應(yīng)用型本科視角下大學物理案例教學的實效價值研究

陳真英 謝冰 楊昌億 覃趙軍 梁祚盈

摘 要：大學物理案例教學法是適合傳統(tǒng)本科院校向應(yīng)用型本科轉(zhuǎn)型形勢下采用的一種新型教學法，它能增強學生學習物理的興趣；能發(fā)揮學生的主體地位，能拓展師生間的信息多渠道流動；能培養(yǎng)學生利用所學知識解決實際問題的實踐能力；能深度融合思政元素，有效實現(xiàn)課程德育的功能。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科；大學物理；案例教學；實效價值

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）20-0084-03

Abstract： The case teaching method of college physics is a new teaching method under the situation of the traditional undergraduate university's transformation to application-oriented university. It can help to enhance the students' interests in learning physics. It can play the main role of students and expand the multi-channel flow of information between teachers and students. It also can cultivate students' practical ability to solve practical problems with what they have learned. And it can deeply integrate ideological and political elements in order to effectively realize the function of moral education in Physics course.

Keywords： application-oriented university； College Physics； case teaching； practical value

隨著我國高等教育規(guī)模的擴大，出現(xiàn)了學術(shù)型人才供給過剩，應(yīng)用型人才卻處于短缺狀態(tài)，因此培養(yǎng)應(yīng)用型人才已成為當前高等教育的發(fā)展重點，眾多高校紛紛投入到由傳統(tǒng)本科院校向應(yīng)用型本科轉(zhuǎn)型的改革之中。應(yīng)用型本科教育是以人才需求為導向，培養(yǎng)知識、能力和素質(zhì)全面協(xié)調(diào)發(fā)展及面向生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)一線的高級應(yīng)用型人才的教育體系。這種新型教育需要依據(jù)新的教育形勢來定位構(gòu)建新的學科方向、專業(yè)結(jié)構(gòu)、課程體系，更新教學內(nèi)容、教學方法和手段等，注重學生實踐能力、社會適應(yīng)能力及競爭能力的培養(yǎng)。

案例教學法發(fā)源于美國，已被世界各國教育界逐漸應(yīng)用和推廣。此教學法是指在教師指導下，依據(jù)教學目的，挑選一些具有與所學知識點密切相關(guān)的實際案例，組織學生對案例進行閱讀、思考、分析、討論和交流的一系列教學活動，使學生學會分析和解決實際問題的方法，提高學生學以致用的能力[1，2]。因此案例教學法突破了傳統(tǒng)教學模式的不足，有利于促進師生之間的交流和互動，提高了學生學習知識的積極性，推動了學生由理論知識向?qū)嵺`技能的轉(zhuǎn)換，有利于實現(xiàn)應(yīng)用型本科的培養(yǎng)目標，一直以來被認為是“代表未來教育方向的一種成功教育方法”。因此案例教學法非常切合在應(yīng)用型本科院校轉(zhuǎn)型形勢下采用的新型教學法。

目前，案例教學法大多用在管理學、經(jīng)濟學、法律課程的教學中，在大學物理課程教學中使用比較少，還有待大力推廣以及深入研究和探索[3]。本人在多年的大學物理課程教學中不斷地探索和嘗試采用案例教學法，受到了學生的歡迎，取得了較好的教學效果，也積累了一定的經(jīng)驗。現(xiàn)將本人多年來在大學物理教學中采用案例教學所獲得的一些實效價值總結(jié)出來，以作拋磚引玉之用。采用案例教學對大學物理教學的實效價值有如下幾個方面：

一、激發(fā)了物理課程的魅力，提高了學生學習物理的興趣

傳統(tǒng)大學物理教學內(nèi)容的理論成分較多，其理論推理及公式較復雜繁瑣，再加上應(yīng)用型本科學生理論根底比較薄弱，特別是數(shù)學應(yīng)用能力較弱，從而對學習物理理論比較吃力，部分學生覺得物理課堂枯燥乏味，學習積極性較低，從而學習效果大打折扣。如果在教學中引入案例教學，將復雜枯燥的物理知識先融入到現(xiàn)實生產(chǎn)生活場景的案例中，再通過對案例的閱讀、分析、討論交流、解決等各個環(huán)節(jié)來領(lǐng)會、理解、運用物理知識，那么本課程的教學就會變得生動飽滿有趣起來[3，4]。案例的取材源自熟悉的生產(chǎn)生活場景，增加了這門課程對學生的親近感，并且通過案例問題的解決，學生能深深意識到學習物理能解決實際問題，能提高自己的實踐能力，能提高日后的就業(yè)競爭力，從而增強學生學習物理的決心和信心，極大提高了學習物理的主動性和積極性。例如，在學完動量這一章后，筆者給學生引入了火箭升空的物理案例，先給學生播放一段我國“長征七號”運載火箭起飛升空的震撼視頻，然后簡要地介紹我國及世界的火箭技術(shù)及這個領(lǐng)域的物理學家，最后提出案例中需要解決的問題：假如你是一位航天工程師，請分析推理出火箭最終速度由什么因素決定。具體案例問題即為：火箭依靠排出其內(nèi)部燃燒室中產(chǎn)生的氣體來獲得向前的推力。設(shè)火箭發(fā)射時的質(zhì)量為m0，速率為0，燃料燒盡時的質(zhì)量為m'，氣體相對于火箭排出的速率為u。不計空氣阻力，求火箭所能達到的最大速率。在筆者循序漸進的啟發(fā)下，同學們互相討論發(fā)言，一步步推導出火箭升空最終速度公式，從而找到了提高最終速度的關(guān)鍵因素。筆者明顯感覺到現(xiàn)場的課堂氣氛活躍起來，同學們都積極主動地投入到了案例教學的各個環(huán)節(jié)之中，最后討論分析推導出了火箭的最終速度，從而這一章關(guān)于動量的各個知識點在這種主動積極的氛圍中被同學們掌握了。因此案例教學能激發(fā)物理課程的魅力，極大提高了同學們學習物理的興趣。

