深化大學物理基礎班建設

關鍵詞 新高考模式;大學物理;大中物理銜接

中國高考改革進行多模式并行試探，其中變化最大的就是物理學科了。第一批高考改革省份有浙江和上海2省市，也是較早改革的2省市。高考采用3+3模式，其中物理為第二個“3”中的自選項。上海市與浙江省在物理賦分上略有不同，上海市的政策是物理為考生自主選擇的考試科目，滿分為70分[1];浙江省的政策是物理成績采用等級賦分制，滿分100分[2]。據浙江考試院報告，浙江選考物理的高中生就20%左右。也就是說接近80%的考生只在高一學一點基礎物理概念，深入量化計算、推導討論基本沒有。其他省市，有3+X模式[3]：X 代表理綜（理科綜合考試）或文綜（文科綜合考試）。理綜總分是300分，其中，物理滿分110分，化學100分，生物占90分。還有3+1+2模式[4]：“3”為全國統一高考科目語文、數學、外語3門，每科滿分均為150分。“1”由考生在物理、歷史2門首選科目中選擇1門，滿分為100分。“2”由考生在思想政治、地理、化學、生物學4門再選科目中選擇2門，以等級分計入考生總成績，每科滿分均為100分。上海交通大學的本科新生來自于不同省市，其高考模式遍及所有以上模式，學生物理基礎參差不齊，這無疑加大了大學物理基礎課的教學難度。每年期末考試物理科目不及格的學生人數有不斷攀升的趨勢。為此，學校和物理與天文學院回應學生的呼聲，設立暑期大學物理基礎班。也就是說，上海交通大學的暑期大學物理基礎班是大中物理銜接不暢的補救措施，其目的就是解決大學新生物理基礎薄弱、無法跟班完成大學物理基礎課學業的問題，以便這類學生在接下來的學期開學初完成重修免修考試，輕裝迎接新學期、新課程的挑戰。

從2022年暑假開始，我接手建設暑期大學物理基礎班。為了完成學校和物理與天文學院布置的任務，也為了幫助這批物理基礎薄弱的學生，我與院系相關負責人一起商討辦好大學物理基礎班的方法和策略，并一致認為要從調查入手。下面，我從入學調查、學中檢查、學后輔導、學期考試幾個環節來展開我們大學物理基礎班教學情況匯報。

1 大學物理基礎班教學設計

1.1 大學物理基礎班學生物理基礎和主觀學習愿望調查

我們從入班級調查開始我們大學基礎班的教學規劃和教學設計。2022年，該班學生數為30人，今年（2023年）增加到159人。我們從學生的物理基礎、學習難點和考試不及格的可能原因等9各方面進行下了入學調查，部分調查結果和對應分析如下：

從表1中的第六題中我們發現，超過50%的學生希望多練習考試類型的物理習題，共達70%多的學生希望教師多講解物理習題，多給學生練習物理習題。愿意聽講物理概念、原理的學生不足30%，說明我們經歷高考的學生對物理學習的認識不足，習題儼然成了物理學習的代名詞，這種現狀深刻地影響著我們學生學習物理的積極性和效果。因此，大學物理教學任重而道遠：一方面要照顧到學生的這種完成考試目標、獲得較好成績的需求，一方面又要提升學生對物理學的認知，為增長學生的智慧服務。

表1中的第七題統計結果表明，高達57%的學生把自己物理不及格的原因歸因于自己上課容易走神，自學有難度，近30%的學生歸因于自己物理基礎較薄弱，跟不上教師上課的節奏。所以大學物理基礎班上課時要特別注意，可能每10分鐘就得轉移話題，重新激活學生的興趣。如果普通學生可以一次專注15分鐘的話，這批基礎薄弱的學生上課一次專注時間可能更短，上課走神是這批學生的難處，所以教師應該加強引導，將講解、演示實驗、練習、學生回答問題等有效地穿插于整個教學活動，切實提高學生的專注度和學習的效率。

