基于協(xié)同探究理念的大學(xué)物理教學(xué)創(chuàng)新與實(shí)踐*

廖文良 雷國偉

（集美大學(xué) 理學(xué)院物理系 福建廈門 361021）

大學(xué)物理作為一門“新工科”專業(yè)必修的一門公共基礎(chǔ)課，主要培養(yǎng)工科學(xué)生的科學(xué)思維方式和研究問題的方法，使學(xué)生具備一定的科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新能力，為今后專業(yè)領(lǐng)域廣度和深度的發(fā)展打下基礎(chǔ)[1]。但因涉及很多嚴(yán)密的理論公式推導(dǎo)，推導(dǎo)過程繁雜，要求較扎實(shí)的高等數(shù)學(xué)知識，工科學(xué)生對這些基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)感到枯燥無味[2]。同時(shí)在實(shí)際授課過程中，教師未考慮不同專業(yè)對物理基礎(chǔ)知識的實(shí)際需求不同這一特點(diǎn)，使得講授內(nèi)容與專業(yè)知識嚴(yán)重脫節(jié)，缺乏理論與實(shí)踐相結(jié)合，導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣。

一、學(xué)情分析

現(xiàn)在幾乎每個(gè)人都是以個(gè)體的形式面對智能終端上傳來的海量信息，反倒是對其他渠道（比如傳統(tǒng)課堂）獲取信息的依賴度下降。因此，如何充分調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自管理學(xué)習(xí)的積極性，以及提升團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，是現(xiàn)代高等教育適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的重要環(huán)節(jié)。部分學(xué)生在學(xué)習(xí)難度較大的基礎(chǔ)知識、推導(dǎo)運(yùn)算的時(shí)候自主學(xué)習(xí)積極性不高，是因?yàn)閷W(xué)習(xí)的意義、價(jià)值、用途等高階認(rèn)知不足，無法形成克服基礎(chǔ)學(xué)習(xí)困難的心理驅(qū)動力。因此，現(xiàn)代教學(xué)的理念必須建立高階認(rèn)知（學(xué)習(xí)的意義、價(jià)值、用途）與低階認(rèn)知（知識點(diǎn)的記憶，復(fù)雜物理模型的構(gòu)建）之間的良性互動。而課程思政就是在高階認(rèn)知的環(huán)節(jié)中進(jìn)行系統(tǒng)的教學(xué)過程和價(jià)值引導(dǎo)[3-4]。

目前，大學(xué)物理教學(xué)所需要解決的問題包括：

（1）改變教學(xué)理念，重點(diǎn)強(qiáng)化高階認(rèn)知的教學(xué)，以課程思政為起點(diǎn)，使大學(xué)物理成為“自主學(xué)習(xí)”和“自組織學(xué)習(xí)”的課程，由學(xué)生自己的價(jià)值觀念和責(zé)任意識引導(dǎo)主動學(xué)習(xí)態(tài)度去帶動教學(xué)過程的進(jìn)展。

（2）改變教學(xué)模式，由“傳遞式”走向“協(xié)同探究”，由“灌輸式”走向傾聽和對話，由整齊劃一走向以小組為單位的“學(xué)習(xí)共同體”，激活和釋放人的探究、建造、表現(xiàn)、交往四大本能。

（3）構(gòu)建新工科建設(shè)目標(biāo)的教學(xué)體系，強(qiáng)化公共基礎(chǔ)理論知識滲透到專業(yè)發(fā)展方向上，推動大學(xué)物理成為多學(xué)科交叉融合的紐帶。教學(xué)過程要面向?qū)W生專業(yè)、面向生產(chǎn)實(shí)踐、面向工程應(yīng)用，以此改善教學(xué)方法，科學(xué)、合理地選擇教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐能力。

（4）實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與教學(xué)模式的合理深度融合，充分利用智慧技術(shù)實(shí)現(xiàn)“自組織學(xué)習(xí)”的教學(xué)理念，在已經(jīng)建成的在線開放課程和翻轉(zhuǎn)課堂的情況下，進(jìn)一步深化教學(xué)手段的改革，形成新一代可推廣的教學(xué)模式。

二、方案設(shè)計(jì)

