案例式教學(xué)在大學(xué)物理教學(xué)中的實(shí)踐

李 響 林振衡 宋駱林

莆田學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 福建莆田 351100

隨著地方本科院校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)型，如何真正提高學(xué)生的知識應(yīng)用能力成為教學(xué)改革的重中之重[1]。大學(xué)物理課程作為理工類專業(yè)開設(shè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，教學(xué)改革尤為重要[2]。通過大學(xué)物理課程教學(xué)，首先讓學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論、概念，在此基礎(chǔ)上，還要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力、物理思維能力、科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新能力。大學(xué)物理課程的主要目標(biāo)是讓學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)思維，提高其解決問題的能力。

應(yīng)用案例式教學(xué)法能夠很好地達(dá)成大學(xué)物理課程的教學(xué)目標(biāo)。案例式教學(xué)法最早在美國受到推崇，現(xiàn)在廣泛流行于世界各國教育界[3]。這種教學(xué)法需要挑選生產(chǎn)生活中的案例，引導(dǎo)學(xué)生思考，遵循“發(fā)現(xiàn)問題、建立模型、解決問題、歸納得出結(jié)論”的過程，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生在思考中學(xué)到知識，并且增強(qiáng)學(xué)生分析問題、解決問題、歸納總結(jié)、理論聯(lián)系實(shí)際的能力。對于提高學(xué)生的知識應(yīng)用能力很有好處。莆田學(xué)院正在向應(yīng)用型本科院校轉(zhuǎn)型，案例式教學(xué)法尤為適合。

1 案例式教學(xué)法實(shí)施的背景

莆田學(xué)院前身為莆田高等專科學(xué)校，學(xué)校專業(yè)少，大學(xué)物理課程主要在計算機(jī)應(yīng)用專業(yè)、機(jī)械電子專業(yè)、數(shù)學(xué)教育專業(yè)等幾個專業(yè)開設(shè)。2002年學(xué)校升為本科院校后，在學(xué)科建設(shè)和專業(yè)建設(shè)上有了很大進(jìn)步，設(shè)立了多個學(xué)科和專業(yè)，所以大學(xué)物理課程得以在多個專業(yè)開設(shè)，如醫(yī)學(xué)類專業(yè)、環(huán)境生物類專業(yè)、機(jī)械電子類專業(yè)、數(shù)學(xué)教育、體育教育等專業(yè)。隨著學(xué)校的發(fā)展壯大，本課程也不斷發(fā)展。在教學(xué)方面，優(yōu)先采用案例式教學(xué)法，并與其他多種教學(xué)方法相結(jié)合；同時，進(jìn)一步完善教學(xué)大綱、考試大綱、電子教案、多媒體課件等。

傳統(tǒng)大學(xué)物理課程通常采用大班教學(xué)[4]，圍繞各種定理展開。教師通常以書本為中心，輔助一些案例。教師主講，學(xué)生聽課、理解、做筆記、做練習(xí)。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中是被動的，一直跟著教師的思路走，甚少自我思考。學(xué)生的主動性沒有得到發(fā)揮，對知識的理解不夠深入。而案例式教學(xué)法中，教師處于引導(dǎo)的地位，以學(xué)生為中心。教師根據(jù)需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容找出合適的案例，引導(dǎo)學(xué)生對案例進(jìn)行剖析和思考，分析其中的科學(xué)原理，提出解決方案，測量相關(guān)數(shù)據(jù)，總結(jié)推導(dǎo)公式，完成知識的消化和理解。在實(shí)施案例式教學(xué)的過程中，教師可以用大量鮮活案例激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，如日常生活中的實(shí)例，以便于學(xué)生更好理解。

2 案例式教學(xué)法實(shí)施的過程與經(jīng)驗(yàn)

2.1 建立大學(xué)物理案例庫

首先，為了案例式教學(xué)的開展，教師必須編寫貼近知識點(diǎn)的案例庫。這些案例，能夠?qū)⒋髮W(xué)物理課程中的知識點(diǎn)包含進(jìn)去。

