案例教學(xué)在專業(yè)物理教學(xué)中的應(yīng)用探索
——以“功能材料”課程為例

劉 源

(上海理工大學(xué) 理學(xué)院,上海 200093)

案例教學(xué)在專業(yè)物理教學(xué)中的應(yīng)用探索
——以“功能材料”課程為例

劉 源

(上海理工大學(xué) 理學(xué)院,上海 200093)

物理教學(xué)中引入案例教學(xué)對(duì)人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高有著重要的意義。案例式教學(xué)法可縮短教學(xué)與實(shí)際生活情境的差距,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,從而更好地掌握理論,并開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)際解決問(wèn)題的能力。物理專業(yè)課程“功能材料”具備采用該法的基本條件,通過(guò)課前提供案例供學(xué)生調(diào)研、閱讀、分析和思考,在課堂上以討論、分析、總結(jié)的形式開(kāi)展教學(xué),可充分利用有限的學(xué)時(shí),有效提高教學(xué)效果。

專業(yè)物理課程;功能材料;案例教學(xué);教學(xué)質(zhì)量

近年來(lái),在高等院校本科教育中,創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)已被提到了前所未有的高度,這既是當(dāng)前國(guó)際科技競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)代要求,也是落實(shí)科學(xué)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)科技強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的迫切需要。然而,創(chuàng)新思維與能力并不是“空中樓閣”,而是建立在一定的專業(yè)基本能力與學(xué)科素質(zhì)基礎(chǔ)上,并經(jīng)過(guò)一定的訓(xùn)練而產(chǎn)生[1]。因此,就物理專業(yè)教學(xué)而言,精品本科教育的一個(gè)重要環(huán)節(jié),應(yīng)是多途徑、多渠道培養(yǎng)大學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)與信息的能力、正確采集與處理數(shù)據(jù)的能力、準(zhǔn)確描述并分析物理過(guò)程的能力、縝密的邏輯推理能力等[2-3]。在當(dāng)前選修課程學(xué)時(shí)有限的前提下,為了在物理專業(yè)選修課程的課堂教學(xué)中達(dá)到上述目的,對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方法的改革勢(shì)在必行。

“案例教學(xué)法”是哈佛大學(xué)法學(xué)院提出的一種教學(xué)方法,是指在教師指導(dǎo)下,根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容需要,選擇具體案例,組織學(xué)生對(duì)案例調(diào)查、思考、分析、討論和交流等活動(dòng),并引導(dǎo)學(xué)生自主探索和學(xué)習(xí)新的知識(shí)與技能,培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)知、分析和解決問(wèn)題的綜合能力的一種教學(xué)方法[4-5]?！鞍咐虒W(xué)法”在法律、工商管理、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的運(yùn)用已經(jīng)相當(dāng)普遍,但在專業(yè)物理教學(xué)中應(yīng)用還較少,需要探索和嘗試。

與經(jīng)管、文法等學(xué)科不同,物理教學(xué)中并非所有的教學(xué)內(nèi)容都適合使用案例教學(xué)法開(kāi)展教學(xué),因此,教師準(zhǔn)確把握教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn),慎重選擇案例材料,有效組織、引導(dǎo)學(xué)習(xí)活動(dòng),成為能否成功發(fā)揮案例教學(xué)法的優(yōu)勢(shì),真正有效提升教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵[6-8]。教師需通過(guò)深入研究教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo),圍繞課程重點(diǎn)和難點(diǎn),根據(jù)不同層次學(xué)生特點(diǎn),通過(guò)查找、調(diào)研等方式收集、篩選和編寫(xiě)案例,建立案例庫(kù),并通過(guò)運(yùn)用反饋加以完善。只有選擇了合適的案例,教師才能在案例教學(xué)中更好地選擇教學(xué)行為、設(shè)計(jì)教學(xué)形式、組織教學(xué)過(guò)程。

一、“功能材料”課程運(yùn)用案例教學(xué)的可行性

上海理工大學(xué)應(yīng)用物理專業(yè)所開(kāi)設(shè)的專業(yè)選修課程——“功能材料”,從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)角度具備采用案例教學(xué)法的基本條件和先天優(yōu)勢(shì)。

