淺談大學物理教學設計

呂素葉 于舸 呂愛君

[摘 要] 闡述信息時代背景下，大學物理教學方式革新的必要性和重要性，針對該課程兼具理論系統龐雜和應用層面廣泛的特點，基于近幾年的教學改革探索和思考，提出采用翻轉課堂和案例教學法。教學實踐結果表明，翻轉課堂和案例教學法能夠極大促進學生學習的能動性，提高學生的學習興趣，明顯改善學習效果。

[關鍵詞] 大學物理教學;翻轉課堂;案例教學

[基金項目] 2019年度北京石油化工學院“以學生為中心教學范式改革”項目“‘大學物理教學中融入物理學史對教學效果影響的實踐和分析”（ZDFSGG20190802）;2020年度北京石油化工學院“以學生為中心教學范式改革”項目“‘以學生為中心的大學物理教學新模式的探索與實踐”（20032082002/020）

[作者簡介] 呂素葉（1981—），女，河北邯鄲人，工學博士，北京石油化工學院數理系講師，主要從事大學物理教學和高功率微波器件研究;于 舸（1962—），女，河南濮陽人，理學博士，北京石油化工學院教授，主要從事大學物理教學和量子光學、光譜及其成像技術研究;呂愛君（1972—），女，河北邢臺人，理學碩士，北京石油化工學院講師，主要從事大學物理教學和新型材料及計算電磁學研究。

[中圖分類號] G642? ? ?[文獻標識碼] A? ? ?[文章編號] 1674-9324（2021）17-0144-04? [收稿日期] 2020-10-05

一、引言

大學物理是大學理工、農、醫類專業學生必修的一門公共基礎課程，授課時間一般為大學一年級第二學期或大學二年級第一學期，屬于銜接高中物理和大學其他以其為基礎的更深教學專業類課程的過渡內容。眾所周知，數學和物理是自然科學的兩大重要基礎，大學物理教學中很多問題的解決需要應用高等數學知識，所以大學物理是基于高等數學（尤其是微積分以及矢量初步知識）等公共基礎課程的一門課程，重在培養學生理解并綜合運用大學物理課程中的基本概念、基本思想、基本規律和基本方法，使學生在理論、方法、能力等方面得到訓練，并形成對物理學豐厚人文積淀的系統了解和認識，最終實現知識、能力和人文素養的協調發展。近年來，社會各領域發生了深刻變革，社會已經完全進入了信息高度發達的階段。雖然大學物理的經典知識體系內核已歷經長久的實踐檢驗，但是其實際應用的外延還在不斷發展。因此，大學物理課程的教學應該突破僅在課堂上講授傳統經典物理學體系的模式，有意識地充分結合信息時代的特點，引導學生接觸、思考、運用物理學與時俱進的外延應用范疇[1]。

但是受課程學時所限，這一問題的解決需要教學方法的革新[2]。因此，大學物理課程的教學要在教學內容和方法上不斷革新，并思考如何將物理知識與授課學生的具體專業對接，如何充分調動學生的學習積極性，培養學生的學習信心，最終讓學生獲得自主學習的能力和終身學習的意識。實踐表明，目前在大學物理課程教學中引入翻轉課堂和案例教學法，可以取得比較好的教學效果。

二、翻轉課堂與案例教學法

（一）翻轉課堂教學方法在大學物理教學設計中的應用

1.翻轉課堂。翻轉課堂的最初形式是2000年美國教授講授“經濟學入門”時采用的教學模式，并逐漸得到一定的推廣和發展[3]。翻轉課堂最顯著的特點是可以重新構建學習過程。通常的學習過程是信息傳遞——吸收內化。教師在課堂上進行信息傳遞，學生課后進行信息的吸收內化。翻轉課堂是將學生對知識的吸收內化階段設置在課堂上進行，而信息傳遞階段則讓學生在課前進行。

