大學(xué)物理3D課堂教改初探

葉興浩

摘 要：為培養(yǎng)兼具基本知識(shí)、創(chuàng)造能力、科學(xué)精神的立體型人才，文章探索一種以學(xué)生實(shí)踐為核心、以“制作、展示、研討”為主線的大學(xué)物理3D課堂教學(xué)模式，主要集中闡述了大學(xué)物理3D課堂的含義與目標(biāo)、框架體系及考核方法，并對3D課堂的未來規(guī)劃做以簡要的分析。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；大學(xué)物理；3D課堂

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-4107（2016）05-0012-03

大學(xué)物理是高校多數(shù)學(xué)生的必修課程。長期以來，包括該課程在內(nèi)的幾乎所有大學(xué)課程，采用的是傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，即教師一堂課講授到底，學(xué)生完全被動(dòng)聽課，最后期末考試一錘定音。這種從書本到書本、到試卷的教學(xué)方式，扼殺了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性?；萜展厩癈EO、不久前宣布參選美國總統(tǒng)的卡莉·費(fèi)奧里娜女士說，中國學(xué)生擅長考試，但缺乏想象力和創(chuàng)造精神[1]。這話雖有一竿子打死的味道，但確也道出了中國教育的要害。

物理學(xué)史上，我們看到，法拉第、富蘭克林等，雖然沒上過多少學(xué)，卻有偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造[2-4]。而我們現(xiàn)在的好多學(xué)生，從中學(xué)到大學(xué)，學(xué)習(xí)了那么多年的物理，做了那么多的題目，到頭來，卻連一個(gè)小物件壞了也不會(huì)修，甚至連一個(gè)螺釘也不會(huì)擰。如此反差，又是為什么呢？——?jiǎng)邮謱?shí)踐的問題！

注重理論聯(lián)系實(shí)際，讓學(xué)生在實(shí)踐中自主學(xué)習(xí)、探究創(chuàng)造，就是我們大學(xué)物理課堂教學(xué)改革的理念。這一理念，是基于對大學(xué)物理的教學(xué)現(xiàn)狀——也是對整個(gè)國家的教育現(xiàn)狀和人才問題的認(rèn)識(shí)。我們期望通過強(qiáng)化實(shí)踐創(chuàng)造的3D課堂教學(xué)模式的實(shí)施，為培養(yǎng)富有想象力和創(chuàng)造精神的新型人才探索一條路子，同時(shí)也從高等教育的層面呼應(yīng)當(dāng)今“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的國家戰(zhàn)略[5]。本文結(jié)合大學(xué)物理3D課堂的教改運(yùn)作，對大學(xué)物理3D課堂的含義目標(biāo)、框架體系及考核方式進(jìn)行梳理，對3D課堂的初步實(shí)踐加以總結(jié)，并對3D課堂的未來發(fā)展做出規(guī)劃。

一、大學(xué)物理3D課堂的含義與目標(biāo)

大學(xué)物理3D課堂的“3D”，指的是“Do，Display，Discuss”，即“制作、展示、研討”（圖1）。其中“制作”是課堂外的實(shí)踐活動(dòng)，作品的“展示”在課堂上進(jìn)行，展示過程中進(jìn)行課堂“研討”，且問題及實(shí)踐的研討可以在課外進(jìn)一步向網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)及實(shí)踐空間延伸。概括地說，大學(xué)物理3D課堂就是，在教師精心點(diǎn)撥大學(xué)物理核心知識(shí)體系、學(xué)生精心制作課題報(bào)告和實(shí)物裝置的基礎(chǔ)上，定期組織課題和實(shí)物的課堂展示與問題研討。以課題報(bào)告、實(shí)物制作、研討作業(yè)、期末考試四項(xiàng)內(nèi)容綜合評定學(xué)生的課程成績。3D課堂將教室里的小課堂，拓展到了教室外的大課堂，課堂的主體是學(xué)生，教師發(fā)揮引導(dǎo)作用。

