大學(xué)物理課程教學(xué)設(shè)計(jì)策略優(yōu)化＊
——以《霍爾效應(yīng)》教學(xué)為例

莫政楓，唐慧敏

（廣西師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣西 桂林 541004）

0 引言

大學(xué)物理作為理工科專業(yè)的基礎(chǔ)學(xué)科，對學(xué)生科學(xué)思維的提升和專業(yè)課理論基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)具有“打地基”的作用，其重要性不言而喻，此外，高中新課程的改革發(fā)展，對大學(xué)物理教學(xué)帶來了沖擊[1]，如何與時(shí)俱進(jìn)，如何使學(xué)生在有限的課時(shí)內(nèi)掌握好大學(xué)物理課程內(nèi)容，是擺在高校物理教師面前的難題，也是高校教師教學(xué)能力的體現(xiàn)。本文以“霍爾效應(yīng)”一課的教學(xué)設(shè)計(jì)為案例，探討大學(xué)物理課程的教學(xué)策略。

1 大學(xué)物理課堂教學(xué)現(xiàn)狀

大學(xué)物理課程作為高等院校理工科類學(xué)生的一門必修基礎(chǔ)課程，對理工科大學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、科學(xué)思維的培養(yǎng)具有極其重大的意義，因此，其教學(xué)質(zhì)量直接關(guān)乎著學(xué)生的未來發(fā)展，目前大學(xué)物理課堂教學(xué)仍存在著一些問題：

（1）傳統(tǒng)的大學(xué)物理教學(xué)方法僅限于板書講解或在PPT 上堆砌大量理論公式，缺乏互動(dòng)和實(shí)踐教學(xué)，教學(xué)方法和手段單一，教學(xué)缺乏趣味性，偏重于理論灌輸，學(xué)生學(xué)習(xí)難度較大[2]，學(xué)生認(rèn)為物理學(xué)難且無趣，積極性和主觀能動(dòng)性降低，學(xué)習(xí)效率下降。

（2）高校過于看重最終考核成績，以結(jié)果為導(dǎo)向，受功利性和效益性驅(qū)動(dòng)較多，不重視難以量化的價(jià)值性目標(biāo)，只注重知識(shí)性目標(biāo)[3]，因此，常常忽略了思想、精神及國家情懷等對學(xué)生發(fā)展的影響，如何緊跟時(shí)代發(fā)展和要求，上好大學(xué)物理課，是高校一線教師亟待解決的問題。

2 課例“霍爾效應(yīng)”教學(xué)設(shè)計(jì)流程

課程教學(xué)流程如圖1 所示，主要從四個(gè)維度進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)：學(xué)生活動(dòng)，教學(xué)流程，教師活動(dòng)，以及思政融入。教師提前在課堂派發(fā)布預(yù)習(xí)作業(yè)，學(xué)生于課前完成預(yù)習(xí)；在新課導(dǎo)入階段，教師通過自制教具提問引發(fā)學(xué)生思考，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生回顧洛倫茲力相關(guān)知識(shí)，完成知識(shí)正向遷移；在新課講授階段，以霍爾效應(yīng)的原理和實(shí)際應(yīng)用為教學(xué)重點(diǎn)，以分組討論和講授為教學(xué)手段完成新授課，同時(shí)在講授過程中融入相關(guān)思政元素；在鞏固提高階段，充分利用“課堂派”在線教學(xué)平臺(tái)與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)測試，獲得及時(shí)的教學(xué)反饋，在課堂小結(jié)階段，教師概括總結(jié)本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容并結(jié)合學(xué)生課堂表現(xiàn)，互動(dòng)答題情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，課后在“課堂派”上公布課后作業(yè)。

圖1 “霍爾效應(yīng)”教學(xué)設(shè)計(jì)

3 大學(xué)物理優(yōu)質(zhì)課教學(xué)設(shè)計(jì)策略

3.1 注重科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)

課程指導(dǎo)委員會(huì)制定了大學(xué)物理課程的教學(xué)基本要求，并以此作為教學(xué)指導(dǎo)性文件[3]，在培養(yǎng)目標(biāo)方面，其重視基礎(chǔ)，強(qiáng)化應(yīng)用，注重科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，注重學(xué)生全面和諧發(fā)展，以適應(yīng)社會(huì)對應(yīng)用型人才的需要。依據(jù)這一要求，本節(jié)課從知識(shí)、過程和情感態(tài)度三個(gè)維度將學(xué)習(xí)目標(biāo)確定為：

（1）掌握霍爾效應(yīng)的原理、了解霍爾效應(yīng)在科技和生活中的具體應(yīng)用；

（2）通過霍爾效應(yīng)微觀機(jī)制的分析，提高邏輯推導(dǎo)能力；通過了解霍爾效應(yīng)的具體應(yīng)用，提升解決實(shí)際問題的能力；學(xué)生通過課堂互動(dòng)題目，分組討論并總結(jié)回答，樹立學(xué)生與人交流、勇于表達(dá)想法的意識(shí)；

