提高應(yīng)用型本科“大學物理”教學有效性探討

史友進

(鹽城工學院　數(shù)理學院，江蘇　鹽城　224051)

提高應(yīng)用型本科“大學物理”教學有效性探討

史友進

(鹽城工學院數(shù)理學院，江蘇鹽城224051)

摘要：應(yīng)用型本科院?！按髮W物理”教學面臨的局面非常嚴峻：教學內(nèi)容載荷超限、表達方式晦澀難懂、知識背景交待不清、例題缺少分析討論、課程安排上缺少考慮學生差別，造成學生普遍感覺“大學物理”難學。研究認為編寫注重追求邏輯嚴密、著力避免空洞表述、數(shù)學運用嚴謹規(guī)范、內(nèi)容組織由易到難、教學要求增強彈性的合適教材，并在教學上開展形式多樣的教學活動，是解決“大學物理”教學效果不佳的有效嘗試。

關(guān)鍵詞：大學物理；教師；教材；教學；探究

大學課程是教師和學生共同參與的以培養(yǎng)計劃、教學大綱、教材等為依據(jù)進行的教學活動的總和。隨著高等教育改革的深入，地方普通工科院校向“應(yīng)用型”轉(zhuǎn)變是發(fā)展的方向之一?！按髮W物理”是高等學校理工科各專業(yè)學生一門重要的通識性必修基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)學生的科學思維、創(chuàng)新精神、應(yīng)用意識、創(chuàng)造能力，提高應(yīng)用型高級工程技術(shù)人才素質(zhì)等方面起著不可替代的作用。目前，地方高校普遍存在學生感覺“大學物理”難學、教師認為“大學物理”難教的現(xiàn)象。任課教師有責任為改變這種狀況進行探索、研究。因此，認真思考教學難在何處、教材如何編寫、教學如何組織這幾個問題對大學物理教學改革具有重要的實用價值和指導(dǎo)意義。

一、教學難在何處

1.教學內(nèi)容載荷超限

教育部物理基礎(chǔ)課程教學指導(dǎo)分委會編制的《理工科類大學物理課程教學基本要求》(2010年版)[1]建議大學物理課程學時數(shù)不少于126學時。我校大學物理課程目前有4種學時：96學時、80學時、64學時和48學時。96學時、80學時講授除相對論外的全部A類內(nèi)容，64學時講授除相對論、電磁學外的全部A類內(nèi)容，48學時講授力學和電磁學兩部分的A類內(nèi)容。按照布魯姆教育目標分類，應(yīng)用類知識點要求學生能求解一定難度的分析計算題。64學時列出的應(yīng)用類知識點48個，平均每個應(yīng)用類知識點分配1.3學時。其他學時的課程也類似。總體上看，教學內(nèi)容多，學生消化掌握有難度。

2.表達方式晦澀難懂

在運動學中，坐標系的概念本是一個易于理解和應(yīng)用的數(shù)學概念，是求解物理問題時選擇的表達工具。但是，有人表達成“坐標系是參照系的抽象”或者“坐標系是數(shù)學化、定量化的參照系”，這些表達晦澀難懂，沒有實際意義。

一個新的物理概念的引入，不是源于生活工程實踐或者理論體系，而是憑空而出，難以接受。如力學中的力矩概念。事實上，力矩概念與力的概念作對比有相似性：力是改變物體運動狀態(tài)的原因，力對轉(zhuǎn)軸的矩是改變定軸轉(zhuǎn)動剛體運動狀態(tài)的原因。按照這個定義，啟發(fā)觀察思考使定軸轉(zhuǎn)動剛體運動狀態(tài)發(fā)生變化與哪些因素有關(guān)，從而引入力對轉(zhuǎn)軸的矩的計算公式。這樣才能啟迪思維、體驗樂學、培養(yǎng)興趣。

3.知識背景交待不清

“大學物理”教學中需要大量運用高等數(shù)學知識，但多數(shù)教材在運用時不作交待。例如，運動學中由初始條件和加速度表達式求速度表達式的問題求解，用的是高等數(shù)學中微分方程的分離變量積分法。一個問題能否直接分離變量是有條件的，即方程中只能有兩個變量。如果由加速度僅是速度的函數(shù)求速度作為坐標的函數(shù)，方程中就有三個變量時間、坐標和速度，需要將時間變量換成坐標變量。變換的方法是將速度作為坐標的函數(shù)，坐標又是時間的函數(shù)。因此，速度對時間求導(dǎo)數(shù)是復(fù)合函數(shù)的求導(dǎo)，表達式是根據(jù)復(fù)合函數(shù)求導(dǎo)規(guī)則得到的。像這類問題在教材中應(yīng)該闡述清楚。