從表1第八題統計結果發現，高達63%的學生希望對物理原理獲得更好的理解，約30%的學生希望通過大學物理基礎班學習重考及格。雖然第六題中表明多數學生希望教師多講習題，但通過第八題調查結果發現學生也不想變成考試的機器，是愿意弄清物理原理的。只是多年訓練習慣，他們不知道怎樣才能真正掌握物理原理，增長自己的智慧。所以我們的大學物理基礎班教學任重而道遠。

1.2 有意參加大學物理基礎班的學生上學期期末考試情況調查

從表1第八題的學情調查中，我們基本明確了有意參加大學物理基礎班的學生學情和需求。

根據這些需求我們制定大學物理基礎班的教學目標：第一，給重考的學生一次重新學習的機會，使他們在開學初的重考中獲得一個好的成績;第二，給部分學習能力稍弱、又有學習愿望的學生重新學一次的機會，以期獲得一個對物理原理更好的理解，為今后的專業課打下堅實的理學基礎。表1第七題調查結果表明，學生沒能跟上教學節奏、成績不合格的主要原因是上課容易走神、自學有難度。因此，要達成以上教學目標，我們在教學內容上需要做大膽改變：放棄“大而全”、選取“少而精”;在教學方法上放棄“快而歪”，采取“慢而穩”的教學方法，重演示、重練習，少講解和少推理。

選定一個知識點，就從演示、實驗、圖像和邏輯推理多方面講透一個知識點，讓學生獲得學習的樂趣和學會學習的方法，并且給樂意上臺演講的同學演講的機會，學生可以時時展示自己的見解和教其他同學學習。大學物理基礎班學習時間有且僅有一個月，在短短的一個月內，我們怎樣做到“少而精”或者說選擇哪些內容來講是需要解決的第二個問題。因此，我們對上一學期的期末考試考卷成績情況做了調查分析，如圖1所示。

圖1中橫坐標是試題標號，1是質點運動學考點，2是質點動力學考點、3是動量和沖量考點，4是狹義相對論考點，5是角動量和角動量守恒定律考點，6是振動與波考點，7是功與機械能考點，8是熱力學與統計物理考點。縱坐標是各題學生得分占比。圖1中的豎條淺色表示獲得0分的學生占比，豎條橫線是獲得小于一半分數的學生占比，豎條斜線是獲得超過一半分的學生占比，深色獲得滿分的學生占比。我們先看淺色條，考察角動量知識點的題目5的淺色條最長，也就是這個知識點的零分的學生多，占到了總學生數的40%，說明學生學習角動量的難度最大;其次是振動與波（題6），獲得零分的學生占比大于30%;再次是狹義相對論（題4），得零分的學生占比也超過了20%，其他知識點難度低，而質點運動學（題1）和動量相關知識點（題3）學生們掌握得較好，沒有得零分的學生。獲得滿分（深色）的占比高的是運動學、動量和功與機械能。這些得分占比高的知識點大多是中學物理中強調的知識點。以上對比分析說明三個問題①中學物理概念已經學得較透徹、大學僅在推算方法上有提高的知識點掌握較好，如質點運動學（題1）、運動定理（題3）和功與機械能（題5）;②對中學中沒有涉及的知識點，要求學生經過一次學習就完成理解、掌握并會應用，不少的學生有困難，這部分知識點主要有角動量與剛體力學、振動與波、狹義相對論和熱力學與統計師物理;③有些知識點得零分的學生達到40%，而交大的學生高考不考物理的學生低于10%，也就是說部分中學物理基礎好的學生在學習大學物理新知識時同樣存在一定的困難，需要教師提供幫助。上海交通大學為教學設立的筑力課程——大學物理基礎班不僅僅是基礎薄弱學生的需求，也是學習時接受能力較慢的部分學生的需求。

