大學(xué)物理課程教學(xué)質(zhì)量提升措施探索

李 陽 毛紅敏 程新利 李靜妮 柳 軍

（1.蘇州科技大學(xué)天平學(xué)院，江蘇 蘇州 215009；2.蘇州科技大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215009）

0 引言

大學(xué)物理作為理工科大學(xué)生的一門基礎(chǔ)必修課程，所包含的基本概念、理論和方法，對提高大學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)具有重要的作用。所謂物理——“格物致理”也，大學(xué)物理課程帶領(lǐng)學(xué)生領(lǐng)略自然萬物的本質(zhì)及規(guī)律，實現(xiàn)科學(xué)與人文的兼?zhèn)浜蛥f(xié)調(diào)發(fā)展，為學(xué)生認識和改造世界打好物理基礎(chǔ)。由此來講，針對大學(xué)物理課程的基礎(chǔ)性和必要性，有必要對大學(xué)物理教學(xué)措施進行改革探索與實踐。提升大學(xué)物理教學(xué)質(zhì)量，既符合“以學(xué)生為中心”的課堂教學(xué)要求，更順應(yīng)了新時代本科教育發(fā)展的潮流。文章從大學(xué)物理課程教學(xué)的特點出發(fā)，就大學(xué)物理課程教學(xué)質(zhì)量提升措施作分析研究，為創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)作貢獻。

1 大學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀分析

當前，盡管大學(xué)物理教學(xué)在不斷發(fā)展，但是在實際教學(xué)過程中還存在著一些問題，具體可歸納如下。

1.1 大學(xué)物理課程的學(xué)時被大幅壓縮

高校在課時分配時，考慮到優(yōu)勢學(xué)科與專業(yè)需要更高的投入產(chǎn)出比，而這必然需要更多的課時設(shè)置和師資投入，因此在時間有限的情況下，通常會選擇壓縮如大學(xué)物理這樣的公共課的課時。

1.2 課程難度相對較大

初步進入大學(xué)，學(xué)生面臨著角色的轉(zhuǎn)換，從被動學(xué)習(xí)到主動學(xué)習(xí)的習(xí)慣和態(tài)度轉(zhuǎn)變上需要一定的時間，而且在課程學(xué)習(xí)中也需要一段適應(yīng)期。大一第一學(xué)期剛學(xué)完高等數(shù)學(xué)，緊接著第二學(xué)期就開始學(xué)習(xí)大學(xué)物理，容易讓學(xué)生感覺困難，影響他們的學(xué)習(xí)積極性。

1.3 課堂理論內(nèi)容較多，缺乏與實際生活相關(guān)的元素

物理教學(xué)多以理論性較強的基礎(chǔ)知識為主，在教學(xué)設(shè)計中很多教學(xué)者沒有考慮到帶領(lǐng)學(xué)生從課本走向生活，既未形成理論聯(lián)系實際的紐帶，更缺乏與其他專業(yè)課程之間的聯(lián)系，難以吸引學(xué)生興趣。

1.4 物理課程教學(xué)枯燥，思政元素引入偏少

由于物理課程中包含大量公式推導(dǎo)及證明，使得物理學(xué)習(xí)變得相對枯燥，而且教師未充分重視打造思政課堂，沒有深入挖掘物理知識中所包含的思政元素，導(dǎo)致上課氛圍沒有得到充分調(diào)動，難以開展多元教學(xué)。

2 提升大學(xué)物理教學(xué)質(zhì)量的有效舉措

筆者在承擔大學(xué)物理教育教學(xué)改革研究項目中，致力于大學(xué)物理課堂教學(xué)質(zhì)量的提升，在實際教學(xué)中不斷摸索，總結(jié)了以下有效措施。

2.1 打造“興趣”課堂和“情境”課堂

（1）將物理帶入生活、人文藝術(shù)與人生哲理中。例如，創(chuàng)設(shè)提問神州飛船翱翔太空，相對于地球做勻速直線運動的神州飛船宇航員看來，地球上如果正在進行一場精彩的足球賽的話，那它是否還是90 min？如果不是，那應(yīng)該是大于還是小于90 min 呢？背后的原因是什么？再比如提問詩圣杜甫的詩句“八月秋高風怒號，卷我屋上三重茅”體現(xiàn)了其胸懷天下、為百姓疾呼的情懷，那么為什么秋風會卷起房屋上的茅草呢？通過實事案例引發(fā)學(xué)生的興趣與思考，能夠增強學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

（2）調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，更多地注重與實際生活相結(jié)合，化枯燥為有趣生動。例如，筆者在講到動量定理時，以“小小的一只飛鳥為何會引起嚴重的飛機事故”“超速和超載為何會引起嚴重的交通事故”為引，向?qū)W生展示動量定理在實際生活場景中的應(yīng)用。再比如筆者講到電磁感應(yīng)定律時，向?qū)W生介紹三峽水電站的發(fā)電機組及其運行原理，正是運用了電磁感應(yīng)定律。講到光學(xué)儀器的分辨率時，則介紹位于貴州的“中國天眼”——全球最大的500 m 口徑球面射電望遠鏡，其觀測范圍已經(jīng)能到達銀河系百億光年之外的宇宙邊緣，將成為全球探索宇宙波的希望。舉例說明大學(xué)物理與日常生活密不可分，從而激發(fā)學(xué)生的好奇心，化被動接受為主動學(xué)習(xí)。

