問題引導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)為本大學(xué)物理教學(xué)

陶永梅，朱素華，張惠國

（常熟理工學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500）

大學(xué)物理是理工科院校各專業(yè)學(xué)生都要學(xué)習(xí)的一門基礎(chǔ)課，是涉及到各個學(xué)科并與科技前沿、實(shí)際應(yīng)用緊密聯(lián)系的課程。大學(xué)物理的教學(xué)，一方面是為學(xué)生打好必要的物理基礎(chǔ)，另一方面是使學(xué)生初步學(xué)會科學(xué)的思維和研究問題的方法，起著增強(qiáng)適應(yīng)能力、開闊思路、激發(fā)探索和創(chuàng)新精神，提高科學(xué)素質(zhì)等重要作用［1，2］。

由于大學(xué)物理涉及的面廣，不同專業(yè)對大學(xué)物理的具體要求不一樣，教學(xué)過程中通常將大學(xué)物理分為多個層次，分別針對不同學(xué)習(xí)要求的學(xué)生展開。實(shí)際教學(xué)中，針對學(xué)生在學(xué)習(xí)大學(xué)物理時興趣不高，學(xué)習(xí)效果差的情況，教研組對大學(xué)物理教學(xué)方法進(jìn)行了探索。針對理工科院校應(yīng)用型教學(xué)要求，提倡以學(xué)生為主體，問題為引導(dǎo)的分級教學(xué)；單獨(dú)設(shè)計課后習(xí)題，讓習(xí)題更接近實(shí)際應(yīng)用；同時重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將實(shí)驗(yàn)直接引入課堂，從各種實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)提高學(xué)生的動手與探究能力；另外，重新配置了教學(xué)資源，采用主講與助教配合的教學(xué)模式。

一、問題引導(dǎo)，分級教學(xué)

（一）內(nèi)容選擇

大學(xué)物理具有內(nèi)容多，教學(xué)對象廣的特點(diǎn)。其內(nèi)容在教學(xué)過程中需要有一定的選擇?！缎抡n程研究》2012年第4期的文章“工科大學(xué)物理教學(xué)改革的思考”給出了內(nèi)容設(shè)定的三條選擇依據(jù)［3］：1）教學(xué)內(nèi)容要背景化、過程化即教學(xué)內(nèi)容的選取要與學(xué)生所學(xué)專業(yè)有聯(lián)系，能結(jié)合學(xué)習(xí)的專業(yè)知識來講解教學(xué)內(nèi)容。2）教學(xué)內(nèi)容要新穎化、實(shí)用化。3）物理課堂教學(xué)中增加一定量的物理學(xué)史知識，可以通過活躍課堂氣氛，達(dá)到激發(fā)并保持學(xué)生興趣的目的，從而將學(xué)生的被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)。

在具體實(shí)施中，我們針對應(yīng)用型理工院校的專業(yè)特點(diǎn)，將大學(xué)物理從內(nèi)容上分為A，B，C三個類別，側(cè)重點(diǎn)和內(nèi)容有所不同，和專業(yè)相關(guān)性較強(qiáng)。大學(xué)物理A針對電類、計算機(jī)及機(jī)械等專業(yè)的學(xué)生；大學(xué)物理B針對化學(xué)、材料和生物等對實(shí)驗(yàn)和動手能力要求高的專業(yè)；大學(xué)物理C針對軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程等專業(yè)。

（二）形式選擇

講課過程中，我們注重對物理思想的闡述和物理規(guī)律如何用實(shí)驗(yàn)演示出來，而不去過多的追求嚴(yán)格的公式推導(dǎo)。用較多的時間提出問題，啟發(fā)學(xué)生思考，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論。實(shí)際教學(xué)中，課堂氣氛較為活躍。課堂上有了問題的引導(dǎo)，學(xué)生的參與程度較高，充分展示了學(xué)生創(chuàng)造性的思維能力，拓展了學(xué)生的思維訓(xùn)練。同時，講課時我們以實(shí)用性的問題為引導(dǎo)，針對不同專業(yè)對相應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行著重講述，比如對計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生可以結(jié)合電磁學(xué)、光學(xué)的知識，分析光盤、磁盤的讀寫原理及鼠標(biāo)定位的工作原理；而對電器專業(yè)，重點(diǎn)介紹如何運(yùn)用電磁感應(yīng)、渦電流知識分析電磁灶等電器工作原理。