二、突出了學生的主體地位，拓展了師生間課堂信息交流的渠道

傳統(tǒng)大學物理教學模式中，教師是傳授者，學生則是被動的接受者，教師提供理論知識，學生囫圇吞棗地接受，基本上沿襲“滿堂灌”的教學模式，其信息交流渠道主要是點（教師）對面（學生）的交流模式。這種交流模式阻礙了學生主體地位的發(fā)揮，學習積極性也沒法調(diào)動起來，氣氛比較沉悶，教師雖然在講臺上賣力地講授，可部分學生卻在講臺下各種應(yīng)付和敷衍，有玩手機的、有打瞌睡的、有心不在焉的……，總之，部分學生根本沒有參與到課堂教學中，物理知識自然沒有掌握，課堂教學效果不盡人意。而采用案例教學法，教師始終起著“導演”作用，挑選同學們感興趣的、融入了所學物理知識點的實踐案例，引導學生主動投入到案例閱讀、分析、討論交流以及解決的各個環(huán)節(jié)中，讓同學們以“演員”角色參與課堂教學，為了演好自己的角色，每個學生都很認真努力，從而學生的主體地位得到了有效發(fā)揮，課堂實效得到了大幅提升[5]。因此案例教學法能自然地從教師為主體的教學模式切換到以學生為主體的模式，能有效促進師生間以及學生和學生間的交流互動，讓學生在教師引導下積極主動地運用知識解決問題。在案例教學過程中，學生不但可以接收來自于教師的信息，而且交流討論時還可以接收同學之間的信息，從而信息交流渠道拓展為點（老師）對面（學生）、面（學生）對面（學生）、面（學生）對點（老師）三種模式均有，大大拓寬了傳統(tǒng)教學中點對面的信息交流渠道，大大增加了課堂信息量，讓學生在課堂中收獲到更多的知識和技能。教師也可以通過案例教學，了解學生的個性、了解學生對知識的掌握和運用情況，從而能有的放矢地改進教學，能更好地因材施教，真正實現(xiàn)了教與學的雙向互動。例如筆者在講授完運動學和動力學兩章之后，引入了一個真實的交通事故力學鑒定案例：2006年某縣環(huán)城公路5km處自卸貨車與摩托車碰撞事故，提供了交通事故現(xiàn)場圖片和位置坐標圖，要求學生運用所學的力學知識，依據(jù)事故現(xiàn)場留下的輪胎痕跡，推理計算事故發(fā)生前貨車速度，從而判斷貨車是否違規(guī)超速？此案例一出，同學們躍躍欲試，爭先恐后地思考分析解決方案，經(jīng)過教師循序漸進的引導，通過全班同學的交流討論，最后得出事故過程分為三個階段，即碰撞階段、空駛階段、剎車階段，且貨車碰撞前的速度與空駛速度和剎車速度之間密切聯(lián)系。然后將全班同學分成三個小組，每組負責研究一個階段，分別分析此階段所滿足的運動學公式，從而計算出此階段初末速度之間的關(guān)系公式。最后推導出事故發(fā)生前貨車車速。所有學生都主動參與其中，積極交流討論，整堂課信息量比較大，且信息多向流動暢通無阻，學生主體地位得到了充分發(fā)揮，課堂實效得到了大大增強。

