基于雛形教具的大學物理課程教學探討與應用研究*

韋寧燕

(南寧理工學院文理學院 廣西 桂林 541006)

大學物理課程作為理工科專業的必修課程，以培養大學生探索精神、創新意識和實踐動手能力為目標，啟發學生的創新思維[1～3].同時，物理實驗是物理教學實踐環節，物理理論知識需要實驗來驗證， 而且物理規律的研究是以實驗事實為基礎，并不斷接受實驗的檢驗，也是大學物理課程不可分割的一部分.大學物理實驗主要是培養高校學生動手能力和創新思維，并激發學生探索物理知識的欲望.同時也是理工科大學生進入大學階段開設的第一門實驗課程，也是學生系統訓練實驗技能的開始，為學生以后學習專業實驗課做好充分的準備.

傳統物理學教學方式主要是以教師教授為主，教師占主導位置， 使得學生獨立探索物理知識受到一定壓制，學生的探索精神略差，學生對學習物理的興趣有所怠慢.大學物理課程的培養目標不僅受限于傳授學生課本的物理知識，更為重要的是激發學生的學習興趣和創新意識，提高學生的科學素養.本文引導學生參與設計物理雛形教具，就是以簡單的教具進行演示實驗，物理教具演示實驗能直觀地展示物理原理，能加深學生對物理知識的理解和掌握，同時培養學生的自主學習、獨立思考和探索精神.物理雛形教具運用在課堂能激發學生的學習興趣，同時也能營造良好的課堂學習氛圍.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，把復雜的知識簡單化，學生能很好地去理解.在培養具有創新精神和實踐能力的專門人才目標下，在物理教學過程中，引入物理教具的教學，讓學生參與教具的制作，使學生的物理知識不僅得到理解和鞏固，還能培養學生的創新意識和提高學生的實踐動手能力.在教學實踐中，選擇同一年級同一專業的學生作為主要研究對象，分為兩個教學組，分別為實驗班和對照班，對比學生的課堂表現和考試成績,分析學生對所學知識的掌握程度、創新思維等方面的變化是否顯著，對效果進行驗證.

1 大學物理課程教學存在的問題

由于受到教學學時和實驗室建設等條件的制約，大學物理課程教學一般采用傳統教學模式.傳統教學主要以教師講授為主，雖然教師的教學手段不斷再優化，在課堂上通過討論和答疑的形式來激發學生的探索精神，也活躍了課堂氛圍，培養了學生自主獲取知識的能力，但學生的動手實踐能力、創新思維沒有得到很好的激發.從課程的性質上來看，大學物理是一門理論較強的課程，雖然教師在教學過程中通過舉一些實際生產生活中的例子，而且物理課程需要積累大量的基礎知識，才能真正掌握好.由于獨立院校的學生自身的特點，學生對理論知識的理解還是有一些難度的，因此不少學生學習興趣不高.而對于非物理專業學生對這門課不夠重視，都是被動學習[5].大學物理課程也是一門實驗科學，由于各高校的實驗室建設的發展極不平衡，彼此差距也很大[6].在“雙創”的教育背景下，高等學校都加強對學生的創新創業能力培養，對于物理課程，通過鼓勵學生制作各種教具，來培養學生的創新思維[7].例如華中師范大學、陜西師范大學等每年都舉行物理教具的比賽.由于受到實驗條件的制限，大多數普通高校在大學物理課程教學中，教學側重于理論教學，設定實驗課時較少，從而也沒有發揮其應有的作用.即使學校建立了物理實驗室，實驗內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生按統一步驟操作，很難激發學生的學習興趣和欲望.

2 教具引入大學物理課堂的價值及意義

2.1 利用“雛形教具” 提高學生在大學物理學習中的學習興趣 促進學生自主學習 優化課堂教學的質量

教具是以直觀的實物形式展示給學生，物理雛形教具能把教學內容以具體的實物形式展現給學生，而且教具與現實密切關系，這樣可以激發學生學習物理知識的興趣，引導學生探索物理知識，而且教學效果良好，物理教具引入到物理教學中是非常必要的.基于獨立學院學生的學習特點，復雜的教具學生較難理解，但雛形教具是將物理知識以簡單、直觀的方式演示給學生，并引導學生參與設計，把復雜物理理論知識對象形象化，有助于學生理解.

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

2.2 有助于在大學物理教學中培養學生嚴謹的科學素養 激發學生的創新意識

學生設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.只有本著嚴謹的科學態度才能夠順利完成教具從設計、選材、制作、調試到最后定型，在這過程中，經歷了一系列的問題需要解決，也是一個科學思維的提煉和創造的全過程，同時培養學生嚴謹的科學態度，激發了學生的創新意識.

