探究學習能力培養的大學物理教學探索與實踐

苗勁松 黃淼淼 衛正統 張暉 郭東琴

[摘 要] 在通識教育大背景下，將自主學習和探究學習能力的培養上升為一種教育理念，一種教學思想和一種教學態度。以能力素質培養為目標，以工科非物理專業本科低年級學生為基本定位，緊密結合學生的學習程度和能力現狀，緊扣大學物理課程教學，深度挖掘略高于且緊貼教材和教學要求的探究內容，以課堂教學為牽引，逐步融入問題探究的多個元素，使大學物理教學面向能力素質培養有章可循，探索和實踐了如何在知識遷移中有效培養學生的自主學習和探究學習能力。

[關鍵詞] 學習能力;素質;自主學習;探究學習

[作者簡介] 苗勁松（1969—），男，陜西西安人，碩士，信息工程大學副教授，主要從事大學物理研究;黃淼淼（1981—），河南潢川人，碩士，信息工程大學講師，主要從事大學物理研究;衛正統（1987—），男，河南南陽人，博士，信息工程大學副教授，主要從事大學物理教學及光信息技術研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）24-0109-04? ?[收稿日期] 2021-03-18

物理學是一門與實驗緊密結合的自然科學，其基本理論滲透于自然科學的各個領域，是其他自然科學及技術相互融合的基礎和重要節點，在人才的科學素質培養中具有重要地位。以物理學基礎為教學內容的大學物理課程，是高等學校理工科各專業學生的一門重要的通識性必修基礎課，在培養學生樹立科學的世界觀，增強學生分析問題和解決問題的能力，培養學生的探索精神和創新意識等方面，具有其他課程無法替代的重要作用，能夠實現學生知識、能力、素質的協調發展[1]。顯然，在通識教育大背景下，知識、能力和素質三層次培養目標中，知識目標是最基本且最容易實現的教學目標;素質目標主要指科學思想、科學精神、科學態度和科學方法等科學素質的培養。對于工科大學物理教學而言，能力目標主要體現為學習能力、實踐能力和創新能力這三種能力的培養，在三層次培養目標中起到承上啟下的作用，在人才培養中舉足輕重。而三種能力的培養，以學習能力最為基本，體現為學生自主學習和探究學習能力的培養，這一能力培養能夠幫助學生養成自主學習習慣，給學生的終生學習和后續發展提供后勁，是能力素質培養中最務實和最核心的選項。

一、大學物理課程對學生自主學習能力和探究學習能力培養的引領

物理學是自然科學中的基礎學科，是其他自然科學和工程技術的基礎，在人類物質文明的進步和思維發展中起著重要作用。在學生自主學習和探究學習能力培養中，工科大學物理課程，無論從課程的教學內容、教學過程使用的方法手段，還是課程本身的實踐性特點，都具有其他課程所無法替代的重要作用。

（一）教學內容方面

工科大學物理定位于基礎學科，教學內容在中學物理的基礎上有所延伸，不但涉及經典物理，而且涉及近代物理以及科技前沿，呈現出由簡單到復雜、由特殊到一般的循序漸進過程，不但要求學生知其然，也要求學生知其所以然[2]。和中學物理相比較，盡管工科大學物理的深度和廣度均有所增加，但是工科大學物理所涉及的很多概念、知識、原理和規律，學生在高中已經有所接觸，不會感到特別陌生，學習起來沒有跳躍感，這就為工科大學物理教學對其自主學習和探究學習能力的培養奠定了基礎。

（二）教學實施方面

就教學實施而言，工科大學物理教學需要兩個學期，一方面該課程的教學過程能夠給學生的自主學習和探究學習能力培養提供足夠的時間和空間。另一方面，工科大學物理一般在第二、三學期開設，此時，學生對待知識的態度已經由簡單的接受和理解，轉變為對規律的溯源，以及知識、原理間的因果關系和來龍去脈，對物理原理和規律有著足夠的探索欲望和內在動力;同時，這一階段的學生已經學習了一定的高等數學知識，對微積分思想有所了解，已經具備用高等數學工具初步探究大學物理問題的能力[3]，這就為其在大學物理課堂上自主學習和探究學習能力培養的實施創造了條件。