三、設(shè)置具體的案例情景，培養(yǎng)學生運用物理知識解決實際問題的實踐能力

傳統(tǒng)大學物理課堂教學以教師和書本為中心，基本以灌輸填鴨的方式從書本到書本，從概念到概念，學生理論學習與實踐環(huán)節(jié)脫節(jié)嚴重，不但無法激發(fā)學生的學習潛能，而且不利于學生學以致用能力的培養(yǎng)。而案例教學能使物理知識通過具體的生產(chǎn)生活應(yīng)用情景呈現(xiàn)在學生面前，引導學生就案例中的現(xiàn)象循序漸進地進行討論、分析推導、論證或求解，在此過程中潛移默化地培養(yǎng)學生獨立創(chuàng)新思維能力、語言表達能力、協(xié)同合作的能力、用理論解決實際問題能力，從而實現(xiàn)學生理論學習與科學探索實踐的有機統(tǒng)一，這相當于給學生提供了一個逼真的練兵場，使學生身臨其境地學會利用所學的物理知識解決實際問題[6]。同時通過對案例深入地研究與分析，加深對所學理論的理解，提高學生運用物理知識解決實際問題的能力，使所學知識更具有應(yīng)用性、可操作性，有利于實現(xiàn)應(yīng)用型本科教育目標的實現(xiàn)。筆者曾給電氣專業(yè)學生講解完電磁感應(yīng)及變壓器等物理理論后，安排學生參觀了學校周邊的火電廠，面對現(xiàn)場震撼的各種真實的交流電產(chǎn)生及傳輸設(shè)備，以及電廠工程師的詳細介紹，同學們能迅速將課堂所學的電磁感應(yīng)、高壓輸電、變壓器、三相電、繼電器等相關(guān)知識原理與現(xiàn)場的實際運用一一對應(yīng)起來，并能向工程師提出了許多問題和想法，短短幾個小時就掌握電磁感應(yīng)原理等電學知識在實際電廠的應(yīng)用，先前課堂上心存的許多理論疑惑在親臨現(xiàn)場的這一刻豁然開朗，迎刃而解。這種現(xiàn)場案例教學，大大促進了學生對物理知識的理解掌握和運用，也深刻意識到將物理知識應(yīng)用實際生產(chǎn)中，還有許多現(xiàn)實問題和細節(jié)必須考慮周全，在掌握好知識的同時，還必須培養(yǎng)各種實踐能力，才能將物理知識服務(wù)于生產(chǎn)實踐。在日后的學習中，會有意識地關(guān)注實踐能力的培養(yǎng)。

四、案例中自然融入課程思政元素，有助于實現(xiàn)教書育人的價值引領(lǐng)

2016年12月，習總書記在全國高校思想政治工作會議上強調(diào)把思想政治工作貫穿教育教學全過程，堅持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，實現(xiàn)全程育人、全方位育人。在此背景下，大學物理教師應(yīng)該突破傳統(tǒng)教育范式，深入挖掘大學物理中的德育內(nèi)涵，將物理和思政教育深度融合，努力實現(xiàn)“課程思政”立體化育人的創(chuàng)造性轉(zhuǎn)化[7，8]。案例教學中選取的案例來源于真實的日常生活生產(chǎn)實踐，既包含所學物理知識的運用，又蘊含有豐富的人情、國情、社會情感等思政元素，因此案例教學法能將物理教育和德育有機地結(jié)合起來，通過立體透視分析案例，讓學生從不同角度不同層面觀察分析討論案例，包括知識和思想層面，讓學生得到全方位的收獲和能力發(fā)展。比如在運動學這一章學完后，我引入了GPS定位系統(tǒng)的案例，引導學生利用運動學原理推導出GPS定位的原理及公式，然后給學生介紹了海灣戰(zhàn)爭中，美國空軍利用GPS定位系統(tǒng)對伊拉克的通信、交通、電力等國家核心部門進行精準的定位轟炸，一夜之間，伊拉克通信電力交通等陷入癱瘓，從而讓同學們明白科技興國的重要性，增強同學們的責任感和使命感。最后也向同學們介紹了我國為了擺脫美國的導航系統(tǒng)，自行研制了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)等，以此來激發(fā)學生的愛國情操。又如在上述的交通事故鑒定案例教學時，我借機給大家介紹了我所認識的某位交通事故鑒定專家，介紹他曾遇到過在事故鑒定期間，事故責任方會通過賄賂手段或者甚至施展一些類似黑社會性質(zhì)的威脅讓他更改計算數(shù)據(jù)以此推卸自身責任，因此一個優(yōu)秀的事故鑒定專家不但要精通物理專業(yè)知識，還必須要具備優(yōu)良的思想道德品質(zhì)，堅持真理，實事求是，不為任何利益和壓力所動搖，以此來引導學生形成正確的是非觀和價值觀。又如在介紹上述發(fā)電廠的案例教學時，我給同學們介紹了第一次發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的物理學家法拉第，介紹他克服種種困難，不斷實驗，用了整整十年的時間才發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，以此讓同學們學習這種堅持不懈的科學精神，同時學生們也被現(xiàn)場發(fā)電廠工程師們那種敬業(yè)愛崗的精神深深感動。此外，實施案例教學法過程中，教師引導學生在一種寬松自由平等的氛圍中相互交流討論，經(jīng)常在這樣的氛圍中熏陶，本身就可以培養(yǎng)學生一種平等自由的學術(shù)觀。因此案例教學能夠深度融合各種思政元素，能夠在物理教學的同時自然有機地開展德育，能夠潛移默化的培養(yǎng)學生良好的科學和人文素養(yǎng)，能高效完成課程思政賦予的教學任務(wù)。

總之，大學物理教學過程中使用案例教學法，能大大激發(fā)學生的學習積極性；能明顯增強學生主體地位；能顯著加強師生之間的互動；能培養(yǎng)學生運用知識解決實際問題的各種綜合能力；能同時借機有效開展德育教育，從而大大提升了大學物理課堂的實效。因此案例教學法值得在大學物理教學中大力推廣和探索。

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