（3）通過了解霍爾效應(yīng)的學(xué)術(shù)成果及中國科學(xué)家的研究成果，激發(fā)愛國情懷和自豪感，提高學(xué)習(xí)物理的熱情。

本節(jié)課的重點(diǎn)是霍爾效應(yīng)的原理和應(yīng)用，難點(diǎn)是霍爾電壓和霍爾系數(shù)的理論推導(dǎo)，在利用自制教具演示實(shí)驗(yàn)激趣的前提下，結(jié)合PPT 動(dòng)畫展示和學(xué)生分組討論的方法引導(dǎo)學(xué)生思考并解決問題，完成了知識(shí)技能和過程方法的學(xué)習(xí)目標(biāo)，并引導(dǎo)學(xué)生將掌握的霍爾效應(yīng)相關(guān)知識(shí)遷移到具體應(yīng)用中，突出理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)理念，符合“大學(xué)物理”課程的對應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)要求。此外，介紹我國科學(xué)家在霍爾效應(yīng)研究上取得的重要成果，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和自豪感，堅(jiān)持學(xué)生主體，緊扣科學(xué)素養(yǎng)。

3.2 銜接高中新課改理念下的教學(xué)模式

大學(xué)物理是以培養(yǎng)和提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為目標(biāo)的一門基礎(chǔ)課程[4]，在新課改大背景下，大學(xué)物理教師也應(yīng)掌握高中物理新課改教學(xué)理念，做好大學(xué)與高中的銜接。高中物理新課改的基本教學(xué)思路是：以學(xué)生為主體，以探究為主，以實(shí)踐為核心，以解決問題為導(dǎo)向，以形成知識(shí)結(jié)構(gòu)為目標(biāo)，這種教學(xué)模式不僅注重知識(shí)的傳授，更強(qiáng)調(diào)學(xué)生主動(dòng)參與、思考、實(shí)踐和創(chuàng)新[5]。

本節(jié)課的教學(xué)始終堅(jiān)持學(xué)生主體，教師主導(dǎo)，師生共同學(xué)習(xí)的教學(xué)理念，積極營造良好地互動(dòng)氛圍，促進(jìn)學(xué)生思維活化，較好地遵循了這一基本教學(xué)思路。如學(xué)習(xí)霍爾效應(yīng)的原理和微觀機(jī)理，教師結(jié)合精美的PPT動(dòng)畫展示，簡明直觀，提高學(xué)生感性認(rèn)識(shí)，并通過引導(dǎo)性提問的方式，引導(dǎo)學(xué)生通過自主思考和探究，從而發(fā)現(xiàn)和理解霍爾效應(yīng)的規(guī)律和特點(diǎn)，感性認(rèn)識(shí)上升至理性認(rèn)識(shí)。例如，通過提問：“磁場中電子受力如何？會(huì)如何運(yùn)動(dòng)？”“為什么在磁場中，電子運(yùn)動(dòng)會(huì)引起霍爾電壓的產(chǎn)生？”等一系列問題，引導(dǎo)學(xué)生思考和探究，加深對霍爾效應(yīng)的理解，突破重難點(diǎn)。在教學(xué)霍爾效應(yīng)在半導(dǎo)體材料中的應(yīng)用方面，教師引導(dǎo)學(xué)生以小組討論的形式開展探究活動(dòng)，使學(xué)生能夠解釋“利用霍爾效應(yīng)測量載流子濃度”和“利用霍爾效應(yīng)判斷半導(dǎo)體類型”兩個(gè)問題，提高學(xué)生自主解決問題的能力，學(xué)以致用。在實(shí)際應(yīng)用和拓展部分，介紹磁流體發(fā)電、汽車工業(yè)上應(yīng)用和學(xué)術(shù)成果，課堂內(nèi)容現(xiàn)代化，并引導(dǎo)學(xué)生自主尋找素材并當(dāng)堂分享，強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際，將理論知識(shí)應(yīng)用于生活、生產(chǎn)和社會(huì)實(shí)踐中。形成了從理論知識(shí)到應(yīng)用技能的知識(shí)結(jié)構(gòu)鏈。

3.3 重視自制教具的開發(fā)使用

自制教具在教育教學(xué)中易于表達(dá)教師的獨(dú)創(chuàng)性，引發(fā)學(xué)生的直覺興趣[6]，本節(jié)課教師制作較為簡便直觀的自制霍爾效應(yīng)電路演示燈泡發(fā)光現(xiàn)象，學(xué)生觀察到當(dāng)條形磁鐵靠近霍爾元件時(shí)燈泡發(fā)光，而遠(yuǎn)離霍爾元件或者用條形磁鐵另一端靠近時(shí)燈泡不亮，以此作為課堂導(dǎo)入，可引起學(xué)生思維沖突，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，建立高效課堂。此外，該導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)的另一作用是給學(xué)生以啟發(fā)，即以霍爾效應(yīng)原理為基礎(chǔ)的霍爾元件可應(yīng)用于與磁相關(guān)的各種領(lǐng)域中，如磁控?zé)舻龋c后面霍爾效應(yīng)應(yīng)用的教學(xué)過程相呼應(yīng)。

