融入創新方法的大學物理課程教學改革

張化福

（山東理工大學物理與光電工程學院，山東 淄博 255000）

0 引言

在“提高自主創新能力，建設創新型國家”的發展戰略下，創新創業教育已成為高等學校人才培養的重要內容。大學物理課程在培養理工科專業學生創新精神、創新意識及提高學生分析問題和解決問題能力等方面具有其他課程不可替代的重要作用。為更好地滿足我校創新人才培養的需要，我們對創新思維和方法應進行了學習和研究，并在大學物理課程的教學過程中進行了探索應用。

1 創新方法融入大學物理課程教學的探索

1.1 創新方法師資隊伍建設

要在大學物理課程的教學過程中融入創新方法，首先要進行創新方法方面的師資建設。盡管我們從教多年，有豐富的教學經驗，但對創新方法尤其是在教學中的應用了解不多。因此，要在教學過程中恰當融入創新方法，必須組建創新方法教學團隊，通過參加學校組織的培訓、報告以及自學等方式進行創新方法的系統學習和研究討論。創新方法有很多種，常見的有16種，如表1所示。團隊教師要對每一個創新方法進行深入討論分析，尤其是這些創新方法的應用范圍、應用原則和使用方法。此外，還要通過典型案例的學習、分析與討論來提升實際應用能力。需要說明的是，以往的典型案例大都是針對實際工程應用的，而大學物理的內容主要是一些基本概念、實驗定律和定理等基礎理論。因此，已有的典型案例經驗無法直接遷移到大學物理課程。與工科課程或有應用背景的課程相比，在大學物理課程中融入創新方法的難度要大得多，這要求教師團結協作共同探索，并對應用效果進行反思和總結，然后進行改進和提高。

表1 16種典型創新方法

1.2 可融入創新方法的教學內容研究探索

需要特別注意的是，在大學物理課程中融入創新方法的目的是提高教學質量，提升學生的創新能力，而不是生硬地把創新方法應用到大學物理課程中。應用創新方法時一定要結合大學物理課程的知識結構與特點。大學物理是非物理類理工科學生的一門基礎課，其內容主要包括力學、熱學、振動和波、電磁學、光學及相對論等。該課程的特點是概念多、理論抽象難懂、相關知識點容易混淆、對高等數學知識要求高等。首先，列出有待于融入創新方法的知識點，這里需要列出的是課程中的重點、難點及易錯易混淆的知識點，而不是簡單、容易理解、好掌握的知識點。然后，把創新方法和知識點分別作為橫坐標和縱坐標，在坐標系中把兩者能結合的點用星號標注出來，從而篩選出可融入創新方法的知識點。對篩選出的知識點做進一步的分析，并標注出融合程度。例如，學習角量和剛體定軸轉動時，綜攝法具有較高的融合度；學習電磁感應時，智力激勵法具有較高的融合度；學習電場、磁場、光的干涉時，思維導圖法具有較高的融合度。對融合度高的知識點進行深入研究討論，制定出切實可行的融入方案，利用啟發式、探究式、小組合作討論等教學模式，對角量、剛體定軸轉動、電磁感應、光的干涉等知識點進行教學方式方法的探索與研究。

1.3 創新方法融入教學的典型案例

下面通過兩個典型的例子來看一下創新方法在大學物理課程中的具體應用。首先看一下綜攝法在學習剛體定軸轉動時的應用。在大學物理課程中，剛體定軸轉動是一個重點，同時也是一個難點。在課堂上，學生要在幾個學時（約4個學時）學習幾個重要的概念（如轉動慣量、力矩）和公式（如轉動定律和角動量守恒定律），并且在處理問題時還要用到很多物理量，如表2所示。這使得多數學生感到學習困難，公式不好掌握，記不住、容易混淆。考慮到學生對質點的平動知識非常熟悉，而剛體的定軸轉動和質點的平動又有很多相似之處，因此我們在學習過程中融入了綜攝法。在學習過程中，利用類比、聯想、遷移等方法，學生很容易就能掌握這些概念和公式，并且還不易忘。在利用核心知識點轉動定律求解定軸轉動問題時，可從選取研究對象、受力分析、列方程、物理量之間的關系討論等方面類比牛頓第二定律，從而能使學生在較短時間內掌握好轉動定律。同時，教學過程中，創新方法的融入過程也增強了學生的創新意識、提高了學生的創新能力。

表2 利用綜攝法學習剛體的定軸轉動

下面再來看一個利用思維導圖梳理電場知識的例子。電場是大學物理課程的一個核心知識點，既是前面力學知識的延伸與拓展，也是后續磁場、電磁感應及光學知識的重要基礎。同時，這部分知識也是學習的難點，概念多、抽象難懂、知識脈絡關系復雜。在多年的教學過程中，我們發現，在課堂上講解某一知識點時，學生理解掌握情況還可以，但是等學完電場之后，學生容易把知識點弄混淆，有些學生分不清電場強度和電勢，有些學生分不清真空、導體和介質等，出現這些情況的原因在于學生知識脈絡不清。為此，我們構建了電場的思維導圖，如圖1所示。很顯然，該圖清晰明了地給出了靜電場的知識脈絡，重點知識、各知識點之間的關系等一目了然。教學實踐表明，思維導圖有助于學生把握好知識結構和脈絡，進而提高教學質量。

圖1 電場的思維導圖

2 結論

將創新方法融入大學物理課程的教學改革，需要從創新方法師資隊伍建設、教學內容、創新方法融入方式等方面開展全面系統的研究。首先篩選出融合度高的知識點，然后經過研究討論設計好融入方案，之后在教學過程中進行實踐，并根據應用效果進行反思和改進。實踐表明，在大學物理課程中恰當地融入創新方法，有利于提高教學質量，培養學生的創新能力。