新高考背景下以學生為中心的《大學物理》教學研究

楊雪玲 蘇 凱

1.齊魯醫(yī)藥學院，山東 淄博 255000；2.博山區(qū)第二職業(yè)中等專業(yè)學校，山東 淄博 255000

在新高考形勢下，部分理工類專業(yè)近一半學生高中沒有選學物理，大學物理學習存在很大難度，在此現(xiàn)狀下，基于ETA 理論及建構主義理論，研究基于學生自身基礎的教學實施方法，通過教學內容的整合及教學方法的研究，以學生為中心，激發(fā)學生主動學習動力，既要傳授學生知識，更要注重學習能力及科學素養(yǎng)的培養(yǎng)及提高。本教學模式對其他學科教學也有一定的參考意義。

一、教學方法探討的依據(jù)

（一）ETA 物理認知模型［1］

ETA 物理認知模型是北京大學物理學院副教授穆良柱提出的物理學習的認知模型。包括實驗物理（Experimenal Physics）、理論認知（Theoretical Physics）和應用物理（Applying Physics）三個認知階段，認知物理是觀察物理現(xiàn)象、找出研究問題，確定研究方法，通過實驗方法觀察測量并總結實驗規(guī)律；而理論認知過程更趨近于拓展和外延，從特殊到一般，尋求規(guī)律的內因和本質，最后一個階段則是應用物理認知，是利用理論進行應用和創(chuàng)新，從某一角度說，應試教育是應用物理認知階段。我國近年來以科技興國，強調了應用物理，同時也看重認知教育和創(chuàng)新教育。現(xiàn)階段，就如何重視創(chuàng)新教育，如何開展和實現(xiàn)是亟待研究的問題。

ETA 模型也適合零基礎或薄弱基礎教學，在新高考模式下有大部分學生并未選修物理。此部分學生適合用該理論教學法。

（二）建構主義理論［2］

建構主義理論認為，學習知識的過程是學習者在原有的知識框架的基礎上主動對信息加工、吸收、同化、構建，形成新的知識體系，“情景教學”“協(xié)作”“意義構建”是學習的重要方式。該理論強調了學生自身的知識基礎及心理特點，這是影響教學效果的主要因素。

ETA 教學法更注重的是內容及方法從表象到內涵，而建構主義理論核心是基于學生自身內因的因素。二者的共同點是充分考慮學生自身的認知及情感因素，是教學的主要“內因”。

二、基于ETA 實驗認知理論，利用實驗課進行探索及討論，并與理論知識結合

（一）在實驗課中應用ETA 理論

依據(jù)ETA理論，學習的第一步為觀察及實驗，可以充分利用實驗儀器生動形象展示抽象理論，讓學生主動探索、在一定的實驗情景下基于自己已有的知識框架思考、歸納，構建新的知識框架。下面以振動及波動內容為例說明。

學生利用示波器，分別演示水平掃描和豎直信號，最后二者信號都加上。通過演示講解抽象的示波器原理，引導學生去探索振動及合成規(guī)律。對于抽象的知識如相位，可以通過圖示觀察、比較學習；振動的疊加分類講解，并用示波器實時觀察疊加波形，引導學生思考，并領會物理量的本質含義，剖析理論知識，使抽象與形象結合，使學生更好地理解理論知識。這種方法提高了學生興趣，并培養(yǎng)了學生科學嚴謹?shù)膽B(tài)度。

（二）在實驗課教學中運用建構主義理論，實行以學生為中心的討論式教學方法

在實驗教學中人數(shù)較少，適合開展分組討論式教學。

1.教師講解基本理論，提出實驗任務，然后學生分組討論。

2.討論后以小組為單位發(fā)言闡述本組方案。學生提出設想或疑問，教師鼓勵學生發(fā)散思維的運用。

3.學生可以選出最科學最合理的方案，教師在學生方案基礎上加以修正改善。

4.學生獨自完成實驗，教師引導或予以答疑幫助。

5.教師注意學生動手環(huán)節(jié)，實時指點和答疑。

以上過程經過多年實踐和檢驗，使學生的學和教師的教完美結合，充分發(fā)揮學生的主動性，學生通過實驗收獲的不僅僅是知識，更多的是解決問題的能力、團結協(xié)作的能力、語言表達的能力和自信心的提高。