（三）習(xí)題構(gòu)建

大學(xué)物理的一個重要環(huán)節(jié)是例題的講解和學(xué)生的習(xí)題訓(xùn)練，針對應(yīng)用型本科專業(yè)的培養(yǎng)要求，在習(xí)題選擇上根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐和科研中所涉及的真實(shí)物理現(xiàn)象和物理問題，重新編寫例題和習(xí)題，而不是針對抽象的模型來編寫。同時，我們根據(jù)物理學(xué)的發(fā)展以及各專業(yè)的需要及時調(diào)整內(nèi)容，使例題和習(xí)題充分體現(xiàn)物理在科技上的實(shí)際應(yīng)用。這樣增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，有利于培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力［4］。

二、開展課前演示實(shí)驗(yàn)，重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中具有極其重要的作用。著名物理學(xué)家楊振寧指出，“現(xiàn)象是物理學(xué)的根源”［5］。通過實(shí)驗(yàn)，難以理解的物理原理被轉(zhuǎn)化為直觀的物理現(xiàn)象，潛移默化中學(xué)生提高了學(xué)習(xí)興致與探究熱情。我們結(jié)合以問題引導(dǎo)的大學(xué)物理教學(xué)過程，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了大學(xué)物理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，主要從課堂演示實(shí)驗(yàn)、開放實(shí)驗(yàn)平臺、自制實(shí)驗(yàn)儀器、多媒體教學(xué)工具等四方面展開了教學(xué)的研究與實(shí)踐。

（一）課堂演示實(shí)驗(yàn)

物理演示實(shí)驗(yàn)是通過對具體物理現(xiàn)象的展示和將抽象的理論形象化，可以使學(xué)生通過觀察演示實(shí)驗(yàn)所表現(xiàn)出來的現(xiàn)象，激發(fā)他們的好奇心和求知欲［6］。在每節(jié)物理課前，我們根據(jù)授課內(nèi)容做一個小實(shí)驗(yàn)，提供學(xué)生可感知的物理知識，讓學(xué)生猜想實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，可以同時按照學(xué)生的思路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，演示過程中強(qiáng)調(diào)與學(xué)生的互動。演示實(shí)驗(yàn)的直觀性和生動性吸引了學(xué)生的注意力，增強(qiáng)了學(xué)生對物理現(xiàn)象的關(guān)注度，從而逐漸引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入物理世界。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心在此方面開展了較多的研究實(shí)踐［7］。

課堂教學(xué)是在有限的時間內(nèi)把規(guī)定的內(nèi)容詳細(xì)準(zhǔn)確地傳授給每一位學(xué)生，這就要求教師熟練掌握演示設(shè)備的技能，準(zhǔn)確地演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。課堂演示也對演示設(shè)備有一定要求，演示設(shè)備要求體積較小，便于攜帶，方便演示。如電磁學(xué)部分的靜電風(fēng)輪、避雷針等實(shí)驗(yàn)就非常適合課堂演示［8］。

演示實(shí)驗(yàn)?zāi)茏尦橄蟮母拍钭兊弥庇^。比如在磁場能量的講解中，通過小燈泡和大電感的并聯(lián)，閉合開關(guān)斷開后燈泡仍有一段時間是亮的，可用于引導(dǎo)學(xué)生尋找能量的來源，掌握抽象的磁場能量的概念。演示實(shí)驗(yàn)也能將學(xué)生的思維充分調(diào)動起來，如在講“楞次定律”時，可安排與學(xué)生互動的演示實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生自己設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案并親自動手演示，將結(jié)果同楞次定律的內(nèi)容進(jìn)行比對，從而實(shí)現(xiàn)對定律的理解和掌握。

部分難以用簡單儀器演示的實(shí)驗(yàn)也可以借助多媒體手段完成。如演示“帶電粒子在磁場中的運(yùn)動”時，由于傳統(tǒng)的靜態(tài)圖很難達(dá)到效果，可以利用多媒體展示帶電粒子在磁場中的圓周或者螺旋運(yùn)動以此分析討論粒子的運(yùn)動軌跡和磁場強(qiáng)弱、粒子電荷以及運(yùn)動速度的關(guān)系［9］。

