高校項目式物理課堂改革的研究

林斯樂 連赟猛

(福建農(nóng)林大學(xué)金山學(xué)院 福建 福州 350001)

引言

在高校的課程設(shè)置中，普通物理是理工科學(xué)生的公共基礎(chǔ)課[1]。物理學(xué)是一切自然科學(xué)的基礎(chǔ)，其主要作用是幫助學(xué)生建立自然科學(xué)基礎(chǔ)理論，以便更好的學(xué)習(xí)專業(yè)課內(nèi)容[2]。對于物理專業(yè)的學(xué)生來說，通過一定量的數(shù)學(xué)、物理習(xí)題訓(xùn)練，使得自己掌握物理學(xué)相關(guān)定律，是很重要的學(xué)習(xí)過程；然而，對于其他非物理學(xué)專業(yè)的理工科學(xué)生，相關(guān)的數(shù)學(xué)物理訓(xùn)練可能存在難度大、缺乏專業(yè)課銜接等問題[3]。從學(xué)以致用的角度來說，學(xué)生經(jīng)歷物理解題訓(xùn)練不容易對物理產(chǎn)生興趣，影響了物理教學(xué)效果[4-5]。針對普通物理的應(yīng)用型課程改革，不但有利于非物理學(xué)專業(yè)的理工科學(xué)生掌握必備的物理學(xué)知識，而且能夠訓(xùn)練他們把物理學(xué)知識應(yīng)用到實際的生產(chǎn)生活中去[6-8]。

工程師的工作重點是解決一系列生產(chǎn)異常問題，當(dāng)前高校中，普通物理的傳統(tǒng)教學(xué)模式無法服務(wù)于以工程師為培養(yǎng)目標(biāo)的教學(xué)過程，更加突出了傳統(tǒng)普通物理課程的不合理性，使得高校物理課程處于尷尬的地位[9]。而應(yīng)用型課程的改革，恰好可以解決這個問題[10-12]。

本文將以“靜電場”為例，介紹針對普通物理的項目式課堂改革的措施和研究成果。將學(xué)生分為空白組和實驗組，通過對靜電場的相關(guān)知識內(nèi)容進(jìn)行項目式教學(xué)改革，分析教學(xué)效果。

1 普通物理課程改革措施——以靜電場章節(jié)教學(xué)為例

根據(jù)當(dāng)代教學(xué)理論，學(xué)生是課堂教學(xué)的主體，項目式學(xué)習(xí)可以為學(xué)生創(chuàng)造沉浸式學(xué)習(xí)體驗，進(jìn)而完成既定教學(xué)目標(biāo)。

項目式課堂要求學(xué)生在組隊參與項目的過程中，完成各自負(fù)責(zé)的子任務(wù)，共同推動項目的最終完成。其改革措施主要是減少傳統(tǒng)習(xí)題講解，增加貼近生活、貼近教學(xué)班專業(yè)特點的實例分析以及必要的訓(xùn)練。應(yīng)注意的是，雖然是針對應(yīng)用實踐能力的培養(yǎng)，但并不是意味著物理基礎(chǔ)知識的講解可以忽視，因此實例分析安排在基礎(chǔ)知識的講解之后。在實際操作中，以電氣工程與自動化專業(yè)的學(xué)生組成2個教學(xué)班。顯然，普通物理的諸多章節(jié)中，“靜電場”、“穩(wěn)恒磁場”、“變化的電磁場”這3章內(nèi)容跟教學(xué)班的專業(yè)最為接近。因此，以“靜電場”相關(guān)知識的實踐鍛煉為主要訓(xùn)練內(nèi)容。具體來說，“靜電場”共安排8個學(xué)時，其中傳統(tǒng)理論教學(xué)4個學(xué)時(庫侖定律、高斯定理、環(huán)路定理、電勢、靜電場中的導(dǎo)體)，后4個學(xué)時安排應(yīng)用型教學(xué)內(nèi)容。

在總學(xué)時中插入了項目式教學(xué)內(nèi)容，傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容中涉及到難度較高的，微積分、矢量分析較復(fù)雜的內(nèi)容將被刪減。

特別的，首先建立課堂文化對于項目式教學(xué)效果具有重大意義。基本的教學(xué)過程設(shè)計思路為先通過建立安全、開放的課堂文化，讓學(xué)生敢于提問，敢于發(fā)表觀點。再通過頭腦風(fēng)暴的形式激活學(xué)生的思路，豐富學(xué)生完成項目的素材。最后通過學(xué)生的分組作業(yè)，完善作品后在課堂上分享。

1.1 建立課堂文化

適當(dāng)?shù)恼n堂文化會激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，鼓勵學(xué)生提出問題和分享觀點。特別是面對內(nèi)斂的學(xué)生，羞于提出自己的意見，不利于后續(xù)頭腦風(fēng)暴活動的開展。另一方面，作為公共基礎(chǔ)課，高校物理課堂的教學(xué)班學(xué)生人數(shù)較多，傳統(tǒng)課堂文化很難兼顧到每個學(xué)生，讓每個學(xué)生能夠分享自己的觀點。

