基于雛形教具的大學(xué)物理課程教學(xué)探討與應(yīng)用研究*

韋寧燕

(南寧理工學(xué)院文理學(xué)院 廣西 桂林 541006)

大學(xué)物理課程作為理工科專業(yè)的必修課程，以培養(yǎng)大學(xué)生探索精神、創(chuàng)新意識和實踐動手能力為目標(biāo)，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維[1～3].同時，物理實驗是物理教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，物理理論知識需要實驗來驗證， 而且物理規(guī)律的研究是以實驗事實為基礎(chǔ)，并不斷接受實驗的檢驗，也是大學(xué)物理課程不可分割的一部分.大學(xué)物理實驗主要是培養(yǎng)高校學(xué)生動手能力和創(chuàng)新思維，并激發(fā)學(xué)生探索物理知識的欲望.同時也是理工科大學(xué)生進入大學(xué)階段開設(shè)的第一門實驗課程，也是學(xué)生系統(tǒng)訓(xùn)練實驗技能的開始，為學(xué)生以后學(xué)習(xí)專業(yè)實驗課做好充分的準(zhǔn)備.

傳統(tǒng)物理學(xué)教學(xué)方式主要是以教師教授為主，教師占主導(dǎo)位置， 使得學(xué)生獨立探索物理知識受到一定壓制，學(xué)生的探索精神略差，學(xué)生對學(xué)習(xí)物理的興趣有所怠慢.大學(xué)物理課程的培養(yǎng)目標(biāo)不僅受限于傳授學(xué)生課本的物理知識，更為重要的是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).本文引導(dǎo)學(xué)生參與設(shè)計物理雛形教具，就是以簡單的教具進行演示實驗，物理教具演示實驗?zāi)苤庇^地展示物理原理，能加深學(xué)生對物理知識的理解和掌握，同時培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、獨立思考和探索精神.物理雛形教具運用在課堂能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時也能營造良好的課堂學(xué)習(xí)氛圍.有些物理教具可以用一些生活中常見的低廉材料或廢舊器件制作而成，簡單而低廉[4].對于較抽象的物理理論知識，通過物理教具的展示，把復(fù)雜的知識簡單化，學(xué)生能很好地去理解.在培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的專門人才目標(biāo)下，在物理教學(xué)過程中，引入物理教具的教學(xué)，讓學(xué)生參與教具的制作，使學(xué)生的物理知識不僅得到理解和鞏固，還能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和提高學(xué)生的實踐動手能力.在教學(xué)實踐中，選擇同一年級同一專業(yè)的學(xué)生作為主要研究對象，分為兩個教學(xué)組，分別為實驗班和對照班，對比學(xué)生的課堂表現(xiàn)和考試成績,分析學(xué)生對所學(xué)知識的掌握程度、創(chuàng)新思維等方面的變化是否顯著，對效果進行驗證.

1 大學(xué)物理課程教學(xué)存在的問題

由于受到教學(xué)學(xué)時和實驗室建設(shè)等條件的制約，大學(xué)物理課程教學(xué)一般采用傳統(tǒng)教學(xué)模式.傳統(tǒng)教學(xué)主要以教師講授為主，雖然教師的教學(xué)手段不斷再優(yōu)化，在課堂上通過討論和答疑的形式來激發(fā)學(xué)生的探索精神，也活躍了課堂氛圍，培養(yǎng)了學(xué)生自主獲取知識的能力，但學(xué)生的動手實踐能力、創(chuàng)新思維沒有得到很好的激發(fā).從課程的性質(zhì)上來看，大學(xué)物理是一門理論較強的課程，雖然教師在教學(xué)過程中通過舉一些實際生產(chǎn)生活中的例子，而且物理課程需要積累大量的基礎(chǔ)知識，才能真正掌握好.由于獨立院校的學(xué)生自身的特點，學(xué)生對理論知識的理解還是有一些難度的，因此不少學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高.而對于非物理專業(yè)學(xué)生對這門課不夠重視，都是被動學(xué)習(xí)[5].大學(xué)物理課程也是一門實驗科學(xué)，由于各高校的實驗室建設(shè)的發(fā)展極不平衡，彼此差距也很大[6].在“雙創(chuàng)”的教育背景下，高等學(xué)校都加強對學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)，對于物理課程，通過鼓勵學(xué)生制作各種教具，來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維[7].例如華中師范大學(xué)、陜西師范大學(xué)等每年都舉行物理教具的比賽.由于受到實驗條件的制限，大多數(shù)普通高校在大學(xué)物理課程教學(xué)中，教學(xué)側(cè)重于理論教學(xué)，設(shè)定實驗課時較少，從而也沒有發(fā)揮其應(yīng)有的作用.即使學(xué)校建立了物理實驗室，實驗內(nèi)容也很難和理論課完全匹配，加上實驗儀器有限，而且教師在實驗課中往往是要求學(xué)生按統(tǒng)一步驟操作，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和欲望.