4.例題缺少分析討論

設(shè)計的例題應(yīng)該較好地讓學生了解學到的概念、規(guī)律應(yīng)用的思路及涉及到的條件，給學生解決類似問題提供示范。例題分析的過程應(yīng)包括題意解讀、相關(guān)概念和規(guī)律回顧、運用條件分析和解題思路規(guī)劃等。在布羅姆的教育目標分類中[2]，例題分析對于促進學生在“理解”和“應(yīng)用”水平上的學習具有重要作用。例題的討論主要應(yīng)包括解讀題解結(jié)果，歸納解題方法，探討解法變化，提示應(yīng)用場合，評論學習價值等。在布魯姆的教育目標分類中，例題討論將學生的學習引向高層次目標，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和意識具有一定作用。目前的教材在例題的分析與討論上做得不到位，缺少分析討論的例題，嚴重降低了例題的教學示范作用。

5.缺少考慮學生差別

隨著高等教育的大眾化發(fā)展，普通高等學校的生源渠道越來越多，有普通高考招生的、有單獨考試招生的、有專轉(zhuǎn)本考試招生的、還有“3+4”招生的等。普通高考招生的又分普通和國際合作等類別。觀察研究表明，這些不同來源學生的學習基礎(chǔ)、學習風格、學習能力都存在比較明顯的差別。但是，學校制定的培養(yǎng)計劃卻少見差別。大學物理課程也是執(zhí)行相同的大綱，教學要求偏高求全，基礎(chǔ)和能力差的學生再努力也達不到目標的要求，因而挫傷了一部分學生的學習積極性，從而導(dǎo)致教學效果不佳。

二、教材如何編寫

1.注重追求邏輯嚴密

教材邏輯嚴密的論述體系會給學生學習科學表達思想提供良好的示范。“運動學”是大學物理教學的開篇，討論的問題只涉及運動的描述，不涉及運動產(chǎn)生的原因即力和質(zhì)量。但是，大多數(shù)大學物理教材在運動學中引入質(zhì)點的概念，這一點沒有工科理論力學教材處理得好，而理論力學課程是在大學物理課程之后開設(shè)的，理論力學教材的編寫特色值得大學物理教材編寫者學習。

大學物理教材的編寫要注重追求邏輯嚴密。首先，要保證前述知識為后續(xù)知識服務(wù)的完備性，為自身服務(wù)好。例如，機械波部分陳述波長的概念應(yīng)該在陳述簡諧波的概念之后，因為離開了簡諧波談波長是沒有意義的。其次，類似的研究課題采用類似的邏輯結(jié)構(gòu)，能夠促進學習的正遷移。例如，機械波部分的平面簡諧波與機械振動部分的簡諧振動就是類似的課題，但目前大多數(shù)教材采用的邏輯結(jié)構(gòu)顯著不同。簡諧振動采用的結(jié)構(gòu)是定義(振動表達式)—物理量—動力學—能量—合成。平面簡諧波采用的結(jié)構(gòu)是物理量—建立表達式(—動力學)—能量—干涉等，而建立表達式的過程在習題求解中沒有應(yīng)用，對促進理解作用也不大，建議采用的結(jié)構(gòu)是定義(平面波表達式)—物理量—動力學—能量—干涉等。第三，各部分的教學目標在邏輯上要協(xié)調(diào)一致。如“量子物理”基礎(chǔ)中需要求解一維無限深勢阱的薛定諤方程，屬于動力學，在“機械振動”和“機械波”部分應(yīng)作相應(yīng)的加強，做好邏輯準備。另外，大學物理中知識應(yīng)用較少、數(shù)學基礎(chǔ)準備不足的內(nèi)容，如氣體分子動理論中的麥克斯韋速率分布律、電磁學中的通量及環(huán)流等應(yīng)大刀闊斧地砍掉，重要的是把學生能夠深入探究的知識學深學透，得失相宜。

2.著力避免空洞表述

要使介紹的物理概念和規(guī)律之間的關(guān)系緊密、清晰地反映出來，做到落地生根。例如，目前多數(shù)大學物理教材的運動學部分一開始總是介紹質(zhì)點、參照系、坐標系的概念，因與運用分離而顯得空洞。如果先介紹直線運動，用運動方程x=x(t)描述物體的一維運動，則可以討論：(1)坐標原點是參照物上的一點，代表了參照系(或者想像成將Ox軸看著是帶有刻度的運動軌道，代表了參照系)；(2)坐標系是刻畫空間位置的工具，在描述直線運動時就是Ox軸。另外，質(zhì)點的概念宜在“牛頓運動定律”部分分析介紹。