3D課堂的目標(biāo)是培養(yǎng)三維立體創(chuàng)造型人才。這三個(gè)維度分別是：知識(shí)（K-knowledge）、能力（C-capability）、精神（S-spirit），即物理基本知識(shí)、實(shí)踐創(chuàng)造能力、科學(xué)探究精神（圖2）。這里，知識(shí)維度是傳統(tǒng)課堂教學(xué)的目標(biāo)，能力維度是大學(xué)物理3D課堂著力追加的目標(biāo)，精神維度則是3D課堂更高境界的追求目標(biāo)。具體地講，這三大目標(biāo)是：（1）知識(shí)目標(biāo)：大學(xué)物理3D課堂實(shí)施“瘦身”學(xué)習(xí)法，化繁為簡，去瑣存精，把最基本的大學(xué)物理思想方法、概念關(guān)系、定理定律、典型應(yīng)用等核心內(nèi)容，作為學(xué)生的知識(shí)架構(gòu)目標(biāo)。（2）能力目標(biāo)：大學(xué)物理3D課堂注重學(xué)以致用，以用促學(xué)。學(xué)生通過3D課堂的學(xué)習(xí)實(shí)踐，不僅增長知識(shí)，更增長才干。實(shí)物制作培養(yǎng)動(dòng)手實(shí)踐創(chuàng)造能力，報(bào)告制作培養(yǎng)調(diào)研分析處理能力；課堂展示培養(yǎng)表達(dá)應(yīng)對溝通能力，互動(dòng)研討培養(yǎng)提問質(zhì)疑探究能力等。其中培養(yǎng)想象力和創(chuàng)造力是貫穿這些能力的核心。（3）精神目標(biāo)：大學(xué)物理3D課堂在創(chuàng)新教學(xué)模式、培養(yǎng)實(shí)踐技能的同時(shí)，更追求學(xué)生科學(xué)精神的提升。這些精神包括實(shí)干精神、創(chuàng)新精神、懷疑精神、挑戰(zhàn)精神、冒險(xiǎn)精神、吃苦精神、執(zhí)著精神、合作精神、獨(dú)立思考精神等，以及好奇、童心、熱愛等品質(zhì)因素。

二、3D課堂的框架體系

大學(xué)物理3D課堂首先進(jìn)行小班試驗(yàn)。班級(jí)人數(shù)不超過40人，根據(jù)自愿組合原則，組建10個(gè)左右的學(xué)習(xí)小組。課堂教學(xué)緊緊圍繞“制作、展示、研討”三個(gè)D展開（圖3）。

第一個(gè)D“制作”，是學(xué)生的課外實(shí)踐。除了精選適當(dāng)數(shù)量的知識(shí)作業(yè)要求學(xué)生完成外，更注重課題研究和實(shí)物制作兩大實(shí)踐作業(yè)。課題研究要求選擇與課程相關(guān)，同時(shí)又可作知識(shí)拓展的不同方面的內(nèi)容。實(shí)物制作要求兼顧本學(xué)期的知識(shí)體系，選取感興趣的方面，盡可能利用身邊閑置的乃至被廢棄的材料，動(dòng)手制作體現(xiàn)一定物理學(xué)原理的實(shí)物裝置。這兩大實(shí)踐作業(yè)，均以小組為單位，人人參與，個(gè)個(gè)動(dòng)手，合作完成，按計(jì)劃分期進(jìn)行課堂展示。

第二個(gè)D“展示”，在課堂上進(jìn)行。除了教師把精心梳理的大學(xué)物理核心知識(shí)向?qū)W生生動(dòng)展現(xiàn)外，更引入學(xué)生課題研究和實(shí)物制作的展示。課題研究以精心準(zhǔn)備的PPT報(bào)告進(jìn)行課堂展示，小組成員集體匯報(bào)他們對選取課題所做的系列工作。實(shí)物制作以精心制成的器件裝置進(jìn)行課堂演示，報(bào)告所制作物件的物理原理、制作經(jīng)歷及收獲體會(huì)等。對于每一次的課題報(bào)告及實(shí)物展示，均要求組員人人上場，相互配合，作好演示、講解及問題回答工作。

第三個(gè)D“研討”，相當(dāng)大一部分在課堂上進(jìn)行，另外也向課外實(shí)踐空間及網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)延伸。每一次課題報(bào)告和實(shí)物展示之后，當(dāng)堂組織討論，以小組為單位，向講臺(tái)上的報(bào)告和實(shí)物展示組全體成員，提出涉及物理學(xué)原理、知識(shí)、應(yīng)用等方面的各種各樣的問題，進(jìn)行互動(dòng)研討。問題研討也包括，對教師精心選講的物理學(xué)基本思想方法、概念關(guān)系、定理定律及應(yīng)用實(shí)例，采用若干典型的思考選擇題進(jìn)行師生互動(dòng)研討。當(dāng)然，無論是課程知識(shí)方面的問題，還是課題研究和實(shí)物裝置涉及的問題，都不可能在有限的課堂時(shí)間里得到深入細(xì)致的討論。為此，我們將利用建設(shè)中的大學(xué)物理實(shí)踐中心及網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)交流平臺(tái)，把知識(shí)及實(shí)踐問題的研討延伸至課外。