利用適合的信息化線下教學(xué)工具則可以克服上述的難題，建立開放的課堂文化。例如雨課堂可以實現(xiàn)以學(xué)生提交標(biāo)簽的形式，收集學(xué)生的問題和觀點。雨課堂標(biāo)簽展示的形式是匿名的，學(xué)生提交的時候并沒有心理負(fù)擔(dān)。

特別的，對于錯誤的觀點，教師應(yīng)以幽默的方式介紹，點到為止，鼓勵更多的學(xué)生發(fā)表更多的觀點。在課堂氛圍熱烈后，鼓勵更多的學(xué)生直接發(fā)言，分享觀點。

在建立課堂文化之后，教師只要進(jìn)行點到即止的指導(dǎo)與評價，學(xué)生就能繼續(xù)發(fā)表自己的觀點，為后續(xù)的頭腦風(fēng)暴和項目的最終達(dá)成打好基礎(chǔ)。

1.2 頭腦風(fēng)暴

解決同一個問題，方法和手段可以有多種。通過頭腦風(fēng)暴，學(xué)生能夠想出多種多樣的解決問題的思路，這些思路又能夠激發(fā)更多的思路。因此，這一階段主要讓學(xué)生收集完成項目的所需素材。

頭腦風(fēng)暴階段，教師應(yīng)具體的提出一個或幾個待解決的問題，并告知學(xué)生這些問題即為項目的主題。例如，針對靜電場教學(xué)內(nèi)容，可以設(shè)計的問題有：如何利用靜電場原理，設(shè)計一款可以攀爬玻璃墻面的手套。該例題涉及到“尖端放電”、“電場中的電介質(zhì)”、“庫侖定律”等知識點。

1.3 分組任務(wù)與展示

分組任務(wù)以課后作業(yè)形式進(jìn)行，每個小組指派一位學(xué)生為負(fù)責(zé)人，推進(jìn)項目進(jìn)度。

展示環(huán)節(jié)在課堂上進(jìn)行，每個小組輪流介紹各自的項目方案。其他組同學(xué)可以提問，質(zhì)疑。

1.4 總結(jié)

教師對各組項目方案點評，總結(jié)出可靠方案。

2 課程改革效果與分析

為了評估項目式教學(xué)的成果，講學(xué)生分為實驗組和對照組，共2個教學(xué)班分別進(jìn)行教學(xué)。僅對實驗組進(jìn)行應(yīng)用型教學(xué)，對空白對照組學(xué)生進(jìn)行傳統(tǒng)教學(xué)。

2.1 建立評估標(biāo)準(zhǔn)

評估標(biāo)準(zhǔn)分為小組整體評估，和每個學(xué)生的評估，其權(quán)重與細(xì)節(jié)如表1所示。參與實驗組的學(xué)生，項目式課程評分作為平時成績的一部分。

表1 項目式課程評估標(biāo)準(zhǔn)

在后續(xù)的課程建設(shè)中，可以擴(kuò)大項目式課程的范圍，增高項目式課程的學(xué)時，并將項目式課程評分作為平時成績，同時降低期末考試成績的比重。

2.2 討論課分析

討論課以翻轉(zhuǎn)課堂的形式進(jìn)行，以“如何用靜電箱運(yùn)送劇毒帶電物質(zhì)”為題，引導(dǎo)學(xué)生分組討論，后由學(xué)生上臺分享。

在翻轉(zhuǎn)課堂的討論中，學(xué)生普遍能夠想到利用靜電力的平衡來固定搬運(yùn)物質(zhì)，但對于靜電箱內(nèi)的電荷移動缺乏認(rèn)識。教師通過引導(dǎo)討論，讓學(xué)生認(rèn)識到靜電力的平衡，和電荷的自由移動。

2.3 期末總評調(diào)整

為評估項目式教學(xué)效果，在期末試卷中設(shè)置相關(guān)應(yīng)用型問題，更能夠檢查學(xué)生是否掌握“應(yīng)用基礎(chǔ)理論解決實際問題”的技能。試卷中設(shè)置的問題是：如何設(shè)計一個靠電磁吸引的手套。該問題是簡答題，學(xué)生需要寫出具體的做法，畫出原理圖。考察的知識點是“庫侖定律”、“導(dǎo)體中的電荷”、“尖端放電”。問題相關(guān)知識點在傳統(tǒng)理論教學(xué)過程也重點介紹過，因此接受傳統(tǒng)教學(xué)模式的對照組學(xué)生也有能力作答。

通過對比實驗組和空白組學(xué)生的得分情況，可以評估項目式教學(xué)的效果。

3 總結(jié)

對于應(yīng)用型高校， 普通物理的課程培養(yǎng)模式應(yīng)該做出適當(dāng)調(diào)整，以適應(yīng)新階段培養(yǎng)目標(biāo)。經(jīng)過對比，傳統(tǒng)的普通物理教學(xué)模式(理論教學(xué)、答題考試)培養(yǎng)的學(xué)生不擅長將理論知識應(yīng)用到具體實踐問題，其應(yīng)用型問題的評分較低；而在課程中加入應(yīng)用型內(nèi)容講解和訓(xùn)練的學(xué)生在應(yīng)用型問題的評分相對較高。因此，在普通物理課程中融入應(yīng)用型的課程內(nèi)容，對于提高教學(xué)質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用。同時，也是應(yīng)用型高校的培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成的重要手段之一，對普通物理課程未來的改革發(fā)展有重大的意義。