3.數(shù)學運用嚴謹規(guī)范

4.內(nèi)容組織由易到難

內(nèi)容組織由易到難，盡可能理順前導(dǎo)知識與后續(xù)知識間的關(guān)系。如，運動學由易到難的順序應(yīng)該是先直線運動，后簡諧運動、圓周運動，再剛體定軸轉(zhuǎn)動、彈性體的波動等。動力學由易到難的順序應(yīng)該是先牛頓運動定律和剛體定軸轉(zhuǎn)動定律(與牛頓運動定律作類比討論，不涉及轉(zhuǎn)動慣量的計算)，并對運動學中的五種運動作動力學分析，然后質(zhì)點的動量定理、剛體定軸轉(zhuǎn)動的角動量定理、質(zhì)點的動能定理、剛體定軸轉(zhuǎn)動的動能定理，再后質(zhì)點系的動量定理、質(zhì)點系的角動量定理、質(zhì)點系的動能定理，最后勢能、功能原理和三個守恒定律。

5.教學要求增強彈性

由于目前普通高等學校的學生來源渠道多樣，學生的學習基礎(chǔ)、學習風格、學習能力都存在比較明顯的差別，因此大學物理教材要充分考慮這個因素，設(shè)計出有彈性結(jié)構(gòu)的教材體系。按照布魯姆的教育目標六層次分類(了解、理解、應(yīng)用、分析、綜合、評價)設(shè)計重要概念、規(guī)律的陳述和論證。為充分體現(xiàn)學生的學習主體地位、避免課堂玩手機等干擾，應(yīng)更多地把概念、規(guī)律的論證過程編成習題，讓學生思考、練習、體驗。這為增強教學的彈性提供了機制，教師可以根據(jù)學生的情況決定取舍、方法、要求等，同時改變目前教材全盤給出不留思考余地、練習形式要求低級，造成學生死記硬背的不良狀況。

三、教學如何組織

1.課堂示范引領(lǐng)學習

課堂是學生學習、師生交流的主陣地。教師不能只是把教材搬上PPT，把PPT搬上講臺。照本宣科是學生上課玩手機、逃課的主要原因之一。課堂教學是師生都應(yīng)積極參與的活動，教師在課堂上要做好示范，引領(lǐng)學生扎實有效地學習。要做到這一點，教師就要精心設(shè)計課堂教學內(nèi)容。教師的引領(lǐng)式講授要在教材之外又緊扣教材。例如，剛體定軸轉(zhuǎn)動定律的教學，可以與牛頓運動定律類比，分三點陳述力對轉(zhuǎn)軸的力矩的理解：(1)力對轉(zhuǎn)軸的力矩是改變定軸轉(zhuǎn)動剛體轉(zhuǎn)動狀態(tài)的原因；(2)力對轉(zhuǎn)軸的力矩與定軸轉(zhuǎn)動剛體的角加速度成正比；(3)力對轉(zhuǎn)軸的力矩是定軸轉(zhuǎn)動剛體間的相互作用。力對轉(zhuǎn)軸的力矩的計算公式則可根據(jù)第1條推理得出。由牛頓運動定律推導(dǎo)剛體定軸轉(zhuǎn)動定律，一方面是為了說明剛體定軸轉(zhuǎn)動定律不是基本的實驗定律，另一方面是為了給出轉(zhuǎn)動慣量的理論計算公式。在推導(dǎo)中要著重說明牛頓運動定律的切向表達式為什么不能直接求和。課堂教學的例題講解要注重解題思路和方法的剖析，引導(dǎo)學生理解題意，建立與相關(guān)概念、規(guī)律間的聯(lián)系，不能簡單地只是給出答案。

2.網(wǎng)絡(luò)自測檢查學習

網(wǎng)絡(luò)自測檢查學習效果是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在教學中的重要應(yīng)用[3]，其顯著的優(yōu)點是學生能及時獲得反饋，對改善自身的學習起著重要的作用。傳統(tǒng)的書面作業(yè)教師一般一周批改一次，周期長，反饋不及時。學生對待書面作業(yè)的態(tài)度也存在很大問題，抄襲作業(yè)現(xiàn)象普遍。書面作業(yè)不能反映學生的學習狀態(tài)，我們在教學實踐中發(fā)現(xiàn)大量平時成績似乎很好的學生，課程結(jié)束考試成績卻極差。網(wǎng)絡(luò)自測能夠較真實地反映學生的學習水平和質(zhì)量，與考試成績正相關(guān)度高。

