基于協同探究理念的大學物理教學創新與實踐*

廖文良 雷國偉

（集美大學 理學院物理系 福建廈門 361021）

大學物理作為一門“新工科”專業必修的公共基礎課，主要培養工科學生的科學思維方式和研究問題的方法，使學生具備一定的科學素養、創新能力，為今后專業領域廣度和深度的發展打下基礎[1]。但因涉及很多嚴密的理論公式推導，推導過程繁雜，要求較扎實的高等數學知識，工科學生對這些基礎理論的學習感到枯燥無味[2]。同時在實際授課過程中，教師未考慮不同專業對物理基礎知識的實際需求不同這一特點，使得講授內容與專業知識嚴重脫節，缺乏理論與實踐相結合，導致學生缺乏學習興趣。

一、學情分析

現在幾乎每個人都是以個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（比如傳統課堂）獲取信息的依賴度下降。因此，如何充分調動學生自主學習的積極性，以及提升團隊協作精神，是現代高等教育適應互聯網時代的重要環節。部分學生在學習難度較大的基礎知識、推導運算的時候自主學習積極性不高，是因為對學習的意義、價值、用途等高階認知不足，無法形成克服基礎學習困難的心理驅動力。因此，現代教學的理念必須建立高階認知（學習的意義、價值、用途）與低階認知（知識點的記憶，復雜物理模型的構建）之間的良性互動。而課程思政就是在高階認知的環節中進行系統的教學過程和價值引導[3-4]。

目前，大學物理教學所需要解決的問題包括：

1.改變教學理念，重點強化高階認知的教學，以課程思政為起點，使大學物理成為“自主學習”和“自組織學習”的課程，由學生自己的價值觀念和責任意識引導主動學習態度去帶動教學過程的進展。

2.改變教學模式，由“傳遞式”走向“協同探究”，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“學習共同體”，激活和釋放人的探究、建造、表現、交往四大本能。

3.構建新工科建設目標的教學體系，強化公共基礎理論知識滲透到專業發展方向上，推動大學物理成為多學科交叉融合的紐帶。教學過程要面向學生專業、面向生產實踐、面向工程應用，以此改善教學方法，科學、合理地選擇教學內容，提高學生的創新創業實踐能力。

4.實現信息技術與教學模式的合理深度融合，充分利用智慧技術實現“自組織學習”的教學理念，在已經建成的在線開放課程和翻轉課堂的情況下，進一步深化教學手段的改革，形成新一代可推廣的教學模式。

二、方案設計

根據當前大學物理教學過程中存在的問題，我們提出了“基于協同探究理念的大學物理教學創新與實踐”，主要的創新思路如下：

1.人文素養融入課堂，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，再設計課程內容”，課堂成體系地融入人文知識，在引導學生建立正確的社會主義核心價值觀的同時，實現文化自信，并依靠趣味性、實用性、優美性以及國家責任感引導學生主動學習。

2.建設課程案例框架，優質教學資源升級：重點針對每個章節構建應用性較強的“大學物理案例資源庫”，根據專業特點進行案例優選，將復雜的物理模型通過典型案例進行直觀展現，為實施“協同探究”奠定基礎。

3.物理知識詮釋生活，簡易實驗走進課堂：利用物理知識詮釋生活中的一些自然現象和人文現象，實現學以致用，培養活學活用的能力，增強對物理的學習興趣；同時設計集體參與的簡易實驗，培養學生實踐動手能力和創新能力。

4.探究性教學為主線，交流辯論歸納反思：充分利用互聯網技術，使受時間和空間限制的課堂活動延伸到課堂外，借助視頻、動畫和圖片創設物理情境，寓物理問題于真實情境之中，激發學生的學習興趣和求知欲。結合研究問題，引導學生交流、辯論，最后在老師的指導下歸納總結并進行反思。

5.優化在線習題系統，建立閉環反饋機制：針對每個章節知識點構建線上習題庫，引導學生進行預習并對相關知識點的習題進行解答反饋，根據學生完成作業的進度和情況，分析學生的學習積極性以及對知識點的掌握情況，幫助教師針對性地強化教學；同時拓寬教學反饋渠道，不斷提升教學質量。

6.充分運用信息技術，推動學生互動交流：建立多渠道的大學物理網上交流平臺，提升學生主動使用信息技術進行學習、交流的能力。并且把學生參與討論的活躍度進行計量，評估學生學習的主動程度。

三、實施過程

1.教學內容組織策略

每門課程都可以按照既定方式去設計、講授、互動，但是一門課程是否能夠獲得學生的喜愛而主動進行學習，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。

央視財經頻道的《是真的嗎》是一檔大型互動求證節目，以“互動求真”為己任，通過演示實驗和典型案例，為受眾探求真相，體現嚴謹的科學性、多彩的可視性、活潑的趣味性，深受廣大觀眾的喜愛。這種做法的教學原理就是“應用場景”的使用，把煩瑣枯燥的知識結合具體的實際應用場景來進行講授，能激發學生多層次的心理響應，高階認知和低階認知良性互動，提升學習主動性。同時在具體教學過程中通過發揮傳統文化的載體、運用傳統文化的故事性、注重傳統文化的人文性，能夠增強學生的人文素養、培養實事求是的態度、塑造良好的人格。