2 教具引入大學(xué)物理課堂的價值及意義

2.1 利用“雛形教具” 提高學(xué)生在大學(xué)物理學(xué)習(xí)中的學(xué)習(xí)興趣 促進學(xué)生自主學(xué)習(xí) 優(yōu)化課堂教學(xué)的質(zhì)量

教具是以直觀的實物形式展示給學(xué)生，物理雛形教具能把教學(xué)內(nèi)容以具體的實物形式展現(xiàn)給學(xué)生，而且教具與現(xiàn)實密切關(guān)系，這樣可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識的興趣，引導(dǎo)學(xué)生探索物理知識，而且教學(xué)效果良好，物理教具引入到物理教學(xué)中是非常必要的.基于獨立學(xué)院學(xué)生的學(xué)習(xí)特點，復(fù)雜的教具學(xué)生較難理解，但雛形教具是將物理知識以簡單、直觀的方式演示給學(xué)生，并引導(dǎo)學(xué)生參與設(shè)計，把復(fù)雜物理理論知識對象形象化，有助于學(xué)生理解.

物理雛形教具的作用將知識轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)象，并通過實際連接了物理理論知識.還能夠幫助學(xué)生建立物理概念，形成物理思想，同時教具中涉及的相關(guān)物理問題，讓學(xué)生自主的探索思考，激發(fā)學(xué)生的求知欲，提升學(xué)生的創(chuàng)新思維，課堂的學(xué)習(xí)氛圍也較活躍.演示教具的過程中，學(xué)生可以盡情地觀察和操作，還可以對教具進行改進，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識.課堂上教師應(yīng)多鼓勵學(xué)生們參與教具的設(shè)計與制作.自己動手不僅只是簡單的設(shè)計和制作，它更是教與學(xué)的升華[8].這樣還可以鍛煉學(xué)生的觀察、動手能力，設(shè)計和制作教具往往是團隊設(shè)計，還可以提高學(xué)生的團隊協(xié)作能力.

2.2 有助于在大學(xué)物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)素養(yǎng) 激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識

學(xué)生設(shè)計和制作教具的過程也就是對物理理論知識的一種驗證過程.只有本著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度才能夠順利完成教具從設(shè)計、選材、制作、調(diào)試到最后定型，在這過程中，經(jīng)歷了一系列的問題需要解決，也是一個科學(xué)思維的提煉和創(chuàng)造的全過程，同時培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識.

2.3 有助于提高教師的專業(yè)知識、動手能力和教學(xué)水平

在課堂上的教具進行演示和講解之前，教師應(yīng)了解教具涉及的基本物理知識和相關(guān)的知識脈絡(luò).同時，在教學(xué)過程中也要對相關(guān)物理知識進行進一步拓展和深化，針對教學(xué)效果和學(xué)生提出的問題，教師還需要思考如何優(yōu)化教具，使教學(xué)效果達到最優(yōu).教師的專業(yè)知識水平和實踐動手能力得到提高，打破傳統(tǒng)教學(xué)模式以教師為主體，有助于將課堂轉(zhuǎn)化為以學(xué)生為主體，樹立“以學(xué)生為中心”的教育理念，讓學(xué)生自己走進物理的課堂，從而提高教學(xué)質(zhì)量，讓學(xué)生愉快地掌握知識和技能、培養(yǎng)學(xué)生動手實踐能力和創(chuàng)新能力，將創(chuàng)新教育融入課堂.

