大學物理課程教學設計策略優化＊
——以《霍爾效應》教學為例

莫政楓，唐慧敏

（廣西師范大學物理科學與技術學院，廣西 桂林 541004）

0 引言

大學物理作為理工科專業的基礎學科，對學生科學思維的提升和專業課理論基礎的學習具有“打地基”的作用，其重要性不言而喻，此外，高中新課程的改革發展，對大學物理教學帶來了沖擊[1]，如何與時俱進，如何使學生在有限的課時內掌握好大學物理課程內容，是擺在高校物理教師面前的難題，也是高校教師教學能力的體現。本文以“霍爾效應”一課的教學設計為案例，探討大學物理課程的教學策略。

1 大學物理課堂教學現狀

大學物理課程作為高等院校理工科類學生的一門必修基礎課程，對理工科大學生的科學素養、科學思維的培養具有極其重大的意義，因此，其教學質量直接關乎著學生的未來發展，目前大學物理課堂教學仍存在著一些問題：

（1）傳統的大學物理教學方法僅限于板書講解或在PPT 上堆砌大量理論公式，缺乏互動和實踐教學，教學方法和手段單一，教學缺乏趣味性，偏重于理論灌輸，學生學習難度較大[2]，學生認為物理學難且無趣，積極性和主觀能動性降低，學習效率下降。

（2）高校過于看重最終考核成績，以結果為導向，受功利性和效益性驅動較多，不重視難以量化的價值性目標，只注重知識性目標[3]，因此，常常忽略了思想、精神及國家情懷等對學生發展的影響，如何緊跟時代發展和要求，上好大學物理課，是高校一線教師亟待解決的問題。

2 課例“霍爾效應”教學設計流程

課程教學流程如圖1 所示，主要從四個維度進行教學設計：學生活動，教學流程，教師活動，以及思政融入。教師提前在課堂派發布預習作業，學生于課前完成預習；在新課導入階段，教師通過自制教具提問引發學生思考，同時引導學生回顧洛倫茲力相關知識，完成知識正向遷移；在新課講授階段，以霍爾效應的原理和實際應用為教學重點，以分組討論和講授為教學手段完成新授課，同時在講授過程中融入相關思政元素；在鞏固提高階段，充分利用“課堂派”在線教學平臺與學生進行互動測試，獲得及時的教學反饋，在課堂小結階段，教師概括總結本節課的學習內容并結合學生課堂表現，互動答題情況進行評價，課后在“課堂派”上公布課后作業。

圖1 “霍爾效應”教學設計

3 大學物理優質課教學設計策略

3.1 注重科學素養的培養，明確學習目標

課程指導委員會制定了大學物理課程的教學基本要求，并以此作為教學指導性文件[3]，在培養目標方面，其重視基礎，強化應用，注重科學素養的培養，注重學生全面和諧發展，以適應社會對應用型人才的需要。依據這一要求，本節課從知識、過程和情感態度三個維度將學習目標確定為：

（1）掌握霍爾效應的原理、了解霍爾效應在科技和生活中的具體應用；

（2）通過霍爾效應微觀機制的分析，提高邏輯推導能力；通過了解霍爾效應的具體應用，提升解決實際問題的能力；學生通過課堂互動題目，分組討論并總結回答，樹立學生與人交流、勇于表達想法的意識；

（3）通過了解霍爾效應的學術成果及中國科學家的研究成果，激發愛國情懷和自豪感，提高學習物理的熱情。

本節課的重點是霍爾效應的原理和應用，難點是霍爾電壓和霍爾系數的理論推導，在利用自制教具演示實驗激趣的前提下，結合PPT 動畫展示和學生分組討論的方法引導學生思考并解決問題，完成了知識技能和過程方法的學習目標，并引導學生將掌握的霍爾效應相關知識遷移到具體應用中，突出理論聯系實際的教學理念，符合“大學物理”課程的對應用型本科人才培養要求。此外，介紹我國科學家在霍爾效應研究上取得的重要成果，增強學生學習的熱情和自豪感，堅持學生主體，緊扣科學素養。

3.2 銜接高中新課改理念下的教學模式

大學物理是以培養和提高學生科學素養為目標的一門基礎課程[4]，在新課改大背景下，大學物理教師也應掌握高中物理新課改教學理念，做好大學與高中的銜接。高中物理新課改的基本教學思路是：以學生為主體，以探究為主，以實踐為核心，以解決問題為導向，以形成知識結構為目標，這種教學模式不僅注重知識的傳授，更強調學生主動參與、思考、實踐和創新[5]。