在大學(xué)物理3D課堂中，制作實(shí)踐成為課堂教學(xué)改革的重頭戲。學(xué)生的課外制作實(shí)踐，及其在課堂上的展示和研討，可以輻射知識(shí)、能力乃至精神的四面八方。通過3D課堂的“制作、展示、研討”，我們期望切切實(shí)實(shí)增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，提高解決實(shí)際問題的能力，提升敢于疑問、百折不撓、執(zhí)著奮斗的科學(xué)精神，造就富于想象和創(chuàng)造的時(shí)代人才。

三、3D課堂的課程考核方式

與“制作、展示、研討”的課堂構(gòu)架相配套，大學(xué)物理3D課堂采用形成性、多維評價(jià)課程考核體系。學(xué)生的期末總評成績由四個(gè)方面構(gòu)成。（1）研討作業(yè)：由課堂出勤、研討提問、課后作業(yè)三部分給出。（2）報(bào)告成績：由課題研究、PPT報(bào)告、問題回答綜合評定。（3）實(shí)物成績：由器件制作、演示講解、疑問答復(fù)綜合給分。（4）考試成績：期末試題分選擇題、計(jì)算題、簡述題三種題型，考查學(xué)生對最基本的概念關(guān)系、定理定律的把握，以及對課堂報(bào)告、實(shí)物制作、問題研討中涉及的物理學(xué)原理應(yīng)用內(nèi)容的了解。

以上四個(gè)部分，課題報(bào)告、實(shí)物制作、研討作業(yè)，各占總成績的20%，期末考試占40%，但期末考試中仍然要考到報(bào)告、實(shí)物、研討這三塊內(nèi)容，因此實(shí)質(zhì)上，課程報(bào)告、實(shí)物制作、研討作業(yè)、基本知識(shí)考試，各占了總成績的25%（圖4）。

四、3D課堂的初步實(shí)踐

筆者在2015年上半年的大學(xué)物理教學(xué)班上，嘗試了大學(xué)物理3D課堂教學(xué)模式。首先，確定了一學(xué)期必須教學(xué)的大學(xué)物理核心知識(shí)體系，設(shè)計(jì)了服務(wù)于該體系的各章知識(shí)練習(xí)，題型包括選擇題、計(jì)算題和簡述題，內(nèi)容涉及各章最基本的物理思想方法、概念關(guān)系、定理定律及工程應(yīng)用。其次，在課程開始，即向?qū)W生說明課程考核方式，宣布其由“課題報(bào)告”、“實(shí)物制作”、“研討作業(yè)”、“期末考試”四項(xiàng)構(gòu)成，以及各項(xiàng)所占總成績的比例。第三，根據(jù)自愿組合原則，對學(xué)生進(jìn)行分組，每組3到4人，讓各小組選擇配套本學(xué)期知識(shí)內(nèi)容的課題報(bào)告題目方向，約定分布到整個(gè)學(xué)期不同周次的具體報(bào)告時(shí)間。第四，下達(dá)實(shí)物制作任務(wù)，具體制作何種裝置由各小組自行決定，以與本學(xué)期知識(shí)相關(guān)為宜，于適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，在課堂上進(jìn)行作品展示討論。第五，對每一次的課題報(bào)告及實(shí)物展示，均組織課堂討論，以組為單位至少各提一個(gè)問題，請報(bào)告展示組人員回答或供大家集體研討。經(jīng)過近一個(gè)學(xué)期的教改實(shí)踐，這種以“制作、展示、研討”為主線的大學(xué)物理3D課堂教學(xué)模式已初具形式。

3D課堂的核心是實(shí)踐。一個(gè)學(xué)期下來，學(xué)生制作、展示、研討了《共振的應(yīng)用與危害》《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理》《生活中靜電技術(shù)的應(yīng)用》《電容器的分類及其應(yīng)用》《電磁技術(shù)與環(huán)境工程》《電磁效應(yīng)與醫(yī)學(xué)技術(shù)》《電磁技術(shù)與媒體應(yīng)用》《磁懸浮技術(shù)——原理、應(yīng)用及發(fā)展》等課題報(bào)告，以及直升飛機(jī)模型、飛去來器、重力小車、聲學(xué)共振裝置、航模動(dòng)力裝置、磁懸浮裝置、靜電轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、直流發(fā)電機(jī)、太陽能動(dòng)力裝置、光立方、電子音樂發(fā)生器、電子錄放機(jī)等實(shí)物裝置。這些實(shí)踐活動(dòng)體現(xiàn)了“學(xué)、思、干”三者的有機(jī)結(jié)合——以實(shí)踐帶動(dòng)學(xué)思，學(xué)思又更好地推動(dòng)實(shí)踐。例如，《電磁線圈與現(xiàn)代生活》課題報(bào)告的制作，引發(fā)自感互感、渦流效應(yīng)等多方面知識(shí)的學(xué)習(xí)和思考，進(jìn)一步又催生電磁效應(yīng)探礦裝置等的制作。又如，電聲弦樂器的制作，帶出電磁感應(yīng)、振動(dòng)、駐波、頻率與弦長關(guān)系、十二平均律等眾多的知識(shí)內(nèi)容，進(jìn)一步又促成收音機(jī)、無線播音器等多種器件的制作實(shí)踐。