2.4 豐富課程考核方式

課程考核方式主要以考試為主，這種傳統(tǒng)的考核方式不足之處就是同學(xué)們都是靠學(xué)期末突擊刷題，背公式，即使考試通過了，這也完全違背了物理教學(xué)的初心.大學(xué)物理不僅僅是傳授知識，還可以培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力,使學(xué)生具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和探索創(chuàng)新精神.物理雛形教具進入課堂，讓學(xué)生理解和掌握物理概念的同時，還可以參與教學(xué)過程.將分小組設(shè)定和制作教具，納入課程的考核范疇，考核的多樣化更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動力.以往的平時成績占30%，可適當(dāng)提升到50%.平時成績分值提高了，學(xué)生也更加注重課堂的學(xué)習(xí).

2.5 轉(zhuǎn)化了教學(xué)模式

課堂融入雛形教具打破了傳統(tǒng)的授課模式，大學(xué)物理課程一般兩節(jié)連上(90 min),傳統(tǒng)的教學(xué)以教師授課為主，隨著時間的推移，學(xué)生容易倦怠、注意力不集中，學(xué)生學(xué)習(xí)屬于被動學(xué)習(xí)的狀態(tài)，教師也很難知道學(xué)生到底能吸收多少，教學(xué)效果也不是很理想. 在 “雙創(chuàng)”的教育背景下，大學(xué)物理課程的教育不光是傳授知識，還要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識.另外，把理論教育知識同現(xiàn)實的生產(chǎn)有效地結(jié)合，也能實現(xiàn)轉(zhuǎn)化理論知識的目的，提高學(xué)生的雙創(chuàng)能力.課堂融入雛形教具，不僅有助于提高教學(xué)質(zhì)量，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識.學(xué)生參與教具的設(shè)計和制作也是一種探究式教學(xué)，通過方案的設(shè)定、到最后的成型，讓學(xué)生碰到一系列的問題，需要用查閱相關(guān)資料、小組討論等形式去獲取知識，從而從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動學(xué)習(xí).

3 物理雛形教具應(yīng)用于教學(xué)實踐

3.1 研究對象與方法

選擇南寧理工學(xué)院同一年級和同一專業(yè)學(xué)生作為研究對象，分成兩個教學(xué)對照組，一個是實驗班，一個是對照班.本文選擇2019級計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)1～4班的學(xué)生作為研究對象，其中計算機1和2班為實驗班，計算機3和4班為對照班.

采用“大學(xué)生對大學(xué)物理課程的興趣和期待”網(wǎng)上調(diào)查問卷，該問卷共包括6個維度，分別為對學(xué)生物理知識背景調(diào)查(4題)、目前的學(xué)習(xí)狀態(tài)(2題)、對物理課程的興趣程度(2題)、對教師授課形式的評價(2題)、對物理教具是否了解(2題)、對物理課程有哪些期待(4題)共計16題.

計算機3和4班為對照班采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，以教師講授物理知識為主.計算機1和2班為實驗班，在物理課程中引入物理雛形教具，課程融入雛形教具主要分為3個階段，第一階段：教師講解教具引入大學(xué)物理課堂的價值及意義，給學(xué)生埋下教具這一概念，并激發(fā)學(xué)生對教具的興趣；第二階段:學(xué)生參觀物理實驗室現(xiàn)有的物理雛形教具，教師講解和演示給學(xué)生，學(xué)生可以隨意觀察和演示物理教具，遇到不解的，可以提出問題，大家一起討論，對教具進行優(yōu)化和改進，從而給課堂營造活躍的氛圍；第三階段如圖1的示例圖：學(xué)生分組設(shè)計和制作教具，從方案的制定、選材、最后成型，通過教師的點評，學(xué)生對教具進行優(yōu)化和改進，學(xué)生在課堂對教具進行講解和演示，教師對每個小組進行評分，這一部分成績納入平時成績的加分，也調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，學(xué)生也更加注重課堂的學(xué)習(xí)，并把平時成績分?jǐn)?shù)提高到占最終考核總分的50%；通過一個學(xué)期的教學(xué)實踐，對兩個班級學(xué)生課堂氛圍、掌握知識的情況、創(chuàng)新意識、考試成績進行對比.