其次，建立案例的篩選標(biāo)準(zhǔn)。案例須與教學(xué)大綱的知識點(diǎn)高度相關(guān)，這些案例最好能對大學(xué)物理課程的知識點(diǎn)重新進(jìn)行梳理，揭示知識點(diǎn)產(chǎn)生的背景，努力重現(xiàn)物理學(xué)家的發(fā)現(xiàn)過程，展示問題的發(fā)現(xiàn)、解決、歸納、質(zhì)疑、完善的過程。讓學(xué)生學(xué)會創(chuàng)造性思維，能夠打破常規(guī)，突破傳統(tǒng)觀念，具備敏銳的觀察力和豐富的想象力，從而使思維具有一種“超前性”。

第三，案例的選擇還要考慮其實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難度、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)現(xiàn)案例所花費(fèi)的時間等。案例難度太低就無法達(dá)到提高學(xué)生解決問題能力、創(chuàng)新思維能力的目的；難度過高則會打消學(xué)生的積極性。理工科的案例尤其需要注意可操作性。每個案例都需要仔細(xì)構(gòu)思，并在教學(xué)過程中不斷磨合、豐富、完善，力爭做到理論聯(lián)系實(shí)際，鍛煉學(xué)生解決問題的能力、創(chuàng)新思維的能力。

以第三章《剛體的定軸轉(zhuǎn)動—力矩、角動量定理》為例，引入了案例式教學(xué)：自行車急剎車時，應(yīng)該花更多力氣剎前輪還是后輪？摩托車呢？剎車方法與自行車有什么不一樣？本案例具有中等難度，其中對于自行車翻轉(zhuǎn)臨界點(diǎn)的分析、對于自行車和騎手共同的重心位置的確定等都具有一定的難度，但是學(xué)生通過思考和查找資料，能夠分析出正確的答案。此案例還具有較強(qiáng)的可操作性，自行車、臺秤、卷尺等實(shí)驗(yàn)器材都是生活中常用的，價格低廉且容易找到。

2.2 做好課堂案例式教學(xué)

案例式教學(xué)通常有兩個重要的步驟[5]：(1)案例準(zhǔn)備。教師提供教學(xué)案例，學(xué)生針對案例和提出的問題，在教師的指導(dǎo)下做好資料的收集工作。(2)討論及報告。各小組對同一案例進(jìn)行剖析，并通過分析、梳理形成小組意見，為討論環(huán)節(jié)做好準(zhǔn)備。

仍以第三章《剛體的定軸轉(zhuǎn)動—力矩、角動量定理》為例，引入了“自行車急剎時的剎車策略”這個和實(shí)際生活息息相關(guān)的案例。從實(shí)際出發(fā)，激發(fā)學(xué)生的興趣，讓學(xué)生積極思考。整堂課在分析案例的同時，圍繞重要知識點(diǎn)“力矩”和“角動量”的概念和表達(dá)式展開。在案例的分析過程中，多次強(qiáng)調(diào)和應(yīng)用力矩的不同表達(dá)式，加深學(xué)生的理解和記憶。

學(xué)生在課堂上進(jìn)行充分討論。在實(shí)際的教學(xué)過程中，學(xué)生首先在課前對山地車的急剎車現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和分析，然后在課堂上分成小組討論，再將討論結(jié)果上傳至學(xué)習(xí)通的討論模塊。教師選擇優(yōu)秀的小組上臺演示和講解。其他小組可以點(diǎn)評和反駁。最后學(xué)生在課后完成案例報告。

2.3 調(diào)整傳統(tǒng)教學(xué)法與案例式教學(xué)相適應(yīng)

教學(xué)方法要與所選擇的案例相適應(yīng)。根據(jù)知識點(diǎn)和教學(xué)目的，創(chuàng)新不同的教學(xué)方法，如微信教學(xué)、二維碼教學(xué)、視頻彈幕教學(xué)等，也可以采用情景法等引出問題，引起學(xué)生的探究欲望，再采用驅(qū)動式教學(xué)，不斷提問引導(dǎo)，充分開展課堂討論，研究問題，最終解決問題。教師多問多變，讓學(xué)生發(fā)散思維，不依常規(guī)，尋求變化，從多方位、多角度尋求答案，它可以使學(xué)生的學(xué)習(xí)過程自然地變成學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程。