(一)“功能材料”課程特點(diǎn)及傳統(tǒng)教學(xué)方式的缺陷

功能材料學(xué)科是一門新興的綜合學(xué)科,與許多學(xué)科交叉,涉及的領(lǐng)域很廣,現(xiàn)已成為材料學(xué)科中最活躍的前沿學(xué)科分支之一。由于材料科學(xué)發(fā)展的日新月異,任何一本教材都不可能將所有材料最新的研究進(jìn)展囊括。而且每一種材料從縱深來(lái)講實(shí)際上代表了一個(gè)學(xué)科的歷史發(fā)展與科研前景。例如,幾乎所有功能材料教材都會(huì)重點(diǎn)介紹的超導(dǎo)材料,追蹤其歷史,是低溫物理學(xué)的發(fā)展史[9];而展望其未來(lái),近100年的研究,尤其是近30年高溫超導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展綜合了實(shí)驗(yàn)物理和理論物理的最新進(jìn)展,是必須了解和深入探討的[10]。另外,多種功能材料在不斷發(fā)展的過(guò)程中已經(jīng)形成為獨(dú)立的學(xué)科,如發(fā)光材料、磁性材料、薄膜材料等,目前都已形成獨(dú)立的學(xué)科。因此,這樣一門領(lǐng)域?qū)拸V的學(xué)科,僅僅依靠傳統(tǒng)的、學(xué)時(shí)有限的課堂教學(xué)方式很難引領(lǐng)學(xué)生既了解材料發(fā)展的歷史,又關(guān)注相應(yīng)的研究前沿,達(dá)到讓學(xué)生對(duì)整個(gè)學(xué)科領(lǐng)域有廣度和深度的認(rèn)識(shí)。另外,對(duì)于這樣一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的專業(yè)物理課程來(lái)講,傳統(tǒng)教學(xué)方式通常會(huì)脫離實(shí)際環(huán)境,僅僅流于若干定義和概念,或是一些經(jīng)驗(yàn)公式,而對(duì)于相應(yīng)材料研究的進(jìn)展和實(shí)際應(yīng)用情況很難有正確的認(rèn)識(shí)。

(二)案例教學(xué)應(yīng)用的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

在案例教學(xué)中,通過(guò)精心組織案例的選擇與編寫(xiě)工作,建立案例庫(kù),并提前提供給學(xué)生作為課外前期準(zhǔn)備和閱讀調(diào)研的材料,從而將知識(shí)的傳授延伸至課外,在合理組織和指導(dǎo)學(xué)生參與的前提下,可充分和有效利用學(xué)生的課堂延續(xù)時(shí)間。因此,從教學(xué)效果角度看,案例法的使用有下述特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

1.理論與實(shí)際相結(jié)合(案例類型——生活實(shí)例)

在物理專業(yè)教學(xué)中引入案例教學(xué)法,可使教師既注重理論教學(xué)環(huán)節(jié)更注重實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。在物理案例教學(xué)的實(shí)施過(guò)程中,通過(guò)組織學(xué)生對(duì)所選案例進(jìn)行討論,可使學(xué)生有針對(duì)性地運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)去發(fā)現(xiàn)、分析和解決實(shí)際問(wèn)題,從而加深對(duì)理論知識(shí)的理解。

在案例選擇上,可結(jié)合教材中特定功能材料的基本定義及理論,以日常生活中已實(shí)用化的具體應(yīng)用為案例,引導(dǎo)學(xué)生將理論與實(shí)際相結(jié)合。例如,在熱電材料的教學(xué)過(guò)程中可以采用包括圖片、視頻等在內(nèi)的延伸材料,具體介紹熱電材料在車載冰箱、飲水機(jī)上的應(yīng)用實(shí)例,以及在野外作業(yè)和偏遠(yuǎn)山區(qū)使用的小型電器上的應(yīng)用,這些業(yè)已實(shí)現(xiàn)的功能材料應(yīng)用實(shí)例可以讓學(xué)生了解如何學(xué)以致用,以及該材料今后的研究目標(biāo)和發(fā)展方向。

2.歷史與前沿融會(huì)貫通(案例類型——科技文獻(xiàn))

案例法可以通過(guò)包括最新發(fā)表的研究成果等延伸閱讀材料,以全貌向?qū)W生展示每一種功能材料的發(fā)展歷史和應(yīng)用前沿。例如,講授超導(dǎo)材料時(shí),通過(guò)提供給學(xué)生相關(guān)的低溫物理學(xué)史的資料,以及每年在此領(lǐng)域最新的研究成果(包括實(shí)驗(yàn)上的突破、最新的理論計(jì)算和分析結(jié)果等)讓學(xué)生在課外閱讀,以便在課上更好的掌握超導(dǎo)材料的相關(guān)知識(shí)。因此,在教學(xué)中這樣一種不斷發(fā)展的功能材料不能固守一成不變的教材,而應(yīng)與時(shí)俱進(jìn),始終跟蹤最前沿的科研動(dòng)態(tài),采用案例法教學(xué)通過(guò)合適選材將整個(gè)教學(xué)過(guò)程與材料的歷史發(fā)展融會(huì)貫通是達(dá)到這一目標(biāo)的最好方法。

