高等学校物理学理论课程教学实践与思考

许雪松，荆 波，王轶卓，彭 勇，王耀川

网络时代，学生获取知识的渠道多元，传统的“以教师为中心”的单向灌输的教学模式不能满足学生的学习需求，限制了学生的思考空间和探索的自由度，学习通道狭窄；相当一部分学生处于被动学习状态，缺乏主动获取专业知识的动力，为了应付考试和获得学分而学习；学生的眼界有限，所学知识停留在纯粹的理论层面，建立科学期待的意识差，缺少探索科学问题的精神，更没有切身享受学习科学知识带来的成就感。因此，大多数学生的物理学理论课程学习处在浅表状态。在《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》中，国家大力倡导各高校要广泛开展启发式、讨论式、参与式教学，推动教师把国际前沿学术发展、最新研究成果和实践经验融入课堂教学，注重培养学生的批判性和创造性思维。物理学理论课程教学应以此为契机，剖析学生、分析课程，树立新时代的教学观，多方位、多视角地从学生的学习需要出发，重构知识结构与学习过程，助力学生知识和能力共成长。

一、高校物理学理论课程教学特点及现状

人类在对物质世界的探索过程中进行物质创造和精神思考，从而推动了人类文明的发展。物理学的发展与人类的文明进步相伴相生，是人类的宝贵资源和精神财富，是人类认识世界和改造世界的重要支撑。物理思想与方法不仅对物理学本身有价值，而且对整个自然科学，乃至社会科学的发展都有重要贡献。物理学中的理论课程是物理学大厦坚实的基础，学好理论课程有益于学生构建物理理论思维和进行具有广度和深度的科学探索，探索的前提是必须继承先辈留下的成熟的知识遗产，这就对高等学校中从事物理教学的教师提出了高要求。

“教学”=“教师的教”+“学生的学”，这是一种人类特有的人才培养活动。“教”重在有内容、有目的、有方案、有侧重、有组织；“学”重在有吸收、有总结、有应用、有转化、有提升。教师的知识传授艺术与学生的深度学习息息相关。教学有法又教无定法，对物理理论课程教学而言，教师应该怎样把握课程难度、控制教学节奏、教学进程等才能取得理想的教学效果呢？教学实践表明，教师需结合课程特点、学生现状、专业需求等采取灵活有效的措施，提升物理学理论课程的授课品质和学生的学习品质。

（一）物理学理论课程的共同特点。1.物理学的重大突破都有数学的融入，即物理学以数学为工具语言，数学是物理学重要的知识载体。2.物理学的概念和原理内涵深刻、知识体系严谨、逻辑性强，成熟但并不古老。3.物理学理论应用广泛，几乎向一切学科渗透，它是理工科专业必修的专业基础课，如激光、无线电、微电子、原子能等领域都是从物理学中分化出去且形成的独立学科，冶金、机械、通讯、计算机等等领域也都需要物理学知识做支撑。4.物理学被古人称为“自然哲学”，是以观察和实验为基础的自然学科，实验教学具有其他教学内容和形式所不能替代的作用。5.物理学的发展与科学家们的科学历程息息相关，典型范例可以唤起学生们的求知欲和科学情怀。6.物理学中的数学语言可以用汇编语言程序化，从而进行知识的总结与拓展，还可以进一步图形化，化抽象为形象。7.物理学的理论用于指导生产生活实践，实践可以检验理论的正确性、可以去伪存真，发挥科学理论的积极作用。8.关注与物理学有关的前沿科技，如神舟发射、深海蛟龙、5G通信、北斗导航等等，激发学生的探索欲。

（二）理工科学生现状。1.备战高考时，轻松、浪漫的大学生活为学生的精神追求，理工科专业课程多、任务重，现状与梦想之间的差距使得一些学生迷失了方向。2.扩大招生圆了好多学生的大学梦，相对而言，学生的素质和学习能力均有所下降，对惯常的物理课程教学内容的接受程度也与随之下降；3.新高考选科制度下，一些学生为了追求高分回避物理科目，致使物理基础只有学业考试水平，薄弱的物理基础使得这些学生的物理课程学习相当困难。4.从社会层面上看，相当数量的学生毕业后所从事的工作与物理课程学习关系不大，这对在校大学生的学习生态有很大影响。5.课堂上学生的参与度低。相当一部分学生没有目标，有的学生甚至是“我妈让我学”，课程学习完全处于被动状态，没有高要求，及格或者能够毕业就行，由于很难协调学生的胃口，教师的教学活动经常得不到学生的响应。6.部分学生有进一步求学的想法，需要在理论课程中有更多的积累和突破，为从事科研工作打牢基础。7.先修课程学习肤浅，不能在后续课程学习中无缝对接。如电动力学课程，需要高等数学、线性代数、数学物理方法、电磁学、光学等课程知识的积累和应用，相当比例的学生完全没有头绪，概念、定理、定律极其模糊，有限的知识储备根本谈不上灵活应用。