仍以第三章《剛體的定軸轉(zhuǎn)動—力矩、角動量定理》為例，采用情景法引出問題：實(shí)驗(yàn)和視頻演示了急剎時山地車的翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，采用驅(qū)動式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生分析山地車翻轉(zhuǎn)的原因。學(xué)生可以掃描二維碼反復(fù)觀看引導(dǎo)視頻，利于課后分析思考。采用細(xì)桿繞軸轉(zhuǎn)動模型的動圖分析力矩的意義和力矩的大小；采用PowerPoint畫出示意圖進(jìn)行深入分析；采用板書推導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生得出力矩的三種表達(dá)式；采用形象記憶法讓學(xué)生深刻記住力矩的向量表達(dá)式。

3 案例式教學(xué)法的成效與不足

3.1 提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)能力

經(jīng)過案例式教學(xué)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣大為增強(qiáng)，從“怕被選中成為代表”到“主動要求被選中”，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造性和動手能力。

仍以上文提到的案例為例：自行車和摩托車是學(xué)生常見的交通工具，每名學(xué)生都會用到剎車。但是大多數(shù)學(xué)生沒有深入分析過剎車所蘊(yùn)含的物理原理，特別是摩托車和自行車剎車策略的異同。該案例的討論可以激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣。通過案例教學(xué)，學(xué)生對力矩有了較好的認(rèn)識，學(xué)生不再限制于書本理論和基本知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)，而是通過對實(shí)際生活現(xiàn)象的思考，完成擬定的任務(wù)目標(biāo)，激發(fā)了學(xué)習(xí)積極性和興趣，提高了綜合知識應(yīng)用能力。

3.2 促進(jìn)教師教學(xué)模式和教學(xué)方法的創(chuàng)新

除了引入探究式教學(xué)，引入豐富的教具，充分利用多媒體、板書以外，教學(xué)還引入了超星學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺、利用手機(jī)教學(xué)等創(chuàng)新型教學(xué)方法，取得了不錯的教學(xué)效果，力爭讓學(xué)習(xí)者的知識內(nèi)化并形成持續(xù)性學(xué)習(xí)，既要讓學(xué)習(xí)者學(xué)得進(jìn)去，又要讓學(xué)習(xí)者持續(xù)地學(xué)。

依托案例式教學(xué)，成功實(shí)現(xiàn)了“大課堂+代表討論”的“半翻轉(zhuǎn)課堂”。由于條件所限，我校的專業(yè)基礎(chǔ)課采用大班教學(xué)，人數(shù)眾多，加上階梯教室座椅無法挪動，因此無法實(shí)現(xiàn)“翻轉(zhuǎn)式教學(xué)”。將學(xué)生按相鄰座位分成“三人小組”，進(jìn)行討論，然后派代表將討論結(jié)果拍照上傳至投影屏幕，教師對這些結(jié)果進(jìn)行篩選后，讓有代表性的小組進(jìn)行講解和實(shí)驗(yàn)操作，臺下學(xué)生也參與討論，從而取得了良好的教學(xué)效果。

3.3 學(xué)生滿意度較高

從期末的投票數(shù)據(jù)中可見，學(xué)生對案例式教學(xué)法表示認(rèn)同(如圖1、圖2所示)。

圖2 學(xué)生對團(tuán)隊(duì)合作能力提升的投票結(jié)果

從期末成績中可見，學(xué)生積極參與討論，互動較好，對知識的掌握也更加牢固，理解更加透徹，靈活運(yùn)用知識的能力也得到提高(見表1)。

表1 部分學(xué)生期末成績

3.4 不足之處

案例式教學(xué)雖然能夠激發(fā)學(xué)生的興趣，增強(qiáng)學(xué)生的能力，但是也有知識點(diǎn)較為零碎、整體性不強(qiáng)的缺點(diǎn)。因此在案例式教學(xué)過程中，要注意總結(jié)本節(jié)課在整個章節(jié)中的地位，最好能夠提供本章的知識脈絡(luò)圖，這樣可以幫助學(xué)生形成完整的知識脈絡(luò)。

4 結(jié)語

案例式教學(xué)法以學(xué)生為主體，讓其主動思考學(xué)習(xí)，鍛煉了學(xué)生分析問題、解決問題的能力，也提高了學(xué)生的物理思維能力、科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新能力和實(shí)踐動手能力。教師需要在課前課后做大量的工作，包括建立案例庫、調(diào)整教學(xué)法等，采用案例式教學(xué)法能較好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。