大學物理課堂教學中“3W”原則的應用

陳 偉

(暨南大學理工學院物理系 廣東 廣州 510632)

我國正處于產業升級、經濟轉型時期；要成功實現這一目標，就必須有大量的創新型的各級各類人才.從中央到地方再到各高校甚至每位教師和學生，大家都清醒地意識到創新已成為一種趨勢[1].沒有創新，就沒有一個國家真正的強大，也沒有一個民族的持久興旺.每年國家舉行的“挑戰杯”、“創新設計大賽”、廣東省舉辦的“大學生物理實驗競賽”等已不斷為大學生提供創新的機會.我系在最近幾年專為本科生搭建了一個創新平臺——思源實驗室，為培養創新型人才提供了一個良好的環境.作為培養人才的一個重要環節，課堂教學在培養創新型人才的過程中也應該扮演重要的角色，因為學生的大部分學習時間是在課堂上度過的.現代的課堂教學不僅要傳道、授業、解惑，還要培養學生的創新能力，大學物理課堂教學也不例外.

要培養學生的創新能力，首先要培養他們的創新意識，不僅要提高學生思維的活躍性，而且要讓他們有創新的沖動；其次要培養學生的創新思維，訓練學生思維的敏感性，使得他們能夠在看似平常的現象中捕捉到不平常的問題；最后訓練他們的創新技能，培養他們運用已有的知識解決問題的能力[2].

大學物理是一門傳統的基礎課程，學生接觸到的往往只是抽象的概念、原理及枯燥的符號、數字和公式，很容易失去興趣.因此，要利用大學物理課堂培養學生的創新能力，授課教師首先應具備以下一些條件：第一，要有充足的知識儲備；第二，要有責任心，能認真做好教學的每一個環節；第三，能視學生為朋友，在課堂上形成民主氣氛；第四，要有駕馭課堂教學的能力，使課堂氣氛活躍但不混亂.有了這些條件之后，我們才能按“3W”(what，why，how)原則培養學生的創新能力.“what”的內涵是我們在課堂上給學生展示的是什么：什么樣的人格品性，什么樣的教學方法及什么樣的教學內容；“why”表示解釋表象背后的原理，給學生展示物理學獨特的思維方法；“how”則是培養學生運用所學知識解決相關問題的能力.

現以講授“質點和質點系的動量定理”及“動量守恒定律”為例闡述如何按“3W”原則培養學生的創新能力.

創新的源頭是興趣.從課堂教學相互影響的各要素來看，“what”的目的就是提高學生對大學物理的興趣，從而激活學生的創新意識.第一，憑教師的個人魅力感染學生，讓學生喜歡教師，從而喜歡大學物理.第二，多種教學方法結合使用，盡量發揮各種教學方法的優勢.當從牛頓第二定律出發推出質點和質點系的動量定理時，可以用黑板板書.因其推導思路很明確，也可以用PPT的方式講授，但速度要慢，每一步要闡述清楚.講例題時，一定要用板書，這樣學生才跟得上教師的思路，才有時間思考.在闡述動量定理和動量守恒定律的物理內涵時，我們會用多媒體、日常生活中的范例或者演示實驗等，這樣更生動形象，學生也很感興趣.第三，發揮大學物理的優勢.大學物理的定理、概念看起來很抽象，其實很多可以直接用來解釋現實世界中的現象，要盡量將大學物理的內容與實際生活及科技發展前沿結合起來.為了讓學生對動量定理有進一步的認識，可以用日常生活中的一些事例：體育方面，跳遠比賽要有沙坑，跳高比賽要有海綿墊；運輸易碎的物體時，物體與物體之間要塞一些軟的東西；釘釘子時，用錘子迅速敲擊釘子而不是讓錘子慢慢靠近釘子等等.而為了讓學生對動量定理和動量守恒定律有更深的認識，發射火箭，航天器的太空剎車等則是最好的例證.去年，我們到香港中文大學物理系實地觀摩了該校教師的大學物理課程教學，聽他們上“力的種類”一節.講到摩擦力時，教師就詳細地分析了小汽車啟動和制動時，前后輪胎和地面之間的摩擦力情況.在附錄中，筆者比較了香港中文大學和我們內地所講的大學物理的差別，以供大家參考.

“why”的目的是訓練學生思維敏感性，培養學生的創新性思維.緊接前面的案例，我們要給學生講清楚為什么要學動量定理，它與牛頓第二定律的區別是什么；質點系的內力與外力對質點系動量有什么不一樣的影響；動量定理和動量守恒成立的條件是什么.在講解的過程中，我們應首先交給他們思考的方法和批判的精神.鼓勵學生大膽說“why”，敢于懷疑，善于利用發散性思維和逆向思維思考問題.為了實現這一目標，教師和學生要互動.互動是課堂教學的靈魂，也是培養創新能力的一個關鍵手段.只有互動，學生才能舉一反三，加深對知識及各種方法的理解；只有互動，教師才能知道學生掌握的程度；只有互動，智慧的火花才能時時迸發，達到培養創新性思維的最佳效果.互動的方式多種多樣.教師從學生的眼神和表情中讀出他們是否理解所講內容的信息，這是常有的一種互動方式.我們也可以通過提問的方式實現教師和學生之間的互動，這樣能促進學生思考.最后，通過討論甚至對某一問題的爭論實現互動，這種互動是兩種不同思維方法的角力，也可能是兩門學科的融合，最容易擦出智慧的火花，因而也是課堂教學中最能培養學生的創新能力.另外，為了讓學生有較充分的思考余地，授課內容不宜太難，要讓學生跳一跳摸得著.如果太難了，課堂教學就只能停留于“what”，而無法實現“why”的目標，更不用說“how”了.

“how”的目標是培養學生的創新技能，即將所學知識用于解決實際問題的技能.為了達到這一目標，我們用了文獻[3]一道思考題：假使你處在摩擦可略去不計的覆蓋著冰的湖面上，周圍又無其他可以利用的東西，你怎樣依靠自身的努力返回湖邊呢？從回答的情況來看，答案多種多樣，我們再逐一分析哪些方法可行，哪些方法最有效.

當然，培養學生的創新能力絕不是一蹴而就的，需要長期的積累.在課堂教學中，如果學生發現問題而又解決不了時，我們要幫助他們分析、解決問題以使他們獲得成就感，為下一次發現新的問題提供動力.這樣周而復始，形成良性循環，從而使學生最終獲得穩定的創新能力.

附錄：香港中文大學與我們講授大學物理的區別

(1)教材.香港中文大學沒有固定教材，由教師根據教學目標設定授課內容，并指定相關參考書目；我們有固定教材.

(2)學時.香港中文大學分大學物理I和II， 每周各3個學時；我們4或5個學時.

(3)大學物理涵蓋內容.香港中文大學大學物理I講力學，最后講光子、電子和原子，其他內容學生自己另外再選；我們包括力、熱、電、光、相對論及量子物理.

(4)授課內容特點.香港中文大學淺而泛，和實際結合較緊；我們深而精，更注重公式的推導和原理的闡述.

參考文獻

1 張晚云，陸彥文，曾交龍.淺談大學物理教學中創新思維與能力的培養.高等教育研究學報，2011，34(1)：70

2 楊曉靜，尹忠東，艾欣.本科生創新能力培養的若干思考.中國電力教育， 2010(s2)：148

3 馬文蔚.物理學(第四版上冊).北京：高等教育出版社，1999.100