学内容体系，优化重构教学内容，融入课程思政元素，达成了情感和素质目标，同时又坚持“两性一度”标准，研究分层分级教学，根据不同专业、不同教学对象和教学目标调整教学内容，以学定教，因材施教，内容既有广度又有深度，体现差异化和个性化教学，实时补充更新教学资源和教学内容，与时俱进.创新考核形式，采用多维度灵活多样化的考核和评价机制，达成了情感、知识和能力目标.其亮点是教学资源的丰富多彩，教学模式的灵活多样，线上线下混合式教学、MOOC 应用和课堂翻转等创新了教与学的关系，改变了传统教学教师“拼命讲”、学生“被动听”的单一形式，把教学关系由传统的以教师为中心转变为以学生为中心.

实践过程中也发现存在一些不足和问题，比如学生对学习本门课程的重要性和必要性缺乏充分的认识；各专业、各生源地的学生物理基础参差不齐；课程内容多、学时少，对本门课程知识体系难以全面、深度地掌握；智慧教学配套设备和经费少；线上线下混合式教学和互动需教师花费大量的时间与精力，也需学生学习的自觉性和自主性.今后在教学实践中还需进一步探索如何更好地激发学生的学习兴趣，培养学生主动学习的习惯和自主学习的能力，如何更加有效地进行个性化和差异化教学，进一步探究如何充分应用互联网及线上资源，打通和融合线上线下的教与学，打通理论教学和实验教学，从而构建更加生态化的大学物理教学模式.

4 结语

本文从大学物理生态教学模式构建的基本理念、主要思路、主要方法、实施路径、初步成效和不足等方面对宁德师范学院大学物理教学的过往、现状和未来做出总结、描述和规划.在传承与创新中探索和构建了高效、和谐、智慧、充满活力和可持续改进的“互联网+”大学物理教学生态，为新时代新理念新形势下本科人才培养中的大学物理课程提供有力支撑.