基于“跨情境融合”的大學物理立體化教學體系構建

一、傳統大學物理教學中存在的問題

（一）學生對基礎理論理解不足

筆者觀察到，在傳統大學物理教學中，學生普遍對基礎理論理解不深刻。大學物理課程中涉及的電磁學波動方程、量子力學波函數等抽象概念，往往需要較強的數學推導能力和物理直覺作為支撐。但筆者注意到，部分學生因數學基礎薄弱或缺乏對物理模型的具象化認知，容易陷入機械記憶公式而忽略物理本質的誤區。例如，在電磁波傳播理論講解中，學生雖能復述波動方程形式，卻難以建立方程參數與物理現象的動態關聯。這種重形式、輕內涵的教學模式，導致學生對知識理解浮于表面，影響后續專業領域的遷移應用。

（二）學生創新能力發展受限

筆者發現，傳統教學模式對學生創新能力培養存在明顯制約。以力學教學為例，教師多強調牛頓定律的數學表達與題型套用，學生也習慣通過背誦公式應對標準化考核。這種方式雖能提升學生的解題熟練度，但會弱化學生對定律適用條件和物理本質的深入思考。當面對實際工程問題時，學生常因缺乏對物理原理的融會貫通而難以提出創新的解決方案。更值得關注的是，傳統課堂較少設置開放性探究環節，這種單向知識傳遞模式客觀上抑制了學生批判性思維和創造性解決問題能力的形成。

（三）物理知識與專業應用脫節

筆者在調研中發現，傳統教學模式存在理論教學與專業實踐銜接不暢的弊端。以熱力學第二定律的教學為例，學生雖能掌握熵變的計算方法，但當涉及能源系統優化等工程實際問題時，往往無法有效建立理論模型與實際場景的對應關系。筆者注意到，教材案例多集中于理想化模型推導，缺乏針對不同專業需求的差異化教學設計。這種通用型培養模式導致機械類專業學生難以將熱力學理論應用于熱機設計，而材料類專業學生也無法將固體物理知識與材料研發有效結合，導致出現知識應用斷層。

二、基于“跨情境融合”的大學物理立體化教學體系構建的優勢

（一）提升學生的自主學習能力

基于“跨情境融合”的大學物理立體化教學體系通過構建多層次的教學情境，顯著提升了學生的自主學習能力。在傳統教學模式中，學生往往被動地接受知識，缺乏主動探索和思考的機會。“跨情境融合”教學體系通過課前、課內、課后三個階段的情境設計，鼓勵學生在不同情境中主動參與學習過程。

課前，教師通過云平臺推送預習內容和探究課題，學生通過自學自測，初步掌握基本概念和原理，形成對物理知識的初步認知。課中，教師依據課程的進度安排學生進行專題報告、集體討論和即時互動。課后，學生通過完成作業和研究報告，參與創新拓展項目和科普活動，以此深化并拓展知識領域。例如，在講授電磁學時，教師可利用“導體靜電荷按曲率分布”實驗引導學生觀察電荷在不同形狀導體上的分布情況，并鼓勵學生提出疑問，探索解決方法。這樣不僅能夠激發學生的學習熱情，還能提高其批判性思維和問題解決能力。

（二）促進知識與專業應用的結合

基于“跨情境融合”的大學物理立體化教學體系通過重構教學內容，將物理知識與專業應用緊密結合，解決了傳統教學中物理知識與專業應用脫節的問題。教學內容體系的重構以聯系相關產業和科技前沿為兩翼，旨在開發出能夠體現大學物理在實際生活、工程技術、科學研究中應用的案例。課程結構分為五大板塊：力學、光學、熱學、電磁學、近代物理，每部分內容進一步細分為基礎理論介紹、知識的實際運用、擴展學習三個環節。

例如，在力學教學中，教師結合機械工程專業的需求，設計“機械振動與波動”的探究課題。學生通過實驗和數據分析，掌握振動和波動的基本原理，并將其應用于機械系統的設計和優化。這種教學模式不僅增強了學生對物理知識的理解，還提高了他們將物理知識應用于專業領域的能力，實現了物理學習與專業學習的有機結合。

（三）強化能力培養與思政目標的實現

大學物理“跨情境融合”的立體化教學模式通過優化教學目標，增強了學生能力培養與思政教育的效果。與側重于知識傳授的傳統教學方式不同，該體系在原有知識框架的基礎上，融入了物理學在生活中的實際應用實例，以及前沿科學研究的案例分析。這種教學方法不僅引導學生形成科學的世界觀，還特別強調對中國科技成就的學習，激發學生的自信心。

例如，在近代物理教學中，教師通過“量子力學與信息技術”的案例，引導學生探討量子力學在信息技術中的應用，并結合中國在量子通信領域取得的成就，激發學生的民族自豪感。這種教學模式不僅培養了學生的科學思維和創新能力，還發揮了課程思政功能，促進了學生的全面發展。

三、基于“跨情境融合”的大學物理立體化教學體系構建

（一）重構教學內容體系：三階遞進與產學研結合

在基于“跨情境融合”的大學物理立體化教學體系中，教學內容的重構是重要環節。傳統教學內容以知識傳授為主，缺乏與專業應用和前沿科技的結合，導致學生難以將物理知識與實際工程問題聯系起來。因此，教學內容體系的重構應以三階遞進為框架，結合產學研需求，將抽象的物理問題形象化、生活化。

具體而言，教學內容應分為物理基礎、知識應用和知識拓展三個模塊。物理基礎模塊側重于核心概念和理論的教學，確保學生掌握物理學的基本框架；知識應用模塊則通過引入工程技術和生產生活中的案例，幫助學生將理論應用于解決實際問題；知識拓展模塊則聚焦于物理學的前沿進展和科學研究，旨在激發學生的創新思維和提升科研能力。