根據(jù)當(dāng)前大學(xué)物理教學(xué)過程中存在的問題，我們提出了“基于協(xié)同探究理念的大學(xué)物理教學(xué)創(chuàng)新與實(shí)踐”，主要的創(chuàng)新思路如下：

（1）人文素養(yǎng)融入課堂，文化自信課程思政：將“先授課，后思政”的理念改為“先樹立思政目標(biāo)，再設(shè)計(jì)課程內(nèi)容”，課堂成體系地融入人文知識，在引導(dǎo)學(xué)生建立正確的社會主義核心價(jià)值觀的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)文化自信，并依靠趣味性、實(shí)用性、優(yōu)美性以及國家責(zé)任感引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)。

（2）建設(shè)課程案例框架，優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源升級：重點(diǎn)針對每個(gè)章節(jié)構(gòu)建應(yīng)用性較強(qiáng)的“大學(xué)物理案例資源庫”，根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行案例優(yōu)選，將復(fù)雜的物理模型通過典型案例進(jìn)行直觀展現(xiàn)，為實(shí)施“協(xié)同探究”奠定基礎(chǔ)。

（3）物理知識詮釋生活，簡易實(shí)驗(yàn)走進(jìn)課堂：利用物理知識詮釋生活中的一些自然現(xiàn)象和人文現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用，培養(yǎng)活學(xué)活用的能力，增強(qiáng)對物理的學(xué)習(xí)興趣；同時(shí)設(shè)計(jì)集體參與的簡易實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動手能力和創(chuàng)新能力。

（4）探究性教學(xué)為主線，交流辯論歸納反思：充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使受時(shí)間和空間限制的課堂活動延伸到課堂外，借助視頻、動畫和圖片創(chuàng)設(shè)物理情境，寓物理問題于真實(shí)情境之中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲。結(jié)合研究問題，引導(dǎo)學(xué)生交流、辯論，最后在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行歸納總結(jié)反思。

（5）優(yōu)化在線習(xí)題系統(tǒng)，建立閉環(huán)反饋機(jī)制：針對每個(gè)章節(jié)知識點(diǎn)構(gòu)建線上習(xí)題庫，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)并對相關(guān)知識點(diǎn)的習(xí)題進(jìn)行解答反饋，根據(jù)學(xué)生完成作業(yè)的進(jìn)度和情況，分析學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性以及對知識點(diǎn)的掌握情況，幫助教師針對性地強(qiáng)化教學(xué)；同時(shí)拓寬教學(xué)反饋渠道，不斷提升教學(xué)質(zhì)量。

（6）充分運(yùn)用信息技術(shù)，推動學(xué)生互動交流：建立多渠道的大學(xué)物理網(wǎng)上交流平臺，提升學(xué)生主動使用信息技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)、交流的能力。并且把學(xué)生參與討論的活躍度進(jìn)行計(jì)量，評估學(xué)生學(xué)習(xí)的主動程度。

三、實(shí)施過程

1.教學(xué)內(nèi)容組織策略

每門課程都可以按照既定方式去設(shè)計(jì)、講授、互動，但是一門課程是否能夠獲得學(xué)生的喜愛而主動進(jìn)行學(xué)習(xí)，主要取決于課程本身的吸引力、趣味性和教師的講授組織能力。

央視財(cái)經(jīng)頻道的《是真的嗎》是一檔大型互動求證節(jié)目，以“互動求真”為己任，通過演示實(shí)驗(yàn)和典型案例，為受眾探求真相，體現(xiàn)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)性、多彩的可視性、活潑的趣味性，深受廣大觀眾的喜愛。這種做法的教學(xué)原理就是“應(yīng)用場景”的使用，把煩瑣枯燥的知識結(jié)合具體的實(shí)際應(yīng)用場景來進(jìn)行講授，能激發(fā)學(xué)生多層次的心理響應(yīng)，高階認(rèn)知和低階認(rèn)知良性互動，提升學(xué)習(xí)主動性。同時(shí)在具體教學(xué)過程中通過發(fā)揮傳統(tǒng)文化的載體、運(yùn)用傳統(tǒng)文化的故事性、注重傳統(tǒng)文化的人文性，能夠增強(qiáng)學(xué)生的人文素養(yǎng)、培養(yǎng)實(shí)事求是的態(tài)度、塑造良好的人格。