1.3 暑期大學物理基礎班教學設計

在上述學情和學習內容困難程度調研的基礎上，我們首先按上課時間（暑期4周，平均一周4學時，共16學時）有重點地設計大學物理基礎班教學內容，我們制定了以下選擇了以下教學內容，并分配相應的教學課時：①角動量定理與剛體力學相關知識點的演示、講解及練習和答疑設計在第一、二周講授;②狹義相對論相關知識點演示、講解與練習、答疑設計在第三周完成;③熱力學與統計物理的講解與練習及學期末考試題的分析與講解設計在第四周完成。其次，我們根據以上調查改進我們的教學方法。新的教學方法是，依據大學物理基礎班的學生物理基礎薄弱、專注學習時間短的特點，把每節課45分鐘分成5個小單元（第一單元到第四單元各10分鐘，最后單元5分鐘）來組織教學，充分利用好學生的好奇心和專注度。例如：在講解角動量定理與角動量守恒[5]知識點時，我們第一個單元10分鐘是相關演示實驗表演。我們首先將轉動起來的自行車輪軸放在入一個定點上，并分別從初始直立狀態和初始斜放狀態進行演示，邀請學生上臺動手做。培養學生從現象找疑點、找新物理量、新規律的思維能力。第二個單元10分鐘就第一個10分鐘現象出發引導學生一起定義新物理量，如角動量、力矩等，以及這些物理量之間的關系，即角動量定理和角動量守恒定律。讓學生完成從現象到本質的探索過程。第三個單元10分鐘講解一道或兩道該定律、定理的應用習題。第四個單元10分鐘布置一道與例題以及工業相關產品原理相關的習題讓學生練習。這是我們傳統教育擅長的項目，我們也不能丟掉，好的我們要保留。這也是知識進入學生頭腦，成為學生認知和智慧的關鍵環節之一。第五個單元5分鐘推薦或自薦一名學生講解練習。教育學中有個費曼教學法[6]，其核心思想是讓學生把學到的知識講給同學、老師或其他人聽。當一個學生能夠講清楚他所學的知識和技能時，他的理解是到位的，他應用該知識處理問題的能力是強大的，因此最后5分鐘同樣重要。當我們把每一個45分鐘這樣細分后，學生學習知識就不會感到枯燥無無味了。更重要的是，學生有了好奇心、專注度，上課容易走神的毛病就得到根本性地改變，學習成績自然就提高了。

1.4 大學物理基礎班教學效果

我們2022年6月15日到7月15日開設了第一期暑期大學物理基礎班教學。我們把參加大學物理基礎班學習的學生補考成績和部分沒有參加該班級的學生補考成績比較如下。

費曼學習法①：第一步，理解概念;第二步，討論和實踐;第三步，把自己學到的知識教授給你周圍的朋友;第四步，回顧和簡化，當你還講不明白這個知識時，回頭再看相關書籍、資料，并且盡你所能簡化它，用簡潔明了的比喻把它講述出來。

圖2說明經過暑假大學物理基礎班的學習，部分原來不及格的學生取得了優良的成績，三名學生補考成績均超過了80分;從表2發現，由于寒假沒有大學物理基礎班，學生補考及格率相當低，我的教學班7名學生參加補考，只有1名學生過關，通過率小于15%。其他教師的教學班補考情況有待進一步調查。由于今年有意向參加暑期大學物理基礎班的學生從去年的30人增加到159人，2023年9月開學后的補考會提供更多的數據來說明該班的重要性。班級學生人數的增加本身就說明該種形式的大中物理銜接課程是有效的、受學生歡迎的。

2 結語

大學物理基礎班在對學生的學習主觀愿望和客觀結果調查的基礎上合理設計教學內容和教學方法，取得了較好的學習效果。學生學習信心明顯增強，學習能力明顯提高。參加該班級的學生在接下來開學初的補考、重考中獲得了較好的成績，成功擺脫了物理課程學習不合格的困擾。另外，更為重要的是讓學生養成了好的學習習慣和正確的學習方法。這些好的習慣和方法將伴隨他們以后的學習和工作中，為學生的人生發展助力。我們的工作不足點在于該班開班學期較少，調查樣本還太少，可能會有較大偏差。隨著這個班的學生人數的增加，我們將取得更多的數據，發現更好的方法，為基礎薄弱的學生提供更好的服務。