3.理想與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合(案例類型——影視作品)

科技的發(fā)展離不開(kāi)材料,幾乎所有圍繞高科技題材的影視作品,其中令人目不暇接的科技特效無(wú)不依靠一定的功能材料而實(shí)現(xiàn)。例如,風(fēng)靡一時(shí)的007系列,特工007所使用的各種高科技酷炫道具無(wú)不是功能材料的具體應(yīng)用或是未來(lái)研究的方向。其中,影片《擇日再死》中關(guān)于隱身材料的實(shí)現(xiàn)原理有一段足夠科學(xué)的演示過(guò)程,非常適合供學(xué)生在學(xué)習(xí)隱身材料時(shí)觀看、討論,以加深對(duì)該材料物理原理的理解。又如,科幻影片《火星救援》中大量功能材料的應(yīng)用已不是科學(xué)幻想,而是早已實(shí)現(xiàn),如影片中采用放射性同位素作為熱源的熱電發(fā)電器(RTG),早在1977年,美國(guó)發(fā)射的旅行者(voyager)飛船中就安裝了1 200個(gè)這樣的熱電發(fā)電器。在學(xué)習(xí)熱電材料時(shí),這些影視作品可以給學(xué)生以具體的學(xué)以致用的圖景,并且,這些膾炙人口的影視作品也更容易吸引學(xué)生的注意力。

4.課內(nèi)與課外互相補(bǔ)充

在傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程中需要遵循的原則包括思想性與科學(xué)性的結(jié)合、能力培養(yǎng)與知識(shí)掌握的結(jié)合、理論與實(shí)際的結(jié)合以及學(xué)生主體性與教師主導(dǎo)性的結(jié)合。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用案例教學(xué)法開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)可 以讓教學(xué)原則得到進(jìn)一步的拓展。通過(guò)對(duì)案例的分析和課外調(diào)研,學(xué)生不僅可以學(xué)到有關(guān)功能材料的基本物理理論知識(shí),而且可以提高掌握和運(yùn)用相關(guān)知識(shí)的能力。在教學(xué)安排上,課內(nèi)教學(xué)以講授基本概念和理論以及圍繞案例的討論、分析和總結(jié)為主,課外則以調(diào)研和閱讀、觀看教師提前提供的文獻(xiàn)或影視資料為主,并在思考和分析的基礎(chǔ)上總結(jié)整理。

二、案例教學(xué)法在教學(xué)中的應(yīng)用

(一)案例選擇應(yīng)遵循的原則

為提高案例的層次和質(zhì)量,豐富本土化的案例素材,建立真正適合本專業(yè)、本課程學(xué)生需要的案例教材,在案例的選擇和編寫(xiě)過(guò)程中應(yīng)遵循典型性、新穎性、適用性的原則,圍繞本課程所講授的基本理論和方法選擇和編寫(xiě)案例。同時(shí),要注意案例的難易程度應(yīng)與學(xué)生的接受能力相適應(yīng),以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性和主動(dòng)性,提高案例教學(xué)的效果。

(二)以案例教學(xué)為載體構(gòu)建新型教研機(jī)制

1.案例的準(zhǔn)備階段

案例的準(zhǔn)備是案例教學(xué)展開(kāi)的基礎(chǔ),在這一環(huán)節(jié)中,教師布置案例材料讓學(xué)生進(jìn)行準(zhǔn)備,同時(shí)教師要對(duì)該案例及其相關(guān)材料進(jìn)行熟悉和準(zhǔn)備。學(xué)生得到案例資料以后,要先閱讀案例,對(duì)案例中的各項(xiàng)內(nèi)容了解清楚,借助各種手段和工具來(lái)充分理解案例及問(wèn)題。之后,對(duì)案例問(wèn)題進(jìn)行分析,寫(xiě)下自己的觀點(diǎn)或問(wèn)題解決辦法。

