數學物理方法課程建設的探索與反思*

孫詠萍 楊 慧 李喜彬

(內蒙古師范大學物理與電子信息學院 內蒙古 呼和浩特 010022)

1 問題的提出

近年來,學校著力推進與提升本科教學的質量工程建設.然而,數學物理方法(以下簡稱數理方法)是一門公認的綜合性強、難教、難學的物理學專業課程,課程的建設與發展面臨著巨大挑戰.盡管在精品課程建設階段,數理方法已經被評為自治區級精品課程(2009年);如今,又在一流課程建設的大潮中被學校認定為重點培育課程(2018、2020),然而,在實際教學中,師生雙方都尚存不足.其一,教師需要在不斷的傳授已知、更新舊知、開掘新知、探索未知過程中,在教學理念、方法和手段等方面綜合進行合理且大膽的創新嘗試,充分發揮引領作用;其二,學生應該增強自主學習的意識,根據課程特點,發揮主觀能動性,實行課堂內外的有效學習.

基于觀察、訪談、調查問卷、學生日常表現、作業和學業成績,現將學生方面出現的主要問題進行匯總:

(1)學生高等數學知識單薄,且應用能力較差;

(2)先行課普通物理學知識掌握不夠,以致學生分析物理問題的思維緩慢,甚至難以進行;

(3)學習態度不夠積極,課堂參與度低.

為此,教學團隊一直致力于課程教學創新和改革的嘗試與實踐,取得了非常好的教學效果.以下主要從教學目標、教學模式、教學方法、教學評價4個維度進行具體說明,并提供結果分析例證.

2 教學創新與實踐

2.1 教學理念:融入課程思政理念 合理“深化”知識的育人價值

“課程思政”是教學創新的一個重要理念.專業課程應與思政課程一樣,在人才培養中同向同行,發揮協同效應[1].本課程的核心目標是培養學生基于數學物理方法的基本知識、理論與方法的理解,掌握建模知識、領悟求解數學物理定解問題的基本方法和培養學生分析問題、解決問題的能力.誠然,人才培養需要三位一體——價值塑造、能力培養和知識傳授,價值塑造是教育目標的最高階形式,是落實立德樹人根本任務的重要體現[2].因此,專業課程的質量建設應該將價值塑造和知識傳授體現在整個鍛煉和培養學生能力的過程中.

教學創新是課程改革的源泉與動力.在課程思政理念下,數理方法的課堂應該成為“課程思政”的主渠道之一.在實踐中,團隊在課程知識點(復變函數論與數學物理方程)與思政元素(價值觀、人生觀、科學精神、實事求是、團隊合作、家國情懷、民族精神[3]等)的契合上做了大量的探討.團隊定期一起聽課、評課、磨課,應用信息序列化加工理論[4]對教學內容進行模塊化處理;在如何以知識為載體的課程思政教學中,深入挖掘知識的育人價值,形成了具體至每一節課的教學設計,旨在達成課堂教學中的潛移默化、潤物無聲,實現智育與德育的統一.

“課程思政”拓寬了教師的教育觀,提高了課程思政意識,同時對教師提出了更高的要求.教育者須先受教育,要廣泛閱讀,既要有扎實的學科專業知識,又要有對學科敬畏欣賞的人文情懷[5];能自覺、自發地積累德育素材,建立德育元素庫,并將其自然融入于教學.教師必須反復思考、推敲和凝練:哪些知識點能夠“思政”,如何才能恰到好處,怎樣昭示教育的自然無痕之魅力.而且,知識學習和思政育人之間必須保持必要的張力,切忌過猶不及和本末倒置.

2.2 教學模式:線上線下混合式教學 充分“優化”學習資源的應用

基于對2016年全國高校數理方法教學會議內容的學習,團隊充分意識到:在新時代背景下,線上學習資源的開發與利用具有重要作用與價值.課程團隊實時關注和學習愛課程和中國大學慕課網MOOC平臺的公開課,獲得華中師范大學李高翔教授、北京大學吳崇試教授和武漢大學姚端正教授負責的數理方法成熟的網絡課程.體驗與調研的結果顯示:參與這3個網課學習的人數累計分別為14 381、170 567、64 404人(2018年統計)以及17 763、180 500、68 615人(2022年統計).討論和反饋區學生的發言生成了彼此互助式學習氛圍.

實際上,通過多方學習,2018年初,我們數理方法教學團隊開始著力建設本課程的線上學習資源;2019年,正式投入使用.在疫情期間,線上平臺及學習資源得到了充分利用.近年來,線上平臺建設與線下課堂形成了優勢互補[6],增強了學生與教師溝通的效度.學生線上學習的內容包括授課視頻、電子教案、教學大綱、教學內容、作業和試卷及參考答案,還有學生討論和反饋專區.

在本課建設中,團隊十分重視教學研討環節及教師業務水平的提高.線下——利用“教研組會”討論授課內容的教學設計,并付諸課堂教學實踐;線上——不斷整合優質教學視頻(學習通平臺中提供),發揮平臺的教學管理功能.數學物理方法線上資源內容豐富,很多優質課堂教學視頻皆可納入本課線上學習相應的章節中.因此,線上線下混合式教學充分優化學生對課程資源的利用,減少盲目性.很多學生,特別是數學和普通物理基礎薄弱的學生一致認為:線上學習令其受益頗多,可方便靈活地選擇學習時間,反復充電學習.

