基于學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的大學物理案例庫建設

蘇娟

摘 要 案例教學在培養(yǎng)學生科學思維、創(chuàng)新能力和研究素質等方面具有極大的促進作用。本文從大學物理案例庫建設的實踐經驗出發(fā)，介紹了案例庫建立的篩選、設計、實踐、評價以及完善等環(huán)節(jié)，并通過教學案例的展示，對案例庫的建設起到拋磚引玉的作用。

關鍵詞 大學物理 案例 案例教學 創(chuàng)新能力

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.10.018

Construction of University Physics Case Base Based on the

Cultivation of Students' Innovative Ability

SU Juan

（School of Sciences of Southwest Petroleum University， Chengdu， Sichuan 610065）

Abstract Case teaching plays an important role in fostering students' scientific thinking， creative ability and research quality. This article from the construction of the university physics case library based on the practical experience， the establishment of case base selection， design， practice， evaluation and etc.， and through the teaching case show that the construction of case library plays a role.

Keywords college physics； case； case teaching； innovative ability

1 建設教學案例庫的背景和意義

建設創(chuàng)新型國家要求高等學校培養(yǎng)出的大學畢業(yè)生必須掌握科學的思維方法，具有強烈創(chuàng)新意識，能夠敏銳地發(fā)現(xiàn)問題，正確地分析問題和創(chuàng)造性地解決問題，是高等學校肩負的重要任務。大學物理作為理工科專業(yè)必修的公共基礎課程，如何擔負起培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的重任，應引起我們每一位物理教師的思考。

目前，世界各國都以培養(yǎng)和發(fā)展學生的創(chuàng)新能力、科學素養(yǎng)作為核心目標，注重科學探究、科學過程和方法的教育，在課程改革方面進行了大量的研究與探索。國內有些老師將演示實驗引入到課堂教學中，采用啟發(fā)式、提問式等教學方式，將理論教學與實驗課程相結合，激發(fā)學生學習興趣、培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。然而，這些教學改革較為分散，并未進行系統(tǒng)的精煉，不利于改革成果的推廣。

因此，本文將探索以學生認知能力和專業(yè)背景為前提，建立適合學生探究、自主學習的教學案例庫，通過合理引導、精心設計開放性問題，利用溯源法、問題設計法等教學手段，精心設計案例，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，使學生樂于探究、勇于實驗、勤于思考，實現(xiàn)培養(yǎng)其創(chuàng)新能力的目標。

2 建立教學案例庫的探索和實踐

案例教學是指以大綱要求的教學目標和教學內容為基礎，從案例入手，引導學生運用已掌握的物理知識和技能對案例涉及的情景、現(xiàn)象進行調查、分析、討論和交流等，鍛煉學生自主探索和學習的技能，從而培養(yǎng)學生認識問題、分析問題、解決問題的能力。

案例庫的建設，需要大量的案例，分別經過案例篩選、案例設計、案例實踐、案例評價、案例完善等各個環(huán)節(jié)。教學內容繁多，不可能將所有知識點都設計進入案例庫。太難或太簡單的內容都不適合，難以實現(xiàn)培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的目標。因此，建立案例庫的首要就是有效篩選入選案例庫的教學內容，結合學生的接收能力，控制案例的難易程度。

首先采取訪談、問卷調查等方式對學生的學習特征及需求進行調查和分析，了解學生的預備知識和學習需求。然后在深入研究教學內容的基礎上，結合學生的專業(yè)背景、工程案例、生活經驗，遵循典型性、適用性、新穎性的原則，篩選出適合學生進行自主探索的題目。

作為一所以石油化工為特色的高校，我們根據學校的專業(yè)設置、學生需求，初步確立了首批用于學生探究、自主學習的知識點。表1給出了案例庫包括的相關知識點。

課堂教學是教學的基本組成部分，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力的意識也應該滲透到教學過程中，而案例設計則是開展案例教學的基礎和前提。教師要根據教學進度安排確立案例的教學時間，給學生充分的準備時間。案例設計過程中，教師應結合學生的認知水平、專業(yè)背景，針對不同教學內容的特征，采用開放問題設計法、溯源法、專題研究等教學形式，合理設計具有鋪墊性、誘發(fā)性、過渡性、開放性問題，鼓勵學生提出不同的見解，讓學生自覺、主動的學習，體現(xiàn)“以學生為本”育人觀，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，激發(fā)學生的創(chuàng)新精神。

案例教學可以分為課內和課外教學兩種方式。對于課內案例教學，老師通過生活、自然、科學、社會中的一個實例、情景入手，通過提出問題的方式，由淺至深地逐漸引導學生利用已有的物理知識去分析解決實際問題，問題的設計要注意針對性、過渡性、開放性。學生通過闡明觀點，共同討論、爭辯、分析問題，學習新的物理知識，然后通過拓展性問題分析，使學生認識到所學物理規(guī)律在實際工程中的運用，激發(fā)學生的學習興趣。

對于課外案例教學，教師提前布置案例，對學生解決問題所需的知識提出提示和要求。學生在認真研讀案例材料，自行查閱資料，深入思考的基礎上，以小組形式討論、分析、研究案例，提出解決方案，撰寫報告等，讓學生自主學習新知識，培養(yǎng)分析、解決問題的能力和團隊合作精神。endprint

