高校項目式物理課堂改革的研究

林斯樂 連赟猛

(福建農林大學金山學院 福建 福州 350001)

引言

在高校的課程設置中，普通物理是理工科學生的公共基礎課[1]。物理學是一切自然科學的基礎，其主要作用是幫助學生建立自然科學基礎理論，以便更好的學習專業課內容[2]。對于物理專業的學生來說，通過一定量的數學、物理習題訓練，使得自己掌握物理學相關定律，是很重要的學習過程；然而，對于其他非物理學專業的理工科學生，相關的數學物理訓練可能存在難度大、缺乏專業課銜接等問題[3]。從學以致用的角度來說，學生經歷物理解題訓練不容易對物理產生興趣，影響了物理教學效果[4-5]。針對普通物理的應用型課程改革，不但有利于非物理學專業的理工科學生掌握必備的物理學知識，而且能夠訓練他們把物理學知識應用到實際的生產生活中去[6-8]。

工程師的工作重點是解決一系列生產異常問題，當前高校中，普通物理的傳統教學模式無法服務于以工程師為培養目標的教學過程，更加突出了傳統普通物理課程的不合理性，使得高校物理課程處于尷尬的地位[9]。而應用型課程的改革，恰好可以解決這個問題[10-12]。

本文將以“靜電場”為例，介紹針對普通物理的項目式課堂改革的措施和研究成果。將學生分為空白組和實驗組，通過對靜電場的相關知識內容進行項目式教學改革，分析教學效果。

1 普通物理課程改革措施——以靜電場章節教學為例

根據當代教學理論，學生是課堂教學的主體，項目式學習可以為學生創造沉浸式學習體驗，進而完成既定教學目標。

項目式課堂要求學生在組隊參與項目的過程中，完成各自負責的子任務，共同推動項目的最終完成。其改革措施主要是減少傳統習題講解，增加貼近生活、貼近教學班專業特點的實例分析以及必要的訓練。應注意的是，雖然是針對應用實踐能力的培養，但并不是意味著物理基礎知識的講解可以忽視，因此實例分析安排在基礎知識的講解之后。在實際操作中，以電氣工程與自動化專業的學生組成2個教學班。顯然，普通物理的諸多章節中，“靜電場”、“穩恒磁場”、“變化的電磁場”這3章內容跟教學班的專業最為接近。因此，以“靜電場”相關知識的實踐鍛煉為主要訓練內容。具體來說，“靜電場”共安排8個學時，其中傳統理論教學4個學時(庫侖定律、高斯定理、環路定理、電勢、靜電場中的導體)，后4個學時安排應用型教學內容。

在總學時中插入了項目式教學內容，傳統教學內容中涉及到難度較高的，微積分、矢量分析較復雜的內容將被刪減。

特別的，首先建立課堂文化對于項目式教學效果具有重大意義。基本的教學過程設計思路為先通過建立安全、開放的課堂文化，讓學生敢于提問，敢于發表觀點。再通過頭腦風暴的形式激活學生的思路，豐富學生完成項目的素材。最后通過學生的分組作業，完善作品后在課堂上分享。

1.1 建立課堂文化

適當的課堂文化會激發學生的學習動力，鼓勵學生提出問題和分享觀點。特別是面對內斂的學生，羞于提出自己的意見，不利于后續頭腦風暴活動的開展。另一方面，作為公共基礎課，高校物理課堂的教學班學生人數較多，傳統課堂文化很難兼顧到每個學生，讓每個學生能夠分享自己的觀點。

利用適合的信息化線下教學工具則可以克服上述的難題，建立開放的課堂文化。例如雨課堂可以實現以學生提交標簽的形式，收集學生的問題和觀點。雨課堂標簽展示的形式是匿名的，學生提交的時候并沒有心理負擔。

特別的，對于錯誤的觀點，教師應以幽默的方式介紹，點到為止，鼓勵更多的學生發表更多的觀點。在課堂氛圍熱烈后，鼓勵更多的學生直接發言，分享觀點。

在建立課堂文化之后，教師只要進行點到即止的指導與評價，學生就能繼續發表自己的觀點，為后續的頭腦風暴和項目的最終達成打好基礎。

1.2 頭腦風暴

解決同一個問題，方法和手段可以有多種。通過頭腦風暴，學生能夠想出多種多樣的解決問題的思路，這些思路又能夠激發更多的思路。因此，這一階段主要讓學生收集完成項目的所需素材。

頭腦風暴階段，教師應具體的提出一個或幾個待解決的問題，并告知學生這些問題即為項目的主題。例如，針對靜電場教學內容，可以設計的問題有：如何利用靜電場原理，設計一款可以攀爬玻璃墻面的手套。該例題涉及到“尖端放電”、“電場中的電介質”、“庫侖定律”等知識點。

1.3 分組任務與展示

分組任務以課后作業形式進行，每個小組指派一位學生為負責人，推進項目進度。

展示環節在課堂上進行，每個小組輪流介紹各自的項目方案。其他組同學可以提問，質疑。

1.4 總結

教師對各組項目方案點評，總結出可靠方案。

2 課程改革效果與分析

為了評估項目式教學的成果，講學生分為實驗組和對照組，共2個教學班分別進行教學。僅對實驗組進行應用型教學，對空白對照組學生進行傳統教學。

2.1 建立評估標準

評估標準分為小組整體評估，和每個學生的評估，其權重與細節如表1所示。參與實驗組的學生，項目式課程評分作為平時成績的一部分。

表1 項目式課程評估標準

在后續的課程建設中，可以擴大項目式課程的范圍，增高項目式課程的學時，并將項目式課程評分作為平時成績，同時降低期末考試成績的比重。

2.2 討論課分析

討論課以翻轉課堂的形式進行，以“如何用靜電箱運送劇毒帶電物質”為題，引導學生分組討論，后由學生上臺分享。

在翻轉課堂的討論中，學生普遍能夠想到利用靜電力的平衡來固定搬運物質，但對于靜電箱內的電荷移動缺乏認識。教師通過引導討論，讓學生認識到靜電力的平衡，和電荷的自由移動。

2.3 期末總評調整

為評估項目式教學效果，在期末試卷中設置相關應用型問題，更能夠檢查學生是否掌握“應用基礎理論解決實際問題”的技能。試卷中設置的問題是：如何設計一個靠電磁吸引的手套。該問題是簡答題，學生需要寫出具體的做法，畫出原理圖。考察的知識點是“庫侖定律”、“導體中的電荷”、“尖端放電”。問題相關知識點在傳統理論教學過程也重點介紹過，因此接受傳統教學模式的對照組學生也有能力作答。

通過對比實驗組和空白組學生的得分情況，可以評估項目式教學的效果。

3 總結

對于應用型高校， 普通物理的課程培養模式應該做出適當調整，以適應新階段培養目標。經過對比，傳統的普通物理教學模式(理論教學、答題考試)培養的學生不擅長將理論知識應用到具體實踐問題，其應用型問題的評分較低；而在課程中加入應用型內容講解和訓練的學生在應用型問題的評分相對較高。因此，在普通物理課程中融入應用型的課程內容，對于提高教學質量有著至關重要的作用。同時，也是應用型高校的培養目標達成的重要手段之一，對普通物理課程未來的改革發展有重大的意義。