（三）专业需求。以我校应用物理专业为例，学生的毕业出口有升学、考取公务员和事业单位、在大中型企业就职和自主择业等，毕业后升学比例约40%，即相当一部分学生毕业后从事的工作与专业课程学习的关联度较低。纯粹的物理专业尚且如此，其他专业的学生毕业后还需要用到物理专业知识的比例则更低。

二、高校物理学理论课程教学实践及思考

青年大学生的思想政治状况、道德品质和科学文化素质关乎整个民族的发展和祖国的未来。在信息技术高度发展的今天，着力培养大学生的政治素养和文化素养继而使之成为具有过硬素质的接班人是摆在高等学校教育管理者和任课教师面前的重要任务。物理学是在人类探索自然奥秘的过程中形成的学科，每一次重大发现和突破都引发新领域、新方向，甚至衍生新的科学技术，尽管理论知识比较抽象，但是学好物理就会发现物理不仅有趣而且有用；学好物理会建立与众不同的思维方式。作为高校从事物理学专业理论课程教学的老师，要以现代的观点审视传统的物理教学内容，要充分利用现代教育技术手段全面整合各类教学资源，在以学生为中心的教学活动中做到知识传授和思想引领，帮助学生愉悦地主动获取知识并付诸实践。有鉴于此，打造网络时代下的新型课堂意义重大。教学实践表明，教师结合课程特点、学生现状、专业需求和未来发展等进行以下有益尝试，可以显著提升教学品质。

（一）充分调研确定学期学习任务。就某一门课程而言，不同专业、不同学年、不同时代的学习任务不能一成不变。一般来说，对于非物理专业的物理学理论课程教学，需要深度调研，结合专业特点和专业需求确定明晰的教学任务，要体现专业特色；而对物理专业而言，要考虑学生的特点、与学过知识的衔接、为后续课程服务等，以完成培养计划的基本要求。除此之外，还需要考虑部分学生需要高层次学习、需要科研训练等。所以，确定学生的学期学习任务是一个复杂的工程，不可一概而论。

（二）数学知识准备。每一门物理学理论课程中的理论规律都以数学形式呈现，深入理解物理规律丰富而深刻的物理意义以及熟练应用定理定律解决具体问题才真正达到学习物理课程的目的。大多数学生缺少这种知识转化的能力，原因就在于数学知识停留在浅层，不能建立物理图像，更不能在物理问题中准确理解和应用，因此将理论课程所需要的数学知识前移至物理课程之前将大有裨益。如电动力学课程中矢量场基础知识，如代数运算、微分运算、张量分析等。

（三）前置课程学习内容，充分预习且形成问题。问题即不能用已有知识解决的疑问，同一问题对不同学生的复杂程度也不同。教师可制作微视频（包括知识要点、问题等）、提纲式的PPT将课程学习内容提前一周告知学生，同时推荐匹配的中国大学MOOC资源，学生便可以结合网络资源和教材进行自主前置学习。再在课前汇总学生在学习过程中遇到或提出的问题，然后针对这些问题重新梳理课堂教学内容，在课堂教学实施过程中有针对性和有所侧重地解决问题，消除学生的疑问，使物理知识清晰呈现。

（四）课程内容先易后难、循序渐进。根据学生特点和课程特点，审视理论物理课程中各个部分的相对关系及其地位，对教材的内容、顺序、结构作统一重构，既保持理论物理课程理论的严谨性和完整性，又便于学生消化和吸收。目前，在物理学理论课程学时普遍压缩的情况下，可以避免过多的数学推导与证明，将侧重点放在深入理解物理学理论规律、建立清晰的物理图像和解决实际物理问题等方面。

（五）打开与物理学理论相关的科技前沿“窗口”。如：以北京大兴国际机场建设、天眼工程、蛟龙号载人潜水器、天宫号太空实验、墨子号量子科学实验卫星、北斗定位导航等为切入话题，讨论工程的物理结构、声光电科技、科学功能等，感受知识的力量与魅力，通过实实在在、活生生的典型和前沿科技让学生感受到学习物理学知识的神奇魅力，鼓励学生去追踪、去探索，这对激发学生的学习兴趣和探索欲望、培养学生的创新能力大有裨益。