無論是哪種案例教學的實施方式，最終都需要對案例教學過程進行總結和評價。教師應該根據學生的課堂反應、理解程度，不斷修改完善案例中的問題設置和教學流程，對案例教學實施中暴露出來的問題，應該及時修正，以取得更好的教學效果，使其具有更好的操作性，有利于案例庫的推廣。同時，通過將學生參與專題討論、開放性問題討論的表現(xiàn)、積極性及成果納入對學生課堂成績的考核中，建立對學生的創(chuàng)新意識、能力、積極性的激勵機制，對學生的各種創(chuàng)新行為給予正面的激勵和獎勵。

總之，每個案例都要經過編寫、挑選、歸納整理、實踐、評價、修改完善等各個階段。顯然，案例庫的建設需要授課教師投入大量的時間和精力，僅憑一己之力，是不可能做好的。應該發(fā)揮教研室廣大一線教師的力量，群策群力，共同完成案例庫的建設。

3 案例教學實例

教學案例一：

教學內容：相對運動，計劃用1課時進行教學。

教學過程設計與分析：在講授相對運動時，首先作為案例引入，創(chuàng)設情境問題，提出“假設現(xiàn)在在下雨，你坐在車里和站在雨中，你看到的雨是什么樣的？”

學生根據生活經驗，馬上就能回答。繼續(xù)設問“為什么兩種情境中的運動的描述不一樣？”學生分析得出源于參照系的不同。為了能夠形象表示，引導學生利用有向線段表示雨的運動狀態(tài)。當畫出矢量關系后，學生能很快得到不同參照系里，同一運動的描述之間的關系，從而老師介紹伽利略速度變換法則。

設問“如果你坐在敞篷車里，如何避免不被雨淋到？”啟發(fā)學生思考，根據速度變換矢量圖，當車速越來越快時，雨相對于車的速度與車行駛方向的傾角越大，被雨淋濕的可能性越小。

給出雨中行駛的汽車的具體參數，分析不被雨淋濕應該考慮哪些因素。通過數學建模，引導學生提出風向、雨速、遮擋物的形狀面積、降雨強度等因素對淋雨量的影響。

該案例主要采用問題設計法，通過不斷地提出問題，幫助學生分析問題，闡述自己的認識與觀點，在師生共同討論、分析的基礎上解決問題，從而培養(yǎng)學生的探究、思考的興趣和能力。

教學案例二：

（1）教學內容：力矩，積分，計劃用1課時進行教學。

（2）教學過程設計與分析

課前布置問題：水壩的墻體厚度和迎水面的形狀與蓄水量有關，水壩的穩(wěn)定性也是另一大問題，你能給出一個物理上的模型設計嗎？學生通過上網查詢資料，了解常見水壩的設計形式以及工作原理。

課堂上，讓學生主動介紹自己調查分析的結果，帶領學生循序漸進地回答下述三個問題。（1）水深對壩體底部力矩的計算。（2）在水量一定的情況下，壩體迎水面的形狀對壩體底部的力矩影響是什么？（3）如何增強壩體的穩(wěn)定性？

學生各抒己見，分析水壩的受力特點。由液體壓強公式可知，水壩的攔水面受到的壓強與水的深度成正比。因此，計算水壩受到的壓力不能簡單為壓強乘以受力面積。假設水壩橫截面為梯形，迎水面的坡度為，根據力的分解，水對迎水面的壓力可以等效成對豎直截平面的壓力。設攔水壩的寬度為，水深為，引導學生將水壩沿著深度方向選取面積元，利用積分求解水對壩體的壓力。

分析水對攔水壩的壓力的作用效果：（1）使水壩整體沿水流方向向下游平移；（2）使水壩沿壩外立面底部端點轉動。根據力矩公式，為力臂，為變力，計算水對攔水壩的力矩作用。 顯然該力矩對攔水壩有傾覆作用，而壩體由于自身重力產生的力矩將反抗其傾覆。為保證壩體的穩(wěn)定性，須滿足，分析重力矩。為下游面外沿底端距壩體重心的距離，增大和可以增強壩體的穩(wěn)定性。

鼓勵學生積極思考，提出合理的壩體設計：（1）采用混凝土結構，增加壩體重力；（2）壩體修成沿下游面加寬，增大體積同時增加力臂；（3）攔水壩斷面較厚，迎水面無傾覆危險，可采用直上直下形式，背水面采用自上而下加厚形式，防止壩體平移，同時降低對壩基的壓強，增加壩體的垂直穩(wěn)定性，提高壩體對水的抗?jié)B透能力。

該案例主要采用專題討論、提問法，通過學生事先進行自我學習、資料調查，然后針對原理分析，提出不同的模型，并不斷討論完善，鍛煉了學生的創(chuàng)新思維。

4 結束語

教學案例庫的建立，便于教師在教學設計中有據可依，利于教師在課堂教學中，有機融合多媒體、板書、網絡教學等手段，提高大學物理課程教學質量，進而培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、科學思維能力及自主解決問題的能力。

基金項目：西南石油大學教改項目“大學物理為載體培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的課堂改革與實踐”

參考文獻

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[2] 馮翠菊，李海玲.大學物理案例教學科學性探析[J].華北科技學院學報，2012.9（4）：99-101.

[3] 周雨青，張玉萍，董科.大學物理教學中引入“案例教學”模式的實踐[J].中國大學教學，2011（10）：52-54.endprint