例如，在電磁學教學中，物理基礎模塊可涵蓋電場、磁場的基本概念和定律；知識應用模塊則引入“高壓帶電作業”和“靜電屏蔽”等實際工程案例，幫助學生理解電場在工程中的應用；知識拓展模塊則可通過介紹量子電動力學的前沿進展，引導學生探索電磁學的未來發展方向。

（二）創建跨情境教學模式：三課一體與能力培養

跨情境教學模式作為立體化教學體系的關鍵實施路徑，通過“基礎認知一知識建構一拓展創新”的三階段進階設計，構建了貫通式能力培養框架。安徽三聯學院物理教研室以量子物理學為示范載體，通過“走進量子世界”學術沙龍這一特色實踐平臺，將理論教學與科研訓練有機融合，探索出具有學科特色的跨情境育人新模式。在基礎認知培育階段，教研室通過設計“量子力學發展脈絡”“波粒二象性理論沿革”等主題文獻研讀項目，構建自主探究式學習情境。學生在系統性文獻梳理中完成量子理論基礎框架的自主建構，為后續深度學習儲備必要的概念體系。知識深化建構階段則采用翻轉課堂與研討式教學相結合的模式，教師通過設置“量子傳感技術原理”“量子加密通信應用”等典型案例，引導學習共同體開展協作探究。在分組匯報、觀點辯論等多元互動中，學生逐步實現從經典物理思維向量子力學范式的認知轉型。在創新實踐拓展層面，教研室著力打造的“走進量子世界”學術沙龍成為知識遷移的核心場域。馬書炳博士的“量子科技前沿演進”專題報告，通過解析量子糾纏理論發展、量子隧穿工程應用等前沿議題，構建起連接課堂知識與科研實踐的知識橋梁。在教研室主任王平主持的產學研對話環節中，師生針對“量子計算機硬件研發瓶頸”“量子密鑰分發產業化”等現實命題展開思辨研討。這種沉浸式科研情境的營造，有效培養了學生運用跨學科知識解決復雜工程問題的實踐能力。該教學模式通過三重認知場域的梯度化設計，形成了完整的教學閉環：基礎認知階段實現知識要素的輸人與內化，知識建構階段完成思維能力的深化與重構，創新拓展階段達成科研素養的外顯與轉化。

（三）構建多維評價體系：知識、能力與思政相結合

傳統大學物理教育的評價方式側重于知識掌握情況的測試，這種方式難以全面反映學生綜合能力的進步。因此，構建一個更為全面的教學評估體系顯得尤為重要。“跨情境融合”教學體系建議采用“三維三結合”的方法論，即從知識、技能及思想品德三個層面來全面衡量學生的學習效果。

例如，筆者在力學課程教學中，以“三維三結合”評價體系為指導，設計了為期八周的教學單元。在知識維度，針對“牛頓運動定律”模塊，筆者采用“三步遞進式”教學法：首先，通過生活案例導入（如汽車急剎車時安全帶的作用），組織學生進行受力分析；其次，在實驗室開展斜面滑塊實驗，要求實時記錄加速度與作用力的關系；最后，布置橋梁承重設計的課后作業，結合慕課平臺的章節測試，形成過程性評價數據。筆者在期末考試中特別設置開放式應用題，如“運用牛頓定律分析嫦娥五號地月轉移軌道設計原理”，檢驗學生的知識遷移能力。在能力培養方面，筆者圍繞“機械能守恒定律”主題開展項目式學習，將32名學生分為6組，要求完成“校園節能設施優化方案”：第一階段開展文獻調研，建立動能-勢能轉化數學模型；第二階段實地測量教學樓電梯運行能耗，利用Tracker軟件（一款視頻分析和建模軟件）分析運動數據；第三階段設計改進方案。最終通過15分鐘答辯展示和8000字研究報告進行綜合評價，重點考查學生的數據處理、工程思維和團隊協作能力。思政教育應貫穿教學全過程，在“物理學發展史”模塊中，筆者設計了三個特色環節：首先，在課堂引入牛頓《自然哲學的數學原理》寫作背景，組織學生討論“科學探索與國家發展的關系”；其次，開展“經典力學與東方智慧”主題辯論，引導學生對比《墨經》中的力學思想；最后，要求學生結合“兩彈一星”工程案例，撰寫2000字反思報告《物理人的時代使命》。出勤管理采用“課堂貢獻值”制度，將提問質量、小組互助等納入考核。期末統計顯示，學生主動發言率較傳統模式提升了40% 。這種多維評價體系使教學目標具象化，實現了知識應用、實踐創新與價值引領的有機統一。

參考文獻：

[1]李愛君，許佳婷，孫紅輝.基于情境教學法的大學物理教學與實踐[J].大學物理，2024（6）.

[2]周憂，陳仕濤，汪濤.學科融合背景下的地理主題式情境教學設計：以“走向生態文明”為例[J].中學地理教學參考，2023（28）.

[3]曹嘉怡.設計思維與科學探究深度融合的初中物理實驗教學研究[D].呼和浩特：內蒙古師范大學，2024.

[4]余耿華，謝桂英，潘蘇東，等.指向高階思維的“玩中思·研中學”物理教學探索[J].中學物理教學參考，2024（1）.

基金項目：安徽三聯學院校級重點教研項目\"大學物理課程教學中課程思政的探索與研究”，項目編號：23zlgc108。

（作者單位：安徽三聯學院）