本節課的教學始終堅持學生主體，教師主導，師生共同學習的教學理念，積極營造良好地互動氛圍，促進學生思維活化，較好地遵循了這一基本教學思路。如學習霍爾效應的原理和微觀機理，教師結合精美的PPT動畫展示，簡明直觀，提高學生感性認識，并通過引導性提問的方式，引導學生通過自主思考和探究，從而發現和理解霍爾效應的規律和特點，感性認識上升至理性認識。例如，通過提問：“磁場中電子受力如何？會如何運動？”“為什么在磁場中，電子運動會引起霍爾電壓的產生？”等一系列問題，引導學生思考和探究，加深對霍爾效應的理解，突破重難點。在教學霍爾效應在半導體材料中的應用方面，教師引導學生以小組討論的形式開展探究活動，使學生能夠解釋“利用霍爾效應測量載流子濃度”和“利用霍爾效應判斷半導體類型”兩個問題，提高學生自主解決問題的能力，學以致用。在實際應用和拓展部分，介紹磁流體發電、汽車工業上應用和學術成果，課堂內容現代化，并引導學生自主尋找素材并當堂分享，強調理論聯系實際，將理論知識應用于生活、生產和社會實踐中。形成了從理論知識到應用技能的知識結構鏈。

3.3 重視自制教具的開發使用

自制教具在教育教學中易于表達教師的獨創性，引發學生的直覺興趣[6]，本節課教師制作較為簡便直觀的自制霍爾效應電路演示燈泡發光現象，學生觀察到當條形磁鐵靠近霍爾元件時燈泡發光，而遠離霍爾元件或者用條形磁鐵另一端靠近時燈泡不亮，以此作為課堂導入，可引起學生思維沖突，激發學生的好奇心和求知欲，建立高效課堂。此外，該導入實驗的另一作用是給學生以啟發，即以霍爾效應原理為基礎的霍爾元件可應用于與磁相關的各種領域中，如磁控燈等，與后面霍爾效應應用的教學過程相呼應。

該自制教具遵循直觀、便捷、高效低成本的原則[7]，用一塊長方形軟木板作背景板，將整個霍爾電路直接嵌在背景板上，電路結構一目了然，演示時打開開關，將事先準備好的條形磁鐵對準其中的霍爾元件，就可觀察到燈泡的亮暗情況，教具如圖2 所示。

圖2 霍爾開關演示實驗教具及制作原理圖

3.4 重視課堂思政元素的引入

大學物理作為本科教育的公共基礎課，更應該將思想政治教育穿插在教學的方方面面，堅持將立德樹人作為教育的中心環節，實現教書育人的根本任務[8]。教師應提高思政意識，整合思政教學資源，挖掘教學內容中的思政元素，采用多樣化的教學方法和信息化的教學手段或直接或潛移默化地進行思政教育，把思政育人目標列入教學目標體系，實現思政元素與大學物理內容有機融合，以達到立德樹人的目標。

本節課在知識拓展部分介紹清華大學薛其坤教授團隊在量子反常霍爾效應研究上取得的重要成果，增強學生的民族自豪感。并設計了互動環節，讓學生查閱資料尋找科研背后的故事并通過“課堂派”教學平臺的“話題”功能分享自己的思政心得收獲，學生積極發言，取得了良好的課堂效果。充分發揮了課程思政立德樹人的作用。

3.5 善用在線教學平臺輔助教學

隨著智能化教學愈發普及，以“課堂派”“微助教”和“雨課堂”等為代表的在線課堂管理平臺也得到了廣泛關注，許多高校教師也隨之探索出了基于多樣化的教學方法和教學手段。以課堂派為例，教師可通過課堂派發布課程內容、話題討論、課堂作業和測驗，這樣學生可以在課堂上通過手機或電腦同步做題和作業，教師也可以即時獲取學生的學情反饋，通過這種方式，增強學生的課堂參與度和興趣。本節課利用教學互動平臺“課堂派”實現線上線下混合教學，主要由以下兩個方面體現：

課前預習：提前在平臺發布預習作業，要求學生簡要闡述霍爾效應產生的原因及其微觀機制，為了完成任務，學生會提前預習相關基礎概念，教師可了解學生的學習情況，為新課做準備（如圖3 所示）。

圖3 課堂派預習作業

課堂互動練習：在“課堂派”平臺發布霍爾效應當堂練習，學生片刻思考后提交答案，旨在檢測學生對霍爾效應的理解，了解學生的學習情況，適時調整講課進度。之后展示學生答題結果，提問學生選題依據，根據學生回答問題給出相應表現獎勵，加強評價促學，鼓勵學生參與每個教學環節，提高學生學習的積極性（如圖4 所示）。

圖4 學生答題情況

4 結語

作為一門工科類必修基礎課程，大學物理的重要性不言而喻，本文簡要指出了目前大學物理課堂教學過程中的一些問題，并以“霍爾效應”的教學過程為例，希望通過重視大學生科學素養，明確培養目標，銜接高中新課改教學理念，重視自制教具激趣，重視引入思政元素，善用在線教學平臺輔助整個教學流程等策略，優化大學物理教學，讓大學物理課堂不再滿堂充斥著理論灌輸和公式推導，以此提高學生對物理的興趣和能力。需要注意的是，在實際教學過程中，教師的教學風格、學生的學習情況，教學內容和教學條件等錯綜復雜，因此，教師要與時俱進，堅持“育人為本”的教育理念，牢牢把握教學改革方向，及時更新教學內容和教學理念，使教學手段多樣化，構建高效課堂。