在互聯網時代，翻轉課堂的實現已經不存在技術上的困難，各種軟件和教學平臺的成熟穩定完全可以深度支撐課堂的翻轉。信息傳遞方面，可以體現在大學物理課程教學過程中的各個環節。課前，依據將要進行的教學內容制作短小精悍且針對性強的教學視頻，以所講授的知識點為個體單位錄制視頻，然后將其上傳至線上教學平臺（例如云班課、雨課堂等），同時教師可以提供即時在線輔導，從而能夠提前了解學生的學習困難之處，做到在課堂上有針對性地引導學生的學習。另外，課前教師針對授課內容在線上教學平臺發布難度適中、有啟發性的習題供學生預習，從而使學生在進入線下課堂前已經通過預習對將要學習的物理內容有一定的認知，形成對所學知識內容難度和深度的預判，從而由被動學習轉變為有針對性的主動學習。教師根據線上教學平臺的統計數據，可以提前了解學生預習情況并據此了解學生對某些概念、定理理解不透徹的地方，然后在課上重點講解，實現從整體上調整課堂節奏。吸收內化方面，通過課堂上師生互動、生生互動來完成和加強，具體可以采用“小講師”、小組討論、頭腦風暴等形式來開展。由于學生已經在線上教學平臺進行了多種形式的預先學習，從而對所要講授的內容有了一定的認知，因此在課堂教學環節能全面提升教師與學生、學生與學生之間的互動性。也就是說，教師從課堂上知識的主要傳授者轉變為學生學習的指導促進者。例如，學生成立學習小組進行討論學習，教師在這一過程中進行實時指導，甚至知識掌握程度好的學生可作為“小講師”開展“小講座”，輔導組內其他學生的學習。

2.翻轉課堂的教學要求。目前，通過在大學物理教學過程中對翻轉課堂教學方法的運用與實踐，已經深深感受到這是一種很好的教學方法，尤其是對于理論性較強的課程。大學物理課程理論性強，概念定義繁多，一般需要學生的反復學習才能達標。翻轉課堂這采用錄制并上傳教學視頻到線上教學平臺，不僅使授課內容更加具體和形象化，而且方便學生重復觀看，深入思考。傳統教學在課堂上進行大面積的單次信息傳遞，有“一刀切”之嫌，使得學習基礎不同的學生在課上有“學到多少是多少”的感覺，從而直接影響了學生課后的復習信心，整體上不利于分層教學，最終影響學生的學習效果。信息傳遞通過線上教學平臺在課前進行，使得每個學生可以按照自己的知識基礎、學習速度在自己覺得合適的時間和地點進行學習。從教師自身來講，為了使教學效果達到預期，教師除了要剖析解構大學物理系統知識細節，了解并熟練掌握大學物理各篇章的基本概念、思想與規律外，還必須做好以下幾個方面的教學工作。第一，堅定信念，提高信息素養。教育行為來源于教育理念。長期以來，在“分數至上”的教育環境中，很多課程的教學已然形成了固定的教學范式和習慣。教師傾情投入傳道授業解惑，學生緊跟教師思路坐聽“禪道”，判斷、分析解決問題的能力基本靠學生自身的領悟力。而實施翻轉課堂需要打破教師的舒適區、平衡態，讓教師處于不斷實踐學習的動態教學中。所以必須以堅定的改革信念作支撐，才能在課程改革中做到“一鏡到底”。其次，授課對象學生大都生于21世紀，成長于信息時代，各類電子產品和應用軟件可以說是他們生活中的朋友，他們與信息技術沒有任何隔閡。年長他們較多的教師更需要提高自身的信息化素養，能夠將課程的教學內容用當代技術展現出來，使教學內容與時代同步、教學形式與學生共鳴。因此要堅持以教學大綱為主線，延拓教學內容，豐富教學形式，使大學物理課程常教常新。第二，高效課堂，做好角色轉換。將“吸收內化”這一階段翻轉到課堂上進行，是翻轉課堂的關鍵環節，畢竟面對面互動學習活動才是翻轉課堂最重要的價值所在。信息傳遞在課前已經大量進行，這就涉及如何支配課堂上多出來的時間。圍繞教學內容，精心準備課堂對話和討論、提前設計問題，讓學生能夠互動交流、自主思考，是實現高效課堂的有效手段。在每個視頻后面都設置3～4個小問題，一是可以幫助學生了解和檢測自身的學習掌握情況;二是可以提供教師在課堂上引導學生開展緊貼教學目標的課堂討論的素材。高效課堂有助于學生的“吸收內化”，從而可以極大提升學習效率。第三，教師的角色發生了轉換，從教學過程中的主角變為幫助學生學習的導師;相對地，翻轉課堂利用豐富的信息化資源，讓學生成為學習的主角。同時翻轉課堂的效果直接與學生的學習能動性關聯，學生如果不自覺學習課前資料，不擅長提問，不主動參與課堂討論，將直接影響教學效果和教學目標的達成。但是，這不正是我們培養具備自主學習能力的新型人才必須要解決的問題嗎？因此，制定科學的效果評價機制和實時跟進的評價技術，能夠在學生學習的重要環節得到實證性資料，是翻轉課堂取得良好效果的保證，同時一定程度上解決了培養學習型人才的問題。

