大學物理教學改革實踐淺析
——“問題導向”式學習的意義及應用

劉 彥 趙金濤 葛 力 喬艷麗

(杭州電子科技大學理學院 浙江 杭州 310018)

1 引言

物理學作為自然科學的領頭軍，研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物質最基本的運動形式和規律，是整個自然科學和現代工程技術的研究基礎，已成為支撐現代文明的骨架，與科學和發明并駕齊驅[1].大學物理作為理工科各專業必修的一門重要專業基礎課，對于培養和提高學生的科學思維方式和創新能力發揮著極其重要的作用，教學效果將直接影響大學生后續專業課程的學習及其終身的發展，其影響不言而喻.

然而，近年來國內諸多高校中，“物理”已被許多學生們貼上了諸如：繁重、沉悶、無聊、被動、機械等標簽，這很大程度來源于學生厚重的課業和考試壓力[2].快樂認知過程與之失之交臂，可望而不可及.一方面，學生在數年累計的學習過程中并未真正體會到“學以致用”，對身邊的技術沒有一點概念，學而不知學有何用；另一方面，我們過多關注學生的成績，而非學生腦力勞動過程的感受，這是教育上的短視和急功近利.

目前學生對大學物理課程學習的被動性，使得以教師為中心的傳統教育理念和課堂結構廣受詬病，難以適應當今社會對人才的需求，疫情期間問題的嚴重性就更顯突出.傳統的教學方式如不改革，這樣的環境和狀態也會難以為繼，即使不要求可持續發展只維持基本生存，也需要發展和探索能有效適應目前環境和教學對象的新的教學方式.如何讓學生愛學、會學、學好，是我們改革該課程的著力點.

2 “問題導向”式學習在大學物理課堂教學中的意義

講授式為主的傳統課堂教學，教師是主體、學生是客體，教學過程基本是教師向學生傳授知識的一個單向過程，教師一言堂，學生課后做作業——以講授式為主的課堂教學可以把授課內容全面、明確地傳遞給學生，學生直接從中獲益，簡捷而高效.但講授式為主的課堂教學中學生被動地接受，也使得學生進行思考內化的過程被阻滯，學習的主動性、創造性被消弱，不利于學生個體參與的獨立性和認知能力的培養.

課堂教學有兩項教育任務，一是傳授一定的知識，二是啟發學生對知識的渴望，啟發他們跳出課堂范圍之外去閱讀、思考和研究[3].對于第二項任務，我們沒有給予足夠的重視，但這卻是學生能否獲得真正學習能力和可持續發展能力的關鍵所在.在對教師和學生之間高質量的教學模式的探索過程中，“問題導向”式學習(Problem-Based Learning，PBL)或許可以委以重任.

“問題導向”式學習由美國神經病學教授 Barrows 于1969年率先在加拿大的麥克馬斯特大學使用[4]，它突破了傳統授課模式的框架，認為學習是一個不斷發現問題、解決問題，進而又發現新問題的漸進過程，據此建立了以問題為中心的學習方式.

隨后，“問題導向”式學習在國內外有較快發展，成為當前國際上流行的人才培養模式[5～7].它的教學思路為：由需要解決的問題開始，以解答問題為任務驅動，把學習設置到真實的情境中對驅動問題進行探究，通過學生的自主學習和小組合作探究解決問題之道，從而理解隱含在問題背后的科學知識，達到提高解決問題的技能和自主學習能力的培養，強調對知識的遷移運用， 轉變傳統課堂教師和學生教與學的關系.

3 “問題導向”式學習中問題設置的簡單應用

相對于傳統課堂教學模式，問題導向學習中“教”與“學”的方式有較大跨度的轉變，學習者成為學習過程的主體.學習者的主體地位如何被調動，調查研究認為影響學習者學習動機的因素包括活動的挑戰性、個人興趣、對活動掌控程度以及協作等條件組成.因此，教師應該圍繞這些因素，設計不同層次的問題，引導師生之間進行漸進的探討，以便更深入地理解和掌握物理相關知識和原理.而這些目標的實現，需要教師改變原有的教學思維模式，以新的視角進行課堂組織和設計，以便更好地致力于真正有效的課堂學習，展開教學實踐.課程的改革是多方位的，不可能一蹴而就.本文就“問題導向”式教學法的核心——問題的設計和提出，就教學內容進行帶入應用.