（3）課堂創(chuàng)設(shè)問題情境。在大學(xué)物理教學(xué)中，通過拋出問題引發(fā)學(xué)生思考，促使其運用物理思想和方法解決實際問題。例如，在講授波動光學(xué)部分的薄膜干涉內(nèi)容時，筆者引入情景問題：魔術(shù)師表演的七彩泡泡非常漂亮，而且能夠展現(xiàn)出非常絢爛的色彩，讓人目不暇接，那么請學(xué)生思考這樣一個問題：為什么在陽光下會呈現(xiàn)七彩顏色呢？這可以引導(dǎo)學(xué)生將物理與實際生活聯(lián)系起來。學(xué)生帶著“如何解釋七彩泡泡現(xiàn)象”這一問題進入薄膜干涉的學(xué)習(xí)，將實際問題抽象成物理模型，應(yīng)用光程差這一關(guān)鍵物理量對此進行有效的分析，引導(dǎo)學(xué)生充分理解光的干涉知識。

（4）在教學(xué)中引入物理學(xué)史及物理前沿科學(xué)進展。物理學(xué)的發(fā)展是一個循序漸進，一環(huán)扣著一環(huán)，在螺旋中前進的過程。教師跟著物理學(xué)史講授知識，適當補充一些重要的發(fā)展前沿，有助于學(xué)生更加深入地理解基礎(chǔ)理論知識。例如，引力波的成功探測離不開引力波天文臺的支撐，通過對“宇宙漣漪”的精準探測和反復(fù)確認，證實了浩瀚宇宙中引力波的存在，并獲得了2017 年諾貝爾物理學(xué)獎。而引力波天文臺的建造以及引力波的探測原理正是源于邁克耳孫干涉儀的啟發(fā)。邁克耳孫在1907 年獲得諾貝爾物理學(xué)獎，誰能想到他所做的杰出貢獻又可以在100 年以后發(fā)揮重要的作用？筆者在講述邁克耳孫干涉儀章節(jié)時穿插這一科技前沿，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。

2.2 加強大學(xué)物理與其他專業(yè)課程內(nèi)容的聯(lián)系和銜接

大學(xué)物理作為多專業(yè)的基礎(chǔ)課程，能夠為學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，因此需要在教學(xué)過程中結(jié)合各專業(yè)特點制訂教學(xué)計劃。針對學(xué)生的不同專業(yè)，實現(xiàn)學(xué)科之間的信息交流，針對性地培養(yǎng)學(xué)生溝通協(xié)作和解決問題的能力，讓學(xué)生更好地理解所學(xué)內(nèi)容。例如，筆者對于化學(xué)專業(yè)，重視講授熱學(xué)與光學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生與所做的化學(xué)實驗相結(jié)合；自動化專業(yè)多補充電磁學(xué)知識，為復(fù)雜的專業(yè)知識學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)；數(shù)學(xué)專業(yè)多注重引用實例說明數(shù)理不可分割，感受數(shù)學(xué)在萬物運行之理中的美妙；計算機專業(yè)講解物理學(xué)發(fā)展引發(fā)的兩次工業(yè)革命和信息技術(shù)革命，體會物理在高性能計算機發(fā)展中的重要作用。通過加強大學(xué)物理與其他專業(yè)課程內(nèi)容的聯(lián)系，讓不同專業(yè)的學(xué)生都能感受到大學(xué)物理課程對自己專業(yè)學(xué)習(xí)的重要作用，從而讓他們更加主動地學(xué)習(xí)。

2.3 采取多種課堂教學(xué)方法，提升教學(xué)質(zhì)量

（1）采取線上、線下教學(xué)相結(jié)合方式，進行混合課程設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，教育已經(jīng)跟網(wǎng)絡(luò)密不可分，越來越多的教學(xué)已經(jīng)搬到網(wǎng)絡(luò)上，包括在線精品課程建設(shè)和慕課分享等。尤其是在當前新冠肺炎疫情的背景下，線上、線下混合式教學(xué)逐漸成為課堂教學(xué)的重要手段。因此，適當借助靈活的多媒體技術(shù)，合理地在課堂中穿插科普短片、Flash 動畫等，以直觀形象的畫面呈現(xiàn)復(fù)雜的物理知識，能夠增強學(xué)生的直觀感受。大學(xué)物理教學(xué)表現(xiàn)得活潑生動，既能吸引學(xué)生的注意力，又能讓課堂變得豐滿，從而提升課堂學(xué)習(xí)效率。教師需要在課前做更多的準備，課中注重對學(xué)生在學(xué)習(xí)方法上的指導(dǎo)，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。