（二）案例教學法在大學物理教學中的應用

1.案例教學法。案例教學法是指在大學物理教學過程中的某些環節，根據教學內容安排相應的客觀典型事件，使學生通過對事件的分析和解決形成對所學知識的直觀感受，做到學以致用[4]。

在教學實踐中，具體操作有兩個方面。其一是在新章節導入環節，根據教學內容引入與本章節內容高度相關的生動有趣且綜合性較強的真實典型事件，學生了解此類事件但是又有待解釋的問題存在其中，需要通過大學物理相應章節的理論知識來求解。學生帶著問題進入下一階段的理論學習，最終使枯燥繁雜的物理公式、定義呈現出很強的生命力，學生開始能夠懂得這些理論知識在什么地方可以用以及如何用。這種教法可以加強知識的內化，整合知識結構體系，縮短理論到應用層面的距離，使學生明白所學即所用。其二是在教學過程的知識應用環節，基本的物理概念及定義的理解和應用可以采用習題冊的形式進行強化鞏固，而運用所學理論知識解決實際問題的能力培養最好是緊扣教學內容進行作業設計，設定合適的案例分析任務，以小組討論的形式開展并記錄，最終得出結論。案例的復雜和多樣性使得學生在完成這一任務的過程中，必須隨時復習和整合所學知識，必要時需要查閱相關資料，綜合運用各種知識對案例進行思考、分析和討論。在這一過程中學生能夠形成分析、解決問題的思維方式，進而提升個人的科學素養。

例如，在光學部分講授薄膜干涉一節內容時，引入案例：去眼鏡店配眼鏡時，營業員推薦了兩款鍍膜眼鏡，一個表面是綠色，一個表面是紫色，選擇哪一款眼鏡對眼睛好呢？這一案例可以在激發學生學習興趣的同時，引導學生從實際生活問題走向物理，再從物理走回實際生活。學生帶著“如何選擇對眼睛好的鍍膜眼鏡”這一問題進入薄膜干涉、增透膜和增反膜內容的學習，將實際問題抽象成物理模型，應用光程差這一關鍵物理量對此進行分析，引導學生發現光的干涉知識在生活和生產實踐中的廣泛應用，達到學以致用的目的，使學生體會到學習的樂趣、成功的喜悅。所以，案例教學能夠引導學生建立“實際問題—建立模型—分析模型—解決問題”的思維方式，從而在潛移默化中培養學生利用已有知識解決實際問題的能力。