三、實行“剝洋蔥式教學”和“系統(tǒng)教學法”，使高中物理與大學物理緊密銜接［3］

在新高考背景下，通過調查發(fā)現(xiàn)，在某些專業(yè)中部分學生物理是零基礎。在這樣的現(xiàn)狀下，如何實施和保障教學效果成為一個難題。

根據(jù)建構主義理論，新知識是在舊知識的基礎上構建加工的過程，教師適當補充基礎，把知識整合至系統(tǒng)化、模塊化，使教學內容成為一個整體，教師的講解猶如剝洋蔥層層展開，從簡單到復雜，從定性到定量運算，變教材內容為教學內容，簡講復雜推導或換算，以下是具體措施及實施。

（一）鼓勵學生補充基礎

鼓勵學生自學高中物理知識或較容易的內容，教師把每次課堂教學需要自學的知識用列表的形式總結出來，在學習通或其他平臺有相應的學習資料或視頻，鼓勵學生預習，并把預習中的難點及疑點記錄下來，反饋給老師，在教學中建立良好的師生交流通道，實時反饋，調整教學。使教學過程成為一個良好的循環(huán)系統(tǒng)。

教師也可在課堂中適當補充基礎知識，做好銜接和補充。如光的干涉中補充光的折射定律、折射率、光速等基本知識，再引入光學核心知識，結合醫(yī)學應用作為拓展，使知識系統(tǒng)化、條理化，前后聯(lián)系呼應成為一個整體，易于學生接受掌握，并且教師設計好主線，使系統(tǒng)化知識在主線下脈絡分明，重點突出。通過多年的教學實踐，該方法在課堂教學中效果很好。

（二）整合教學內容，分層教學

《大學物理》教學內容整體抽象，數(shù)學運算推導眾多。實行分層次的“剝洋蔥式教學”使學生更容易認知和接受。以振動和波動為例：

首先講解振動的定義，演示動畫，直接根據(jù)動畫講解振動的三要素及振動方程（沒有數(shù)學推導），讓學生對振動的情景有直觀的認識。這是第一層。

第二層提出問題：振動的受力及動力學方程，針對問題求解，結合數(shù)學知識自然得到動力學規(guī)律及方程，并深層次理解了振動要素的本質含義。

第三層，結合前面講解的運動學知識求解振動的速度、加速度及合成分解、復雜振動等。

以上是從簡單到復雜，層層深入、引導思考、系統(tǒng)教學的一個簡單舉例。當然也適合其他學科的教學。

（三）教學內容的適當整合，變教材內容為教學內容

大多數(shù)教材內容及順序大同小異，教師可以適當改變順序，使教學內容更條理化、系統(tǒng)化、內涵化。如仍然以振動和波動教學為例，可分為四個系統(tǒng)：

一是上面講解的振動為一個小系統(tǒng)。

二是波的產生、波的物理量及關系作為一個小系統(tǒng)。

三是把波動方程、波的干涉、駐波、波的衍射作為一個小系統(tǒng)。

四是把振動的能量、波的能量、波的強度、波的衰減、聲波及超聲波作為一個系統(tǒng)。

以上每一個系統(tǒng)都是條理性及遞進性較強，環(huán)環(huán)相連，學生利于理解及整合。通過多年的教學實踐及課堂觀察，效果良好，學生比較喜歡。教師講解也水到渠成。

在整體教學中教學順序也可適當調整，如運動學、動力學、剛體力學、流體運動學作為一個系統(tǒng)，而電場、磁場、電磁感應作為一個整體。把振動及波、波動光學作為一個整體。使學生對大學物理有一個由易到難的、系統(tǒng)化掌握的過程，這樣知識之間更容易實現(xiàn)融會貫通。