（六）开展线上线下混合教学。使用智能手机、平板电脑已经成为学生的日常，学习也不再是简单的实体课堂教学活动。教师应充分利用各种资源，采用多种教学方法和教学手段，改变传统的理论课堂单纯教师讲授的单一授课模式，将学生自主学习与教师讲授等学习方式有机整合。在传统的教师讲授、微视频、MOOC等基础上充分利用Blackboard等平台建设多维网络资源，包括预习模块、课程学习模块、自我测试模块、国外教学资源共享模块和演示实验模块等，除此之外，还可进行作业上传与批改。这样的混合教学不仅实现了网络资源的立体化以及教学资源的深度拓展和融合，而且可以整合数据资源进行统计分析，方便了解学情，掌握学生学习动态，也有助于任课教师积累教学素材、丰富教学经验。

（七）将物理模型程序化，开展计算机辅助教学。利用倍受学生青睐的科技产品计算机可以实现大量的科学计算，辅以作图软件便可将计算结果可视化，将不能或不能用实验演示的物理内容用计算机编程进行模拟演示，拓宽了物理内涵，学生可切身感受枯燥的理论知识转化为直观图形的神奇魅力。计算机辅助教学实现了传统教学内容和形式上的创新，可以大大激发学生的主动学习意识和探索精神，为培养创新人才提供有力支撑，同时也提升了教师自身的教学水平和科研能力。

（八）推行问题引导的学生为中心的研究型教学模式。这种教学模式倡导学生的自主学习和知识的自我建构。教师从教学科研领域中挖掘课题开展科研，引导学生参与教科研项目，教给他们查阅文献、设计与进行实验的方法与思路，指导学生撰写科技小论文，发挥学生特长。由于学时有限，课堂上这种研究型学习的占比自然受限，可以延展课堂或以第二课堂的形式呈现。这种由学生主动参与的课堂学习与知识建构，不仅提高了教学效果而且培养了学生的科学思维能力和创新能力。

（九）翻转课堂。翻转课堂包括研究性学习和线上线下混合教学要素，翻转课堂中，尽管教师的角色从主动变被动，从主导变引导，但从侧面加强了教师所扮演的角色，要求老师通过提问、交流讨论、项目完成情况分析等把握学生的学习进程和检验学习效果，实际上是对授课教师提出了更高要求。其优越性在于真正实现了“以学生为中心”的教育理念，所有的学生都可以参与，技术应用、协作学习和个性化教育都可以在翻转课堂上实现，但是，对于物理课程而言，知识点集中，国内的学生不擅于提问和主动性不强，会直接影响翻转课堂的实施效果。所以，物理理论课程可以结合专题进行翻转课堂的尝试和探索，不适合贯穿课程始终。

（十）案例教学。学习过程是一个认识逐渐深化的过程，如何引导学生由浅入深、由吸纳知识转化为主动应用以解决具体问题考验着教师的课程设计水平。在物理类理论课程中，适当采用教学案例法可以激发和诱导学生的学习动向、进而进行深入学习，即教师在学生已经掌握学科基础知识和具有一定的分析能力的基础上，结合教学目标精心设计教学案例，将学生带入“问题情境”。如电磁场理论中高斯定理部分的学习中“如何选择合适的高斯曲面”、重在培养学生数据分析能力和绘图能力的软件类课程教学等均适宜采用“案例教学”。在此过程中，学生先捕捉知识，然后经过缜密思考获取解决方案，最后凝练总结，这是一个能力逐渐提升的过程。当然，在处理问题过程中，学生的知识走向可能与教师的设置有偏差，教师可以适时辅以干预和引导，帮助学生获得知识与技能。

（十一）课程思政。物理学理论物理课程蕴含着丰富的物理思想、辩证唯物主义内容、科学家的家国情怀、科学之美等要素，定理、定律都源于科学家们智慧的结晶，可以非常自然地以科学成果为切入点，将科学家们取得科学成果的艰辛历程、深明大义、艰苦抉择、博爱担当等结合到具体的物理问题中，引导学生的思维向纵深发展，深刻领会大家的“家国情怀”与“民族担当”，引导学生有所思、有所想、更有所行动，将所学到的知识转化为自身的修养和素养，实现知识传授和价值引领的有机统一、教书与育人的和谐统一。引入课程思政的教学会更有温度、更有张力、也更有活力。

普通高等学校教师承载着教书和育人的双重使命。授课教师作为知识的传授者总是对学生的学习充满期待，期待他们掌握基本知识、期待他们深入学习、期待他们灵活应用、期待他们在自然的学习过程中获得高层次的发展。在网络时代背景和立德树人教育理念下，要培养学生的高阶思维，本科教育阶段的教学改革重在打破传统的灌输式教育教学模式，以丰盈学生内心、让学生有角色感、有参与意识、有重任在肩的姿态为抓手，教师须开源节流，走进学生的内心，适时、深度开发和整合教育教学资源，不断更新教学内容和教育理念，采取与时代相符合的教育教学方法和教学手段从事教育教学工作，只有这样才能站好高校教师这方神圣的大舞台。