2.案例教學法的要求。對于理論體系龐大繁雜和應用廣泛的大學物理課程，案例教學法還是頗具優勢的，能夠在系統講述教材基本知識、基本原理的基礎上通過具體分析真實客觀案例來體現物理課程的實踐性。該方法把理論教學情境和真實事件情境聯系起來，使得學生不再有大學物理涉及的概念、規律、定理等都是紙上談兵的架空感，能夠深切感受到物理是現代科學大廈的重要根基。為使教學效果達到預期，針對案例教學法需要做好幾個方面的工作。①精心選編，與時俱進。對于在大學物理講授中所引入的案例，教師必須重視選編環節，精心挑選一些精、實、深的案例。所挑選的案例要能夠緊扣教材理論知識，能夠深度匹配教學內容，形成理論與實踐相輔相成的效果。其次，案例要不斷更新，與時俱進，尤其是作業設計部分的案例題目。例如，光學儀器分辨本領一節的講授內容，物理評價概念不變，但是光學器件行業的發展，從光學顯微鏡到電子隧道顯微鏡折射出的新理念、新技術是需要在教學案例中體現出來的。所以，要使教學內容與時代同步、與社會事件關聯，以教學大綱為主線，擴充教學內容，使大學物理中的案例教學充滿生機和活力。②靈活教學，精當點評。任何一門課程都有自身的體系結構，大學物理課程也不例外，因此教師要把握物理學科體系及其涵蓋的知識點。對于學生容易理解掌握的知識內容進行一般的課堂講授即可;對于教學重難點則要用選編的合適案例進行教學，讓學生在對案例的分析、討論過程中真正掌握相應的理論知識。案例教學是互動式教學，師生在交流過程中互為“教”的主體，所以組織案例教學的形式可以靈活多變，可以教師剖析案例為主，可以學生分組討論案例為主，甚至學生課后獨立完成案例，然后課上分享觀點，即以自學為主。③無論哪一種教學形式，教師對所得結論進行點評解析都是非常關鍵的一個環節。教師要做到精當點評，需要深厚的學科功底和臨場應變能力，這其實對教師提出了更高的要求。學生分析案例得出的結論需要教師給予引導，從而促使教師加深思考。即使同一案例，由于不同學生對知識有不同的理解，就需要教師根據具體情況補充新的教學內容，所以雙向的教學形式更能讓教師意識到“教無止境”。教師通過靈活組織教學，精當點評案例結論，使學生將大學物理每一范疇（力學、熱學、光學、電磁學、近代物理學）的基本原理和方法融會貫通于不同具體專業背景的聯系之中。

三、結語

2020年，新冠肺炎疫情之下，教學方式發生了深刻的變革。信息時代的產品為這一教育變革提供了技術支撐，能夠更便捷地實現翻轉課堂和案例教學。無論線上線下，教學的根本目的是“培養全面發展的人”。大學物理作為自然科學的重要基礎，在培養學生的科學思維方面具有顯而易見的重要作用。但是，在信息時代，學生對電子資源能輕易獲取，傳統的“教師在教室里講教材”式的教學，已經不能調動學生的學習興趣。大學物理課程是大學理工類的一門基礎課程，要為后續專業基礎與專業課程的學習奠定必要的物理基礎，它的基本概念、基本理論與實驗方法向其他學科或技術領域的滲透總是毫無例外地促成該學科或技術領域發生革命性的變化或里程碑式的進步，其重要性不言而喻。如何讓學生對這門課程從“知之”到“好之”進而到“樂之”是每個大學物理教師應該追求的教學效果。

其實，任何一個人都有想變得更好的意愿，任何一個學生都有學習的意識和想學好的意愿，除非他學習遇到了真正的困難。這個困難應該是教師能夠通過嘗試應用不同的教學形式傳遞課程的核心知識來解決的。

在本門課程教學中引入翻轉課堂和案例教學法后，教學活動中的參與者能夠加強互動交流，學生的主體地位得到肯定，在問題解決過程中的成就感得到提升，從而極大提高了學生學習的自覺性和主動性。如果學生在學習的過程中能夠感受到心靈的滋養，體會到思想的塑造，那么學習這一行動應該是自發的、快樂的。

參考文獻

[1]王祖源，張睿，顧牡，等.基于SPOC的大學物理課程混合式教學設計與實踐[J].物理與工程，2018，28（4）：3-19.

[2]周春紅，梁靜.新媒體傳播環境下高校教學方式的變革[J].中國電化教育，2013（8）：91-94.

[3]張金磊，王穎.翻轉課堂教學模式研究[J].遠程教育雜志，2012（4）：46-51.

[4]黎新仁.淺談案例教學法在大學物理教學過程中應用的必要性與策略[J].德宏師范高等專科學校學報，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