（二）大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)開放平臺

在重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)的同時，大學(xué)物理教研組利用江蘇省教育廳于2005年批準(zhǔn)建設(shè)“江蘇省基礎(chǔ)課教學(xué)示范中心建設(shè)點(diǎn)”的契機(jī)，對原有的物理實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行了改建，規(guī)范了實(shí)驗(yàn)室的管理。經(jīng)過七年的努力，形成了重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)的大學(xué)物理教學(xué)體系，建成了具有先進(jìn)教學(xué)理念的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺。平臺實(shí)現(xiàn)了開放式的電子管理，學(xué)生能夠在網(wǎng)上注冊和選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，并利用實(shí)驗(yàn)中心的網(wǎng)絡(luò)資源完成實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)。實(shí)驗(yàn)室有專人坐班負(fù)責(zé)，在預(yù)定的工作時間，經(jīng)過登記的學(xué)生可自由進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室完成相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中有專職實(shí)驗(yàn)教師和學(xué)生助教的現(xiàn)場指導(dǎo)。

（三）自制實(shí)驗(yàn)儀器

物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象體現(xiàn)了物理學(xué)的規(guī)律，給同學(xué)們一個清晰的物理圖像。而獲取這個現(xiàn)象的過程，則進(jìn)一步重現(xiàn)了研究探索的過程。同時這一過程將物理知識和實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合，訓(xùn)練了學(xué)生理解和運(yùn)用物理知識的綜合能力。在教學(xué)過程中，讓學(xué)生分組進(jìn)入開放實(shí)驗(yàn)室，在高年級學(xué)生的帶領(lǐng)下完成實(shí)驗(yàn)儀器的制作訓(xùn)練，并利用自制儀器測量或重現(xiàn)一些簡單的物理現(xiàn)象。在力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，我們進(jìn)行了一系列儀器的制作。比如重力加速度實(shí)驗(yàn)，我們分別利用微型計算機(jī)的串行口和并行口，通過編程制作毫秒計以及搭建光電監(jiān)測放大電路，簡易的完成了加速度的測量。新制作的儀器可以被多個實(shí)驗(yàn)組分時共用，滿足實(shí)驗(yàn)中加速度的測量［10］。又如在彈性模量測試的實(shí)驗(yàn)中，我們改進(jìn)了傳統(tǒng)的拉伸法測彈性模量，利用縱振動測量方法，通過駐極體話筒收集音頻信號，再放大整形，然后由計算機(jī)串口接收處理，達(dá)到了較好的測量效果［11］。在電磁學(xué)、光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，我們也進(jìn)行了磁滯回線描繪自動化、弱振動測試系統(tǒng)等儀器的改進(jìn)工作［12，13］。通過學(xué)生參與物理實(shí)驗(yàn)儀器的制作，培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，重現(xiàn)了研究開發(fā)過程，在驗(yàn)證及探究物理原理時培養(yǎng)了提出問題、解決問題的能力和動手能力。

三、教學(xué)隊(duì)伍的配置及要求

（一）大學(xué)物理教學(xué)的教師配置

在問題引導(dǎo)，重視實(shí)驗(yàn)的大學(xué)物理教學(xué)過程中，問題的討論和實(shí)驗(yàn)的演示占據(jù)了不少時間，主講教師在課堂上一般講述的例題較少，而對于習(xí)題的答疑解惑時間也較少。針對這種情況，我們給一個主講教師配備了多個助教，協(xié)助主講教師的教學(xué)與輔導(dǎo)，彌補(bǔ)了習(xí)題和答疑交互的不足。助教一般由物理專業(yè)的高年級優(yōu)秀學(xué)生擔(dān)任，負(fù)責(zé)帶領(lǐng)小組學(xué)生做練習(xí)題并討論答疑。

（二）對任課教師的要求

在新的講課模式中，要求教師有較寬的知識面，能綜合運(yùn)用各個學(xué)科的知識，引導(dǎo)學(xué)生積極的分析與討論相關(guān)物理現(xiàn)象，并要求有較強(qiáng)的動手能力，嫻熟的完成各種演示實(shí)驗(yàn)。教師在上課前對課程的內(nèi)容和講解方式要做充分的備課，講課時思路清晰，生動活潑，與學(xué)生能充分的互動。同時，教師要能跟蹤科研前沿，拓寬學(xué)生視野，能夠運(yùn)用新的工具，完成數(shù)據(jù)的分析處理。

四、結(jié) 語

大學(xué)物理教學(xué)肩負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力和抽象思維能力、提高學(xué)生分析、解決問題能力和實(shí)踐操作能力的重任。本文從應(yīng)用性本科院校的物理學(xué)習(xí)入手，提出以問題引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)為本的大學(xué)物理教學(xué)方式，對大學(xué)物理教學(xué)方式進(jìn)行了探索。教學(xué)實(shí)踐表明，以問題引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)為本的大學(xué)物理教學(xué)能夠活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生的思維能力，并能有效提高學(xué)生的動手能力。

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