（四）適當刪減，重點突出

《大學物理》不同專業(yè)的特點及側重點有所不同，實際教學中需要把物理學教學的重點與專業(yè)結合，適當調節(jié)教學內容，如化學類專業(yè)的后續(xù)課程《物理化學》中用到大量熱學知識，但本教材中熱學內容很少，適當補充了熱力學定律的知識及應用。重點講解熱學中三大定律、光學、激光及X 射線、原子物理學等內容，既體現(xiàn)了物理學的奧妙，又為后續(xù)課程打下了基礎，提高了學生學習的積極性。

在教材中繁瑣復雜的數(shù)學推導可以簡講，而對于基本概念、理論、應用則重點要求。

（五）關注科學前沿，在教學中聯(lián)系實際，提高學習興趣［4］

ETA 理論的應用認知階段，是大學物理與現(xiàn)代科技的密切結合在運動學中穿插導彈的運動軌跡及射程，在電磁學中穿插磁約束、人工智能、信號處理、超導技術等前沿知識，在波動光學中穿插X 衍射技術、納米技術等等，并把前沿科技與專業(yè)聯(lián)系起來，提高學生興趣及查閱資料能力。鼓勵學生進行參加實驗創(chuàng)新及科技創(chuàng)新大賽。在實驗教學總結中積極鼓勵學生對實驗方案及測量方法進行創(chuàng)新。也可以鼓勵學生查閱相關資料，以小文章的形式總結前沿科技，提高學生查閱文獻能力。

以科技前沿作為課堂教學的引入，可以提出問題或埋下伏筆，激發(fā)學生內在求知欲，例如在光學中以激光應用引入，以地球的范艾倫輻射帶引入磁場教學，在電學中以電子顯微鏡引入，在原子核物理中以原子彈及氫彈引入等等。［5］

四、利用線上教學資源實行混合式教學［6］

充分利用線上資源，實現(xiàn)學習時間和空間上的延伸，促進了知識的加深和擴展。利用超星等平臺鼓勵學生線上學習、復習、提出問題，結合線下教學解決難點、重點，并適時測試進行反饋，鼓勵學生自學與課堂教學結合。彌補學生欠缺的知識，使學生有目標、有計劃地學習，具有長久的內在驅動力。

五、學生調查及教學滿意度統(tǒng)計結果

（一）在教學中，分別對對比班及實驗班（二者為平行班級）的滿意度及隨堂測試結果如圖1及圖2 對比。

圖1 對比班與實驗班滿意度對比

圖2 對比班與實驗班平時測試成績對比

（二）對不同年級的學生進行物理選擇及滿意度縱向比較。選修物理的學生逐年下降，但對本學科的滿意度提升，平均分也提高。如表1 所示。

表1 不同年級期末滿意度及成績對比

六、結論及不足

通過具體的教學內容及教學方法改革，改革前及改革后學生的調查問卷比較及總結，得到如下結論：

1.改革后學生對課堂興趣、滿意度、平均分在實施改革后都提高了。

2.通過調查問卷及課堂反映，改革后對教學內容的滿意度提高，教學內容整合符合學生認知特點，效果良好，在調查中學生對教學內容強調了“簡潔，重點突出，例題輔助”的愿望。

3.教學方法改革受到學生認可。調查問卷中學生肯定了討論式教學、探究式教學的方法，具體過程需要規(guī)范化且靈活調節(jié)，以后會繼續(xù)探討完善。

4.學生學習物理的主要困難有兩個：一是基礎的參差不齊，二是主動學習能力不足，不會解決應用性題目，加強引導，鞏固內化，提高學生的自主學習能力，是教學中的關鍵。學生有自主學習的期望及興趣，只要教師引導得當，可以順利實施。

5.教師的專業(yè)能力及綜合能力備受學生期待，重視物理學與專業(yè)內容的結合，提高教師專業(yè)水平及教學水平是關鍵。

不足之處：

1.教學資源及平臺不夠完善。

2.成課后的鞏固及反饋欠缺。

3.教師需通過學習及進修等途徑提高物理學專業(yè)知識的融合，提高專業(yè)技能及教學技能。

本教學成果可以用于其他課程教學，教學內容的整合方法、ETA 教學理論的應用、討論及探究法的應用等。