（2）課堂師生角色轉(zhuǎn)換。隨著教學(xué)目的、教學(xué)方法的擴充和革新，教學(xué)評估手段也應(yīng)有所調(diào)整和變化。在最后的成績組成部分，不能僅僅依靠單一的試卷考查，可以考慮“平時成績+課堂展示+創(chuàng)新論文+筆試”這樣的組合。平時成績包括出勤率以及課堂參與情況；課堂展示包括學(xué)生小組對于學(xué)習(xí)內(nèi)容的深入展示并加入自己的獨特思考，在這一部分可以適當?shù)匕颜n堂交給學(xué)生，讓學(xué)生扮演老師的角色，以教促學(xué)；創(chuàng)新論文則需要學(xué)生通過文獻查閱等方式，介紹目前物理領(lǐng)域的新進展和新發(fā)現(xiàn)，闡釋其中包含的基本物理原理和基礎(chǔ)物理知識，挖掘基礎(chǔ)物理的重要性。這樣的評估手段，既能考核學(xué)生的基礎(chǔ)知識，又能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

（3）采取多種課堂互動措施，比如開展學(xué)生分組討論、讓學(xué)生圍繞某個知識點發(fā)表看法，并找出與現(xiàn)實生活相關(guān)的例子等。例如，筆者在教學(xué)過程中講到偏振片時，讓學(xué)生分享最近自己所看的3D 電影，并回想看3D 電影時需要借助什么工具。學(xué)生異口同聲需要戴上一副3D 眼鏡才能看到立體效果，進而講到偏振3D 眼鏡的工作原理，從而讓學(xué)生理解偏振片的作用。學(xué)生在點滴學(xué)習(xí)中日益增強存在感，體現(xiàn)出“以學(xué)生為中心”的教學(xué)思想。以動量定理為例，學(xué)生在學(xué)習(xí)之后不僅明白了為什么“小小的一只飛鳥會引起嚴重的飛機事故”“超速和超載會引起嚴重的交通事故”，更能夠舉一反三，明白了乘坐汽車時系好安全帶——“生命帶”的重要性，真正做到學(xué)以致用。

（4）在課后鞏固知識采取分組互助的方式。為了進一步提升學(xué)習(xí)效果，可以讓學(xué)生自主選擇分組，以團隊的方式共同學(xué)習(xí)、互相幫助。筆者在教學(xué)過程中讓學(xué)生結(jié)對成立了“幫扶”小組，讓學(xué)習(xí)成績較好的學(xué)生主動幫助基礎(chǔ)相對薄弱的學(xué)生。同時鼓勵學(xué)生樹立主人翁精神，充分調(diào)動所有學(xué)生的積極性。由老師引導(dǎo)，學(xué)生自主講述已學(xué)內(nèi)容。也可設(shè)置小組作業(yè)，在團隊協(xié)作中學(xué)生通過必要的資料查詢、思考演算等來加深對知識的理解與應(yīng)用，進而培養(yǎng)其團隊意識。

2.4 挖掘思政元素，打造思政課堂

在2016 年12 月的全國高校思想政治工作會議上，習(xí)近平總書記指出：“要用好課堂教學(xué)這個主渠道，思想政治課要堅持在改進中加強，提升思想政治教育親和力和針對性，滿足學(xué)生成長發(fā)展需求和期待，其他各門課都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)”。而對于大學(xué)物理這一重要的基礎(chǔ)課程而言，其包含的思政元素非常多，因此打造思政課堂尤為重要。讓大學(xué)物理包含的思政元素如春風細雨浸潤學(xué)生的心田，從而讓學(xué)生從內(nèi)心深處喜歡上物理。例如，筆者在講牛頓第三定律時，通過力的作用是相互的，延伸到中國傳承至今的儒家思想。儒家著名思想家孔子曾經(jīng)說過“己所不欲、勿施于人”，這恰好與力的作用相契合。正因為“力的作用是相互的”，所以強行施加于別人的不利影響也終將會作用到自身，這是不可取的。同樣，學(xué)生在學(xué)完牛頓第三定律后能夠舉一反三，明白為什么“以卵擊石、螳臂擋車”不可為，從而進一步理解量力而行的道理。再如，動量守恒定律與火箭原理關(guān)系緊密，而我國在火箭技術(shù)領(lǐng)域有重大成就，可挖掘出我國航空航天事業(yè)飛躍式發(fā)展等思政素材。神舟十三號將三名航天員送往我國天宮空間站執(zhí)行為期6 個月的任務(wù)，彰顯了“我們的征途是星辰大海”的氣魄！而這離不開牛頓三大定律和萬有引力定律的運用。讓學(xué)生明白學(xué)好物理，既能培養(yǎng)情操、提升素養(yǎng)，也能認識世界、改造世界。

3 結(jié)語

大學(xué)物理作為自然科學(xué)的重要基礎(chǔ)，在培養(yǎng)創(chuàng)新型人才方面具有重要的作用。本文基于對大學(xué)物理教學(xué)改革的深入思考和摸索，總結(jié)出了提升教學(xué)質(zhì)量的具體措施，能夠為解決大學(xué)物理教學(xué)存在的問題提供有效的方案，從而打造“以學(xué)生為中心”的課堂，提高大學(xué)物理學(xué)習(xí)水平，為相關(guān)本科教學(xué)提供借鑒。