大學(xué)物理課程的整體設(shè)計(jì)策略：將物理學(xué)分為運(yùn)動學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、波動學(xué)、光學(xué)、近代物理學(xué)六個(gè)模塊；針對六個(gè)模塊分別引入“中國航天史”“鉆木取火”“指南針”“天壇回音壁”“中國天眼”“量子計(jì)算機(jī)”等相關(guān)視頻介紹，植入人文素養(yǎng)元素；根據(jù)專業(yè)的差異性，選擇合適應(yīng)用場景和案例，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行協(xié)同探究，剖析真實(shí)物理情境；在“互動探究求真”的過程中，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的積極性，引導(dǎo)學(xué)生的思維方式和價(jià)值觀。

2.現(xiàn)場講授策略

無論是網(wǎng)絡(luò)視頻課程還是線下的課堂，實(shí)際上都對知識實(shí)施了“碎片化”，并且間隔一定時(shí)間進(jìn)行講授。這種傳統(tǒng)教學(xué)模式最大的缺點(diǎn)是：對于初學(xué)的學(xué)生來說，很難整合成為一個(gè)整體的知識系統(tǒng)來進(jìn)行使用。本教學(xué)團(tuán)隊(duì)提出，教師現(xiàn)場教學(xué)環(huán)節(jié)最核心的作用是“基于碎片化知識拼合構(gòu)建物理模型”。具體實(shí)施過程如下：

（1）線上課程/講授型課程重點(diǎn)講授“靜態(tài)知識”，這些知識內(nèi)容（定律、公式及其推導(dǎo)過程）經(jīng)過長期實(shí)踐證明比較固定，講解過程中有可能需要學(xué)生多次反復(fù)學(xué)習(xí)、課后練習(xí)進(jìn)行掌握。

（2）綜合研討型課程，教師最主要的任務(wù)是如何將線上課程/講授型課程的碎片化知識點(diǎn)整合到一起以問題的形式展現(xiàn)出來，結(jié)合應(yīng)用案例與學(xué)生協(xié)同探究，幫助學(xué)生構(gòu)建物理模型。因此在課程中一共設(shè)置了5次綜合研討課程，具體實(shí)施方案如表1所示。

表1 綜合研討課程實(shí)施方案

3.學(xué)生活動策略

教師選取恰當(dāng)授課內(nèi)容并以問題的形式展現(xiàn)，上傳優(yōu)質(zhì)資源及課件，要求學(xué)生線上自學(xué)并進(jìn)行分組討論。線下課堂授課時(shí)，教師與學(xué)生之間進(jìn)行角色互換，實(shí)現(xiàn)師生、生生之間的協(xié)同探究，也就是學(xué)生“充當(dāng)老師角色，參與課堂授課”的做法。這樣的做法主要有兩個(gè)目的：

（1）直接鍛煉學(xué)生利用物理學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力，在授課過程中，學(xué)生需要深刻理解章節(jié)內(nèi)容知識點(diǎn)，并利用這些基礎(chǔ)理論知識去分析生活中的物理現(xiàn)象，并對課堂中老師和同學(xué)們提出的問題進(jìn)行解答，對學(xué)生掌握知識和使用知識的能力是個(gè)非常充分的鍛煉過程。

（2）學(xué)生對本章教學(xué)的創(chuàng)新和建議可以在課堂互動中體現(xiàn)出來，使得教師可以把學(xué)生反饋思路及創(chuàng)新點(diǎn)整合到本章的內(nèi)容中，前屆學(xué)生的學(xué)習(xí)效果可以對后屆學(xué)生的學(xué)習(xí)作出具體的貢獻(xiàn)。

4.考核和評價(jià)策略

本課程考核方式：線上課程成績20%、課堂綜合研討20%、線下平時(shí)成績20%、期末考試40%。

課堂綜合研討時(shí)，教師還專門設(shè)計(jì)了人文素養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、信息化技術(shù)能力等定性評價(jià)指標(biāo)，這些定性評價(jià)的指標(biāo)雖然不以分?jǐn)?shù)的形式計(jì)入學(xué)生的正式成績，但是可以通過這些量表對學(xué)生綜合素養(yǎng)進(jìn)行評估。體現(xiàn)過程與結(jié)果、定量與定性、個(gè)人與團(tuán)隊(duì)“三結(jié)合”的考核理念。