以實(shí)踐帶動(dòng)學(xué)習(xí)的大學(xué)物理3D課堂，大大改變了學(xué)生以往被動(dòng)學(xué)習(xí)的狀態(tài)，代之而來的是主動(dòng)學(xué)習(xí)、積極探索、勤于實(shí)踐的嶄新局面。分組制作、集體研討的教學(xué)方式，以一個(gè)小組的報(bào)告和實(shí)物的課堂展示，帶動(dòng)起整個(gè)班級(jí)的學(xué)習(xí)、探索、實(shí)踐，形成一個(gè)整體輻射效應(yīng)，其激勵(lì)效果十分明顯。學(xué)生學(xué)習(xí)積極性提高，參與性增強(qiáng)，上課玩手機(jī)、打瞌睡等消極現(xiàn)象消除，教學(xué)效果良好。

五、未來規(guī)劃

為更好實(shí)施大學(xué)物理3D課堂教學(xué)改革，有兩個(gè)平臺(tái)需要建設(shè)。

（一）制作實(shí)踐平臺(tái)

大學(xué)物理3D課堂，原則上可以因地制宜、白手起家，不需要特別的硬件條件。但我們期望為學(xué)生提供一個(gè)堅(jiān)實(shí)的課外實(shí)踐平臺(tái)。為此，計(jì)劃創(chuàng)建“大學(xué)物理實(shí)踐中心”。該中心區(qū)別于一般的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室，它不是安排好實(shí)驗(yàn)器材讓學(xué)生按部就班做某個(gè)確定的實(shí)驗(yàn)，而是著力營造兩個(gè)空間：動(dòng)手制作的實(shí)踐空間——為學(xué)生制作實(shí)物裝置提供一處公共實(shí)踐場地，以及一些必備的儀器工具材料，便于學(xué)生相互交流研討、發(fā)揮想象、動(dòng)手創(chuàng)造；示范激勵(lì)的展示空間——為3D課堂教改實(shí)踐提供一處經(jīng)常性的成果展示場地，通過系列作品的展出，既給學(xué)生以示范激勵(lì)，也為教師相互交流、觀摩研討、分享教改提供渠道。

（二）完善網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)

由于課時(shí)的限制，一些物理知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)需要放到課外。為此，將制作與課程配套的知識(shí)視頻、PPT課件、練習(xí)題庫等，把它們放到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，供學(xué)生課外預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)和研討。同時(shí)，也可利用網(wǎng)絡(luò)空間，展開課外制作實(shí)踐的互動(dòng)研討。

隨著3D課堂教改實(shí)踐的展開，教師將及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)方法，提升教學(xué)效果和質(zhì)量。通過一系列的深入實(shí)踐探索，不斷豐富3D課堂教學(xué)模式的內(nèi)涵，打造課堂教學(xué)模式改革的精品，并適時(shí)撰寫大學(xué)物理3D課堂教改論文及課程教材，將3D課堂教學(xué)模式由個(gè)人試點(diǎn)，逐步向系、院、校乃至更大范圍推廣。

大學(xué)物理3D課堂教學(xué)模式，基于對國家的教育狀況和人才問題的認(rèn)識(shí)，以培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)、富于想象、執(zhí)著探索的立體型創(chuàng)造型人才為主旨，圍繞“制作、展示、研討”三大環(huán)節(jié)，強(qiáng)化理論與實(shí)踐的結(jié)合，使學(xué)生在掌握物理學(xué)基本理論知識(shí)的同時(shí)，更得到實(shí)際能力的提高、興趣愛好的激勵(lì)和精神意志品質(zhì)的提升。課程采取形成性綜合考核方式，以課題報(bào)告、實(shí)物制作、研討作業(yè)、期末考試四塊內(nèi)容確定學(xué)生的總評成績。在教改實(shí)踐中，教師對3D課堂教改模式的框架體系、實(shí)施策略、關(guān)鍵問題、方式方法等已形成初步的認(rèn)識(shí)，取得了較好的教學(xué)效果。未來制作實(shí)踐和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)兩大平臺(tái)、課程教材等方面的建設(shè)，以及教改實(shí)踐中的不斷摸索總結(jié)、交流研討、改進(jìn)提高，將使3D課堂教改模式走向成熟完善，并向更大的班級(jí)、課程、地域范圍推廣普及。

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