（三）課程特性方面

物理學是一門以實驗為基礎的自然科學，實驗和探究是物理學的靈魂。工科大學物理課程教學在凸顯其基礎教學、講授基本知識的同時，注重學生分析問題和解決實際問題能力的培養，教學過程不但有課堂演示實驗和理論講授，而且有驗證性、探究性等操作實驗，形成了由實驗到理論再到實驗的一個完整的科學探究體系[4]。這一體系本身就是在探究中學習，相對于其他學科，在培養學生自主學習和探究學習能力方面，具有明顯優勢，并能夠使學生養成良好的自主學習和探究學習習慣，實現本科和碩士階段學習和科研能力的無縫銜接。

二、自主學習能力和探究能力培養的教學實踐

大學物理課程教學對學生探究學習能力的培養，要以探究性課堂教學為牽引，結合培養對象的工科非物理專業本科低年級這一特點，因材施教，從課堂教學入手，創設緊貼教材和教學要求、但略高于教材和教學要求的探究問題，嘗試開展多種形式的自主學習和探究學習能力培養的教學實踐。

（一）在小問題的知識遷移過程中實現自主學習和探究學習能力的培養

教材是教學實施的重要參考，但是教學實施不能受限于教材。物理學是一門以實驗為基礎的自然科學，工科大學物理教材將物理學基本理論和實驗緊密結合，這種結合體現了物理學的本質。無論是教材的編排還是教學過程的實施，都要緊扣課程教育教學的主線和核心內容，因此，教材中將有些邊緣化的內容或結論，在基本公式或原理的基礎上，不加證明地用“實驗發現”“由此可見”“顯然”等語言給出。其實，由于授課對象的不同，有些結論并不是很“顯然”，而是需要適當推導或證明，否則，對于學生的理解而言，就會形成“斷層”。這些內容大部分不難，這就給老師帶領學生進行探究學習能力的培養留下了足夠空間，相對較難的內容由老師講授，比較簡單的內容，可以在老師的引導下，讓學生自主學習和探究，打通學生理解層面的這最后“一公里”。學生完全釋疑、不斷獲得成就感的同時，培養了其自主學習和探究學習能力。比如熱學部分，溫度越高最可幾速率越大，麥克斯韋速率分布函數峰值點下移，工科大學物理教材只是將這一結論定性地進行了說明，其實，這一結論可以很簡單地由麥克斯韋速率分布函數和最可幾速率成反比這一數學關系式來解釋[5];再比如，牛頓環干涉一節，工科物理教材將牛頓環半徑給出來之后，一般都會說“由此可見，牛頓環是一系列內疏外密的同心圓環”，其實這并沒有將此問題說透，尤其沒有說透為何內疏外密。其實，對于學過微積分的學生而言，對牛頓環半徑公式兩邊進行微分，可以很簡單地證明牛頓環內疏外密。其實，這些問題是數學和物理的學科交叉或者邊緣性問題，數學和物理都覺得“無關大礙”，甚至“懶得講解”。數學是和物理結合最為緊密的自然科學，然而，學生卻往往不知道數學工具在物理上如何應用，這些問題不弄清楚就會在學生的心中永遠留下一塊陰影，對物理規律的深度理解以及嚴密性有所懷疑。同時，這些問題的難度，對學生而言，呈現為“伸伸手就能夠得著”的狀態，是最能激發學生探究興趣、最能培養學生自信的內容，這些問題一旦在老師的引導下，由學生自主學習探究解決，會讓學生產生很強的成就感，對其學習動力的促進，會起到牽一發而動全身的功效。因此，在老師的引導下，讓學生從這些簡單問題入手進行自學和探究，不但培養了學生對課程學習的自信，也培養了學生將數學等課程知識向物理課程的遷移，以及物理向后續專業課的遷移能力，還讓學生養成了“于不疑處有疑”的好習慣，這樣就有效提高了學生的自主學習和探究學習能力。