圖1 學(xué)生分組設(shè)計和制作教具示例圖

3.2 結(jié)果分析

發(fā)出的調(diào)查問卷份數(shù)為184份，回收有效問卷184份.研究分析結(jié)果表明，同一專業(yè)背景的學(xué)生，學(xué)生的物理基礎(chǔ)相差不大.目前70%學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)較好，但對物理課程的興趣不是很高，主要原因是覺得物理課程難度較大，較難理解，屬于被動學(xué)習(xí).對于目前教師的授課形式采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，雖然教師也通過舉現(xiàn)實生活中的事例來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過提問來引導(dǎo)學(xué)生去探索和思考，但是兩小節(jié)的課(90 min)時間較長，到第二小節(jié)，學(xué)生的注意力下降，課堂氛圍慢慢變得比較沉悶.全部學(xué)生對物理教具有所了解，在高中課堂中，學(xué)生觀察教師演示教具，但是只有1～2次而已，而且演示時間有限，但是對物理教具的真正理解還是停留在表面上，認(rèn)為教具就是一個簡單的實驗裝置，存在意義不是很大，學(xué)生參與教具的設(shè)計和制作寥寥無幾.87%的學(xué)生對物理雛形教具引入課堂很是期待，78%的學(xué)生希望自己能參與教具的設(shè)計和制作，從而加深對物理知識的理解，也可以提高自己的實踐動手能力.

實驗班學(xué)生經(jīng)過第一階段物理教具的講解和第二階段的觀察，對教具有了更深的了解，在觀察教師演示教具的過程中，也思考其中隱含哪些物理知識，從而引導(dǎo)學(xué)生去思考和探索，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神.學(xué)生對教具中的物理知識也得到理解和加深，學(xué)生也從被動學(xué)習(xí)慢慢轉(zhuǎn)化為主動學(xué)習(xí)，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力有所提高，學(xué)生提問也相對較多，課堂氛圍也變得活躍.第三階段是分小組設(shè)計和制作教具，為了順利完成教具的設(shè)計和制作這一過程，要經(jīng)歷一系列問題需要去解決，學(xué)生要解決這些問題需要去查閱資料、小組討論等等，這樣也提高了學(xué)生的探索精神和自主學(xué)習(xí)能力，從設(shè)計-制作-成型，學(xué)生的各方面能力有了質(zhì)的飛躍，這一過程使學(xué)生的實踐動手能力、探索精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、創(chuàng)新思維和團隊協(xié)作能力都得到提升.教師通過對實驗班和對照班的學(xué)生作業(yè)，發(fā)現(xiàn)實驗班的學(xué)生對知識的掌握較好，實驗班的課堂氛圍較活躍，學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力得到提高.通過期末考試，由圖2可知，實驗班的優(yōu)秀率(90～100分)為24.45%，相對于對照班高出12.87%，實驗班的學(xué)生全部通過考試，而對照班有兩位學(xué)生沒有通過考試.整體上看實驗班80分以上的學(xué)生占59.23%，高出對照班13.97%，從而也看出大學(xué)物理課堂引入教具也加深了學(xué)生對物理知識的理解和掌握.

圖2 學(xué)生考試成績示例圖

4 結(jié)論

大學(xué)物理教學(xué)過程中融入物理雛形教具，提升學(xué)生在大學(xué)物理學(xué)習(xí)中的學(xué)習(xí)興趣，促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高了物理課堂的教學(xué)質(zhì)量.學(xué)生通過參與教具的設(shè)計和制作，有助于培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力、探索精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新思維和團隊協(xié)作能力.也使課程考核方式具有多樣性，學(xué)生也更加注重課堂的學(xué)習(xí)，而且教師的專業(yè)知識、動手能力和教學(xué)水平都得到了提高.