大學物理課程的整體設計策略：將物理學分為運動學、熱學、電磁學、波動學、光學、近代物理學六個模塊；針對六個模塊分別引入“中國航天史”“鉆木取火”“指南針”“天壇回音壁”“中國天眼”“量子計算機”等相關視頻介紹，植入人文素養元素；根據專業的差異性，選擇合適應用場景和案例，帶領學生進行協同探究，剖析真實物理情境；在“互動探究求真”的過程中，培養自主學習的積極性，引導學生的思維方式和價值觀。

2.現場講授策略

無論是網絡視頻課程還是線下的課堂，實際上都對知識實施了“碎片化”，并且間隔一定時間進行講授。這種傳統教學模式最大的缺點是：對于初學的學生來說，很難整合成為一個整體的知識系統來進行使用。本教學團隊提出，教師現場教學環節最核心的作用是“基于碎片化知識拼合構建物理模型”。具體實施過程如下：

（1）線上課程/講授型課程重點講授“靜態知識”，這些知識內容（定律、公式及其推導過程）經過長期實踐證明比較固定，講解過程中有可能需要學生反復學習、課后練習進行掌握。

（2）綜合研討型課程，教師最主要的任務是如何將線上課程/講授型課程的碎片化知識點整合到一起，以問題的形式展現出來，結合應用案例與學生協同探究，幫助學生構建物理模型。因此，在課程中一共設置了5次綜合研討課程，具體實施方案如表1所示。

表1 綜合研討課程實施方案

3.學生活動策略

教師選取恰當授課內容并以問題的形式展現，上傳優質資源及課件，要求學生線上自學并進行分組討論。線下課堂授課時，教師與學生之間進行角色互換，實現師生、生生之間的協同探究，也就是學生“充當老師角色，參與課堂授課”的做法。這樣的做法主要有以下兩個目的：

（1）直接鍛煉學生利用物理學知識解決實際問題的能力，在授課過程中，學生需要深刻理解章節內容知識點，并利用這些基礎理論知識去分析生活中的物理現象，并對課堂中老師和同學們提出的問題進行解答。這對學生掌握知識和使用知識的能力具有很強的鍛煉價值。

（2）學生對本章教學的創新和建議可以在課堂互動中體現出來，使得教師可以把學生反饋思路及創新點整合到本章的內容中，前屆學生的學習效果可以對后屆學生的學習作出具體的貢獻。

4.考核和評價策略

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

課堂綜合研討時，教師還專門設計了人文素養、團隊協作、信息化技術能力等定性評價指標，這些定性評價的指標雖然不以分數的形式計入學生的正式成績，但是可以通過這些量表對學生綜合素養進行評估。體現過程與結果、定量與定性、個人與團隊“三結合”的考核理念。

（1）線上課程的章節彈題和單元測試主要考核靜態知識點，形成線上學習定量成績。同時，對學生觀看視頻的進度、學習習慣、線上討論互動進行定性綜合評價，將定性評價系數與定量成績相結合，構成線上課程的總成績。

（2）課堂綜合研討考核學生靈活運用知識的能力。綜合研討以小組為單位，教師進行點評、組與組之間進行互評、組內學生之間進行互評，這三部分成績構成綜合研討的總成績。課堂綜合研討采取“動態分組”，每次小組作業學生均需要和完全不同的隊友合作，從而測試學生在人員組成變化情況下的表現，更能體現個人和團隊之間相互作用的質量。

（3）現場實驗環節要求全體學生參與，主要考核學生的實踐動手能力以及觀察能力；有能力的學生可以在規定的實驗方案上進行創新，考核學生的創新實踐能力。

（4）線下課堂出勤情況和線下課后作業出勤及完成情況構成線下平時成績。

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

四、教學效果

通過課堂派數據分析，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班的情況，說明大部分同學對大學物理學習的積極性明顯提高，也充分意識到大學物理作為公共基礎課的重要性。整個教學改革實施見效比較明顯，通過高端認知的強化帶動對枯燥基礎理論知識學習的積極性。

教學團隊不應僅看重學生考試的分數，還應根據學生的人文素養、科學素養、信息化素養、團隊寫作能力、實驗動手能力等定性的評估，對學生進行針對性選拔、指導，帶領學生積極創新創業實踐活動。

結語

在智能互聯時代下的大學物理教學過程中，我們以問題為導向，構建了師生之間協同探究共同優化教學的整體設計方案。在具體實施過程中，精準掌控“教”“學”銜接，實現知識內化重構，以應用場景和案例為指導，融入人文元素，剖析物理情境，基于碎片化知識拼合構建物理模型，推動學生從自學到傳授再到創新。在課程考核方面，采用線上課程學習成績、課堂綜合研討成績、線下平時成績及期末閉卷筆試成績相結合，體現過程與結果、定量與定性、個人與團隊相結合的考核理念。整個教學改革實施見效比較明顯，通過高端認知的強化帶動對枯燥基礎理論知識學習的積極性。新的教學創新模式不僅鍛煉了學生團隊協作完成科技項目的能力，而且提升了參與各種創新科技活動的積極性。