以機械振動這部分內容的講授為例.首先準備一些振動發生器件，比如不同頻率的音叉，以備課堂使用.為了制造課堂氣氛，帶著敲擊發聲進入課堂，發聲可以以不同的方式表現.

比如以不同的力量敲擊同一個音叉，了解一下學生們的感受；然后改換不同頻率的音叉，繼續讓學生們進行反饋，說出它們的不同？引導學生分析這些不同的感受和振動的什么要素相關聯？學生在各自的位置上都能聽到敲擊音叉的聲音，意識到聲波傳遞到各個位置，說明波動和振動有著直接的關聯.這樣，從聲波傳遞引出振動的主題，再引出聲音的要素：響度、音調、音色，它們和振動的什么參數有關？進而帶著疑問想了解更多有關振動這種運動形式的信息，帶著思考進入授課內容的主題，如何把振動描述出來，關鍵參量有哪些？如果讓學生去設計實現，會從哪些角度進行分析？在這些問題中引導學生逐漸從受力與運動之間的關系建立簡諧振動表示以及振動方程的數學模型.于是，在問題的不同情境的設置中，調動學生有意愿參與課堂討論或與同學交流，激發學生想學習的熱情.

繼續使用音叉的作用，通過對放置在不同位置音叉的同時敲擊，學生聽到后再表達他們的感受，從而引出振動的合成問題，讓他們嘗試分析這些操作改變了哪些參量，如何進一步從數學方法分析所得到的結果？這樣使學生把自己親身感受的現象和所學習的概念知識聯系起來，有真實的體會后，更好地理解后續學習內容.

這樣，在前期的引導中，讓學生繼續思考哪些生活問題涉及到振動的合成，還需要對其進行分析.引導學生用音叉實現共振的發生，并分析共振產生的原因條件以及可能的結果.并請學生思考，自己曾經體驗、感受、聽過的一些振動現象，哪些是有利的，哪些是不利的，比如：環境噪聲使人體不安，共振引起的橋梁結構的破壞，各種弦樂器音腔在共鳴箱中的振動利用了“力學共振”，醫療技術中超聲碎石，激光的產生利用了“光學共振”等，這一系列的作用和什么參量直接關聯？讓學生組織進行討論，探討振動能量的概念，分析振動能量的組成、影響因素以及如何進行數學定量表示？

這樣，在師生交互的過程中將所學習的理論知識和所展示的具體示例聯系起來，知道如何去探究，理解背后的原理，使得學生能夠以用為學，激發學生更多探究性思考，可以把學習延伸到課堂之外.“以問題為導向”的課堂教學模式把學生置于教學環節的中心地位，強調學生主動學習意識，從而培養學生分析問題、解決問題的能力.

研究表明，課堂中師生互動的頻次與質量成為本科生學習效果的一個重要指標，問題的設置儼然在此起著重要的連接作用.提問是教師工具箱中最重要的工具，如何打磨這些工具使學習效果最大化，值得教師付出不斷的努力和嘗試.

4 結論

“問題導向”式教學法以學生為中心，以問題為導向，目的是培養學生思考問題、解決問題和學以致用等諸多能力，而決定大學物理“問題導向”式教學模式成敗的關鍵在于：學生之間、師生之間能否順利進行問題的交互探討，通過教學過程，達到師生共進，提高教學質量.

教學改革和實踐不是一蹴而就的，需要經過精心設計課堂活動，獲得學生對教學內容、提問方式、學習方法、課堂節奏等方面的反饋，根據實情及時作出調整，積累大量第一手資料，并在實踐的過程加以消化并吸收.正因為教學方法比較新穎，教學實踐過程中必然會面臨各種狀況的出現，需要在嘗試的過程中逐漸地解決和完善，以求達到更好的教學效果，提高學生的綜合素質和創新能力.