3.課外活動活躍學習

豐富多彩的課外活動能夠調(diào)動學生的學習智能，活躍學習氛圍。由教師命題，學生在課外組織小組討論，每組6至7人，要求書面和手機攝像記錄討論過程，自用網(wǎng)絡(luò)平臺開展評比，按照討論質(zhì)量和個人表現(xiàn)給予平時成績獎勵。這種課外討論形式既構(gòu)建了競爭機制，又需要同伴有效合作；既學習鞏固學科知識，又鍛煉組織、記錄、攝像及整理的能力。典型習題解的PPT制作競賽、說明物理概念的展示模具制作競賽、身邊取材的物理實驗設(shè)計競賽、參加大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目和各類學科競賽等，這些都為學生展示各類才智搭建了廣闊的舞臺，活躍了學生的學習生活。

4.同伴合作高效學習

鼓勵同伴合作能夠促進學生討論，提高學習效果。在討論過程中產(chǎn)生的分歧會使他們懷疑個人看法的正確性，產(chǎn)生觀念上的沖突、動搖及失衡，體驗認知的好奇，激發(fā)學生學習興趣，積極地尋找資料，從而促進物理概念的深刻掌握與記憶。在同學互相質(zhì)疑和解釋彼此結(jié)論的過程中能產(chǎn)生高質(zhì)量決策和推理水平，產(chǎn)生新思想和方案，及更好的知識遷移；在討論問題時，每人都要闡釋自己的觀點，說服他人；傾聽別人的陳述和批評，在獲得更多信息的同時反思自己和別人的觀點，評價不同的概念和觀點的有效性，通過思辨得出新的結(jié)論，可以有效地促進學習[4]。

5.管理制度促進學習

合理的管理制度能夠激發(fā)學習熱情，促進學習；反之，卻會削弱學習投入，阻礙學習。例如，某校運用網(wǎng)絡(luò)自測系統(tǒng)進行平時作業(yè)和測驗，總評分規(guī)則為平時成績占50%，考試成績占50%。這樣，如果學生平時成績80分，考試只要40分就能及格，其結(jié)果是學生千方百計刷高平時成績，而書面考試成績平均分遠低于其他班級。主要原因之一就是源于人的安樂本性，“60分萬歲”，考前考中都不努力。簡單地提高平時成績的比例，還要提高總評及格率，就是鼓勵平時成績送分，結(jié)果是形成不良學習風氣。合理的管理制度應(yīng)該是嚴格平時考核，適當分配比例，平時成績占比不宜高于40%。教師在課程教學管理中，要合理制定評分規(guī)則，嚴格執(zhí)行評分規(guī)則，切實做到公平公正，這樣才能促進優(yōu)良學風形成，提高教學質(zhì)量。

(責任編輯：呂建萍)

參考文獻：

[1]教育部物理基礎(chǔ)課程教學指導(dǎo)分委會.理工科類大學物理課程教學基本要求[M/OL].[2016-03-25]http://www.docin.com/p-1050131922.html.

[2]李春梅.布魯姆教育目標分類法在ICAI因材施教中的應(yīng)用[J].價值工程，2012，31(21):269-271.

[3]孫厚謙，洪林，史友進，等.應(yīng)用型工科“大學物理”課程教學改革的實踐與思考[J].中國大學教學，2010(12):49-51.

[4]張萍，劉宇星.同伴教學法在大學物理課程中的應(yīng)用[J].物理與工程，2012，22(1):41-43.

Approach on Improving Teaching Effectiveness of “University Physics” in Applied Undergraduate Colleges

SHI You-jin

(School of Mathematics and Physics，Yancheng Institute of Technology，Yancheng 224051，China)

Abstract：Applied undergraduate colleges“College Physics”teaching situation is very grim: teaching content load overrun，obscure expression，background knowledge explained unclear，missing examples discussed，lack of consideration differences of students in course organization，these are causing students generally feel“College Physics”difficult to learn.The preparation of appropriate logical，flexible teaching materials and various forms of teaching activities are effective attempt to poor teaching effect“College Physics”Problems.

Key Words：University Physics；teacher；teaching material；teaching；inquiry

中圖分類號：G642

文獻標識碼：A

文章編號：1671-9719(2016)6-0035-04

作者簡介：史友進(1960-)，男，江蘇海安人，教授，博士，研究方向為大學物理理論與教學。

收稿日期：2016-03-23修稿日期：2016-04-16

基金項目：鹽城工學院2014年度教改研究項目“大學物理課程的能力培養(yǎng)措施研究”。

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