該自制教具遵循直觀、便捷、高效低成本的原則[7]，用一塊長方形軟木板作背景板，將整個(gè)霍爾電路直接嵌在背景板上，電路結(jié)構(gòu)一目了然，演示時(shí)打開開關(guān)，將事先準(zhǔn)備好的條形磁鐵對準(zhǔn)其中的霍爾元件，就可觀察到燈泡的亮暗情況，教具如圖2 所示。

圖2 霍爾開關(guān)演示實(shí)驗(yàn)教具及制作原理圖

3.4 重視課堂思政元素的引入

大學(xué)物理作為本科教育的公共基礎(chǔ)課，更應(yīng)該將思想政治教育穿插在教學(xué)的方方面面，堅(jiān)持將立德樹人作為教育的中心環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)教書育人的根本任務(wù)[8]。教師應(yīng)提高思政意識(shí)，整合思政教學(xué)資源，挖掘教學(xué)內(nèi)容中的思政元素，采用多樣化的教學(xué)方法和信息化的教學(xué)手段或直接或潛移默化地進(jìn)行思政教育，把思政育人目標(biāo)列入教學(xué)目標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)思政元素與大學(xué)物理內(nèi)容有機(jī)融合，以達(dá)到立德樹人的目標(biāo)。

本節(jié)課在知識(shí)拓展部分介紹清華大學(xué)薛其坤教授團(tuán)隊(duì)在量子反常霍爾效應(yīng)研究上取得的重要成果，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感。并設(shè)計(jì)了互動(dòng)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生查閱資料尋找科研背后的故事并通過“課堂派”教學(xué)平臺(tái)的“話題”功能分享自己的思政心得收獲，學(xué)生積極發(fā)言，取得了良好的課堂效果。充分發(fā)揮了課程思政立德樹人的作用。

3.5 善用在線教學(xué)平臺(tái)輔助教學(xué)

隨著智能化教學(xué)愈發(fā)普及，以“課堂派”“微助教”和“雨課堂”等為代表的在線課堂管理平臺(tái)也得到了廣泛關(guān)注，許多高校教師也隨之探索出了基于多樣化的教學(xué)方法和教學(xué)手段。以課堂派為例，教師可通過課堂派發(fā)布課程內(nèi)容、話題討論、課堂作業(yè)和測驗(yàn)，這樣學(xué)生可以在課堂上通過手機(jī)或電腦同步做題和作業(yè)，教師也可以即時(shí)獲取學(xué)生的學(xué)情反饋，通過這種方式，增強(qiáng)學(xué)生的課堂參與度和興趣。本節(jié)課利用教學(xué)互動(dòng)平臺(tái)“課堂派”實(shí)現(xiàn)線上線下混合教學(xué)，主要由以下兩個(gè)方面體現(xiàn)：

課前預(yù)習(xí)：提前在平臺(tái)發(fā)布預(yù)習(xí)作業(yè)，要求學(xué)生簡要闡述霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的原因及其微觀機(jī)制，為了完成任務(wù)，學(xué)生會(huì)提前預(yù)習(xí)相關(guān)基礎(chǔ)概念，教師可了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，為新課做準(zhǔn)備（如圖3 所示）。

圖3 課堂派預(yù)習(xí)作業(yè)

課堂互動(dòng)練習(xí)：在“課堂派”平臺(tái)發(fā)布霍爾效應(yīng)當(dāng)堂練習(xí)，學(xué)生片刻思考后提交答案，旨在檢測學(xué)生對霍爾效應(yīng)的理解，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，適時(shí)調(diào)整講課進(jìn)度。之后展示學(xué)生答題結(jié)果，提問學(xué)生選題依據(jù)，根據(jù)學(xué)生回答問題給出相應(yīng)表現(xiàn)獎(jiǎng)勵(lì)，加強(qiáng)評(píng)價(jià)促學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生參與每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性（如圖4 所示）。

圖4 學(xué)生答題情況

4 結(jié)語

作為一門工科類必修基礎(chǔ)課程，大學(xué)物理的重要性不言而喻，本文簡要指出了目前大學(xué)物理課堂教學(xué)過程中的一些問題，并以“霍爾效應(yīng)”的教學(xué)過程為例，希望通過重視大學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，明確培養(yǎng)目標(biāo)，銜接高中新課改教學(xué)理念，重視自制教具激趣，重視引入思政元素，善用在線教學(xué)平臺(tái)輔助整個(gè)教學(xué)流程等策略，優(yōu)化大學(xué)物理教學(xué)，讓大學(xué)物理課堂不再滿堂充斥著理論灌輸和公式推導(dǎo)，以此提高學(xué)生對物理的興趣和能力。需要注意的是，在實(shí)際教學(xué)過程中，教師的教學(xué)風(fēng)格、學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)條件等錯(cuò)綜復(fù)雜，因此，教師要與時(shí)俱進(jìn)，堅(jiān)持“育人為本”的教育理念，牢牢把握教學(xué)改革方向，及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)理念，使教學(xué)手段多樣化，構(gòu)建高效課堂。