2.案例研究討論階段

案例教學(xué)的實(shí)施不是簡(jiǎn)單的例子+理論解釋的過(guò)程,而是教師啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生對(duì)案例進(jìn)行思考、推理、辨析和總結(jié)的過(guò)程。案例教學(xué)過(guò)程可分兩個(gè)階段進(jìn)行:第一階段是針對(duì)某些知識(shí)點(diǎn)展開(kāi)的課外案例教學(xué),學(xué)生通過(guò)課外分組討論、分析、研究案例,自主學(xué)習(xí)某些知識(shí),并用所學(xué)的知識(shí)與技能來(lái)分析和解決實(shí)際問(wèn)題;第二階段是依據(jù)課堂教學(xué)目標(biāo)與內(nèi)容進(jìn)行的課內(nèi)案例教學(xué),教師以具體的實(shí)例向?qū)W生提供一個(gè)或若干生動(dòng)實(shí)景,引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)分析解決實(shí)際問(wèn)題。一般情況下采取小組討論的形式進(jìn)行,即學(xué)生通過(guò)準(zhǔn)備階段的閱讀、研究、分析獲得自己關(guān)于案例問(wèn)題及討論問(wèn)題的見(jiàn)解后,便可進(jìn)入小組討論階段。教師在這一環(huán)節(jié)中則應(yīng)通過(guò)各種辦法促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行思考,闡述自己的觀點(diǎn),同時(shí)提供各種理論、資料,有效地引導(dǎo)課堂討論的方向。

3.評(píng)價(jià)總結(jié)階段

這一階段主要是根據(jù)案例教學(xué)實(shí)施過(guò)程中學(xué)生的表現(xiàn)、小組討論結(jié)果來(lái)進(jìn)行總結(jié)和評(píng)估,并且為以后的案例教學(xué)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié),根據(jù)采取的模式不同而評(píng)估方法也有所不同,課內(nèi)案例教學(xué)將學(xué)生的參與度、活躍程度以及創(chuàng)新性等作為依據(jù)給予評(píng)價(jià);課外案例教學(xué)則是根據(jù)每個(gè)小組所提交的成員自評(píng)、互評(píng)表以及小組討論過(guò)程記錄表等作為依據(jù)來(lái)給予評(píng)定,并且將此作為期末學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)的依據(jù)。

三、結(jié)束語(yǔ)

在專業(yè)物理教學(xué)中采用案例法教學(xué)是一種新的嘗試和探索。任何一種教學(xué)方法都不是萬(wàn)能的,如何將案例教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等融合,使教學(xué)效果達(dá)到最優(yōu)狀態(tài),進(jìn)一步提升教學(xué)質(zhì)量和水平,值得所有專業(yè)教師深入研究與探索。

[1]趙凱華.物理教育與科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)[J].大學(xué)物理,1995,14(8):2-6.

[2]李川勇,王慧田,宋峰,等.中國(guó)大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競(jìng)賽及其對(duì)培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的作用[J].大學(xué)物理,2012,31(5):1-4.

[3]張晚云,曾交龍,陸彥文,等.依托大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競(jìng)賽培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才[J].大學(xué)物理,2011,30(6):35-37.

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(編輯: 鞏紅曉)

Case Study in Teaching the Courses of Physics:A Case Study of the Course “Functional Materials”

Liu Yuan

(CollegeofScience,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,China)

It is of great significance to apply case study to teaching physics in order to improve the quality of talent cultivation.This method can connect classroom teaching with daily life,and arouse students’ interests,Furthermore,undergraduates can improve their awareness of innovation as well as problem-solving ability,In teaching the course “Functional Materials”,the author finds that case study is an effective way in course study.Students investigate cases,read the course book,analyze the cases before class,and discuss in class,so that teachers can make full use of the limited class time,Thus,grately improve the teaching effect.

coursesofphysics;functionalmaterials;casestudy;teachingquality

2016-07-29

上海理工大學(xué)教師教學(xué)發(fā)展研究項(xiàng)目(CFTD16048Y);滬江基金(B14004);上海理工大學(xué)“精品本科”系列教材——《大學(xué)物理基礎(chǔ)》項(xiàng)目(2015-JPBKJ-018)

劉 源(1975-),女,講師。研究方向： 大學(xué)物理教學(xué)、光學(xué)薄膜研究。E-mail:yuanliu@usst.edu.cn

G 642

A

1009-895X(2017)01-0087-04

10.13256/j.cnki.jusst.sse.2017.01.017