2.3 教學方法:問題驅動式教學 自然“強化”學習者的主體地位

在教學方法上,教師必須結合學情,堅持傳統與創新的教法優勢相輔原則,方能為提高課程質量、突出學習者主體地位提供自然恰當的路徑.近年來,隨著教育信息技術與教學的融合,課堂教學手段不斷推陳出新,從黑板至PPT、從線下至線上,形式多樣.然而,在積極嘗試多媒體技術下的視頻、音頻、動畫等融入課堂教學、應用可視化思維加強直觀性教學的同時,問題驅動始終是教學操作層面最核心和最基礎的元素[7],因此,問題驅動教學是確保課堂生態的關鍵.在教學中,學生始終是教學的主體;一定要體現和承認學生的主體地位,提高學生的參與度.

于此,問題驅動教學是教師基于學情預先規劃好的系列問題,啟發誘導學生積極思考,參與學習.它得以實現的方法是積極的互動——包括師生互動、生生互動、師師互動及教育和受教育者自己和自己的互動.大家(包括教師和學生)在互動的過程中一起共生成長,最終實現有效的教育和教學,鍛煉和培養出強大的應對未知的能力.特別是新冠疫情期間,問題驅動不失為線上教學的一個好方法.學生們在討論區里基于問題的互動討論不僅有助于知識的內化,而且有利于開闊思維,思想碰撞,創造共生式學習空間.這種互動無疑對學習者的主體地位起到了自然的強化作用.

團隊在教學方法的探索中一致認為:只有讓問題驅動成為教學的核心,才能讓學生真正成為主體.教學效果對被教育者是被動強迫還是主動自發地參與教學過程是很不一樣的.后者顯然要比前者的效果好很多.這也是當今教育體系都在從以教師為中心向以學生為中心進行轉變的根本原因,其中,學生的角色需要從過去傳統教學中的被動學習向現在和未來的主動進取轉化.因此,針對每一個知識點的教學,我們均以大小問題為驅動,教師積極發揮主導作用,進而打破了數理方法課堂教學中學生參與度低、教師一言堂的困窘局面.

2.4 教學評價:多元評價方式 有效“量化”學生的知識與能力

教學評價是課程建設的重要組成部分.從教師層面,教學評價可以提供教學反饋,促進教學改革;對學生而言,教學評價則能夠衡量學生學習水平的發展.傳統的學業成績評價方法就是以一套期末試卷分數量化學生的整個學習過程,這顯然是不夠全面的.

為此,在課程建設中,我們把構建合理有效的教學評價體系[8]作為重中之重.以促進學生發展的評價觀,我們討論了出勤、作業、提問、討論、視頻觀看、線上平臺訪問、期末考試等各項指標的合理權重,旨在形成多元的客觀且全面的評價方式,進而有效地量化學生的知識獲得和能力提升.于此,將近5年各級(2014-2020)物理學漢班學生的成績評定情況進行了匯總與比較(含3個指標),如表1所示.實踐證明,多元合理的評價方式增強了學生對學習過程的重視、對自己投入精力的認可,最終生發出更好地學習本課的自信與熱情.

表1 近5年物理學漢班數理方法期末成績匯總

數理方法線上教學部分截圖如圖1所示.

圖1 數理方法線上教學部分截圖

3 分析與總結

綜上所述,基于教學中存在的“痛點”——教師理念偏差、課程本身知識有難度、學生厭學等問題,教學團隊重提與強化“以學生為中心”的教育理念,進行了課程改革與創新,線上數理方法教學平臺建設取得了階段性進展(截圖所示,見圖1).數據顯示:每學期學習通平臺的使用對象是數理方法教學團隊和一個自然班;在57人組成的自然班中,平臺頁面累計瀏覽量達到171 971次.課程數據可直觀統計每月學生的平臺學習情況,教師任務點發布視頻占96.97%,文檔占3.03%,且可明晰展示學生課程學習進度;通過平臺還可以建設題庫資源,進行過程性教學評價和成績管理.因此,通過課程建設,線上數理方法教學平臺將會逐步積淀、更新和優化教學資源.

在課堂教學中,團隊更加重視物理課程的思想性和育人價值,進一步展開了大膽嘗試.在教學理念上,融入“課程思政”,突破難點、突出重點的同時,努力挖掘知識的育人價值;在教學模式上,積極實踐線上線下混合式教學,便于學生靈活進行課堂內外知識的銜接與鞏固;在教學內容上,依據學情,做了合理模塊化分解,力求教學符合學生內在的心理機制;在教學方法與手段上,以問題驅動展開教學,自然地應用講授法與討論法,充分融入現代教育技術手段,提高學生的課堂參與度;在教學評價方面,秉持發展的評價觀,采用多元化評價方法,旨在促進學生的全面發展、實現智育與德育的統一.