（1）線上課程的章節(jié)彈題和單元測試主要考核靜態(tài)知識點(diǎn)，形成線上學(xué)習(xí)定量成績。同時(shí)，對學(xué)生觀看視頻的進(jìn)度、學(xué)習(xí)習(xí)慣、線上討論互動進(jìn)行定性綜合評價(jià)，將定性評價(jià)系數(shù)與定量成績相結(jié)合，構(gòu)成線上課程的總成績。

（2）課堂綜合研討考核學(xué)生靈活運(yùn)用知識的能力。綜合研討以小組為單位，教師進(jìn)行點(diǎn)評、組與組之間進(jìn)行互評、組內(nèi)學(xué)生之間進(jìn)行互評，這三部分成績構(gòu)成綜合研討的總成績。課堂綜合研討采取“動態(tài)分組”，每次小組作業(yè)學(xué)生均需要和完全不同的隊(duì)友合作，從而測試學(xué)生在人員組成變化情況下的表現(xiàn)，更能體現(xiàn)個(gè)人和團(tuán)隊(duì)之間相互作用的質(zhì)量。

（3）現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)要求全體學(xué)生參與，主要考核學(xué)生的實(shí)踐動手能力以及觀察能力；有能力的學(xué)生可以在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)方案上進(jìn)行創(chuàng)新，考核學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

（4）線下課堂出勤情況和線下課后作業(yè)出勤及完成情況構(gòu)成線下平時(shí)成績。

（5）參加混合式教學(xué)的學(xué)生仍然需要參加學(xué)校組織的期末考試（筆試），通過筆試的成績來掌握整體的教學(xué)情況。

四、教學(xué)效果

通過課堂派數(shù)據(jù)分析，改革后班級的考勤率，課堂互動參與率與正確率以及期考成績及格率都高于平行傳統(tǒng)班的情況，說明大部分同學(xué)對大學(xué)物理學(xué)習(xí)的積極性明顯提高，也充分意識到大學(xué)物理作為公共基礎(chǔ)課的重要性。整個(gè)教學(xué)改革實(shí)施見效比較明顯，通過高端認(rèn)知的強(qiáng)化帶動對枯燥基礎(chǔ)理論知識學(xué)習(xí)的積極性。

教學(xué)團(tuán)隊(duì)不應(yīng)僅看重學(xué)生考試的分?jǐn)?shù)，還應(yīng)根據(jù)學(xué)生的人文素養(yǎng)、科學(xué)素養(yǎng)、信息化素養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)寫作能力、實(shí)驗(yàn)動手能力等定性的評估，對學(xué)生進(jìn)行針對性選拔、指導(dǎo)，帶領(lǐng)學(xué)生積極創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐活動。

結(jié)語

在智能互聯(lián)時(shí)代下的大學(xué)物理教學(xué)過程中，我們以問題導(dǎo)向，構(gòu)建了師生之間協(xié)同探究共同優(yōu)化教學(xué)的整體設(shè)計(jì)方案。在具體實(shí)施過程中，精準(zhǔn)掌控“教”“學(xué)”銜接，實(shí)現(xiàn)知識內(nèi)化重構(gòu)，以應(yīng)用場景和案例為指導(dǎo)，融入人文元素，剖析物理情境，基于碎片化知識拼合構(gòu)建物理模型，推動學(xué)生從自學(xué)到傳授再到創(chuàng)新。在課程考核方面，采用線上課程學(xué)習(xí)成績、課堂綜合研討成績、線下平時(shí)成績及期末閉卷筆試成績相結(jié)合，體現(xiàn)過程與結(jié)果、定量與定性、個(gè)人與團(tuán)隊(duì)相結(jié)合的考核理念。整個(gè)教學(xué)改革實(shí)施見效比較明顯，通過高端認(rèn)知的強(qiáng)化帶動對枯燥基礎(chǔ)理論知識學(xué)習(xí)的積極性。新的教學(xué)創(chuàng)新模式不僅鍛煉了學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成科技項(xiàng)目的能力，而且提升了參與各種創(chuàng)新科技活動的積極性。