2.3 有助于提高教師的專業知識、動手能力和教學水平

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

2.4 豐富課程考核方式

課程考核方式主要以考試為主，這種傳統的考核方式不足之處就是同學們都是靠學期末突擊刷題，背公式，即使考試通過了，這也完全違背了物理教學的初心.大學物理不僅僅是傳授知識，還可以培養學生的自主學習能力,使學生具有嚴謹的科學態度和探索創新精神.物理雛形教具進入課堂，讓學生理解和掌握物理概念的同時，還可以參與教學過程.將分小組設定和制作教具，納入課程的考核范疇，考核的多樣化更能激發學生學習的動力.以往的平時成績占30%，可適當提升到50%.平時成績分值提高了，學生也更加注重課堂的學習.

2.5 轉化了教學模式

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

3 物理雛形教具應用于教學實踐

3.1 研究對象與方法

選擇南寧理工學院同一年級和同一專業學生作為研究對象，分成兩個教學對照組，一個是實驗班，一個是對照班.本文選擇2019級計算機科學與技術專業1～4班的學生作為研究對象，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“大學生對大學物理課程的興趣和期待”網上調查問卷，該問卷共包括6個維度，分別為對學生物理知識背景調查(4題)、目前的學習狀態(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的教學方式，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物理課堂的價值及意義，給學生埋下教具這一概念，并激發學生對教具的興趣；第二階段:學生參觀物理實驗室現有的物理雛形教具，教師講解和演示給學生，學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：學生分組設計和制作教具，從方案的制定、選材、最后成型，通過教師的點評，學生對教具進行優化和改進，學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，也調動了學生學習的積極性，學生也更加注重課堂的學習，并把平時成績分數提高到占最終考核總分的50%；通過一個學期的教學實踐，對兩個班級學生課堂氛圍、掌握知識的情況、創新意識、考試成績進行對比.

圖1 學生分組設計和制作教具示例圖

3.2 結果分析

發出的調查問卷份數為184份，回收有效問卷184份.研究分析結果表明，同一專業背景的學生，學生的物理基礎相差不大.目前70%學生的學習狀態較好，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，屬于被動學習.對于目前教師的授課形式采用傳統的教學模式，雖然教師也通過舉現實生活中的事例來激發學生的學習興趣，通過提問來引導學生去探索和思考，但是兩小節的課(90 min)時間較長，到第二小節，學生的注意力下降，課堂氛圍慢慢變得比較沉悶.全部學生對物理教具有所了解，在高中課堂中，學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，認為教具就是一個簡單的實驗裝置，存在意義不是很大，學生參與教具的設計和制作寥寥無幾.87%的學生對物理雛形教具引入課堂很是期待，78%的學生希望自己能參與教具的設計和制作，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.

實驗班學生經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，從而引導學生去思考和探索，培養學生的探索精神.學生對教具中的物理知識也得到理解和加深，學生也從被動學習慢慢轉化為主動學習，學生的自主學習能力有所提高，學生提問也相對較多，課堂氛圍也變得活躍.第三階段是分小組設計和制作教具，為了順利完成教具的設計和制作這一過程，要經歷一系列問題需要去解決，學生要解決這些問題需要去查閱資料、小組討論等等，這樣也提高了學生的探索精神和自主學習能力，從設計-制作-成型，學生的各方面能力有了質的飛躍，這一過程使學生的實踐動手能力、探索精神、嚴謹的科學態度、創新思維和團隊協作能力都得到提升.教師通過對實驗班和對照班的學生作業，發現實驗班的學生對知識的掌握較好，實驗班的課堂氛圍較活躍，學生自主學習能力得到提高.通過期末考試，由圖2可知，實驗班的優秀率(90～100分)為24.45%，相對于對照班高出12.87%，實驗班的學生全部通過考試，而對照班有兩位學生沒有通過考試.整體上看實驗班80分以上的學生占59.23%，高出對照班13.97%，從而也看出大學物理課堂引入教具也加深了學生對物理知識的理解和掌握.

圖2 學生考試成績示例圖

4 結論

大學物理教學過程中融入物理雛形教具，提升學生在大學物理學習中的學習興趣，促進學生自主學習，提高了物理課堂的教學質量.學生通過參與教具的設計和制作，有助于培養學生的實踐動手能力、探索精神、嚴謹的科學素養、創新思維和團隊協作能力.也使課程考核方式具有多樣性，學生也更加注重課堂的學習，而且教師的專業知識、動手能力和教學水平都得到了提高.