基于高中生物理基礎(chǔ)差異的分層次大學(xué)物理教學(xué)研究與實踐*

牟 冰　李 穎　馬麗珍　方立新

(中國海洋大學(xué)信息學(xué)院　山東 青島　266100)

1　引言

大學(xué)物理是我國高校大部分理工科專業(yè)的必修公共基礎(chǔ)課，這是因為物理學(xué)是一切自然科學(xué)的基礎(chǔ)，不僅為其他自然科學(xué)和各種技術(shù)提供科學(xué)理論依據(jù)，還可提供各種各樣的實驗手段、科學(xué)的研究方法和思維方法．更重要的是能夠使當(dāng)代大學(xué)生在掌握知識的同時，在辨證唯物主義世界觀、科學(xué)的審美觀、邏輯思維、創(chuàng)造能力等方面都得到陶冶．

在目前高考綜合改革制度下，大學(xué)新生的高中物理基礎(chǔ)存在更明顯的差異性．大學(xué)物理教學(xué)中，如果通過常規(guī)“一刀切”的模式開展教學(xué)，將很難獲得理想的教學(xué)效果，因此根據(jù)大學(xué)新生物理基礎(chǔ)差異開展分層次的大學(xué)物理教學(xué)是提高教學(xué)質(zhì)量的重要舉措[1～3]．

2　高中物理基礎(chǔ)差異調(diào)研和分析

根據(jù)《國務(wù)院關(guān)于深化考試招生制度改革的實施意見》(國發(fā)〔2014〕35號)，從2014年起覆蓋全國的考試招生制度改革工作已經(jīng)啟動，首批改革試點的上海市和浙江省高中生將于2017年9月升入大學(xué)．山東省與北京市、天津市、海南省被國家確定為第二批納入高考綜合改革的4個試點省份，自2017年高中入學(xué)新生開始，實施高考綜合改革．按照以“不分文理”、“按專業(yè)(類)投檔”、“考生自行組合選考科目”為最大特點的綜合改革方案，物理學(xué)科由原來的理科生必考科目改為選考科目．

目前的高中物理教材被分為了2個必修模塊和5個選修模塊，即使考生選擇物理作為考試科目，每個學(xué)?；蚴》輰x修模塊的要求也各不相同，從而進(jìn)一步導(dǎo)致大學(xué)生的物理基礎(chǔ)參差不齊．我們對中國海洋大學(xué)2015級來自26個不同省市的209名同學(xué)開展了問卷調(diào)查，48.8%的同學(xué)在高中沒有做過物理實驗，物理學(xué)不同知識模塊在高中的選修率如表1所示．

表1　物理學(xué)不同知識模塊在高中學(xué)習(xí)階段的選修率

3　分層次大學(xué)物理教學(xué)設(shè)計與實踐

針對目前學(xué)生基礎(chǔ)差異顯著的現(xiàn)狀，設(shè)計了3個層次的大學(xué)物理教學(xué)方案，如圖1所示．第一層次為基礎(chǔ)層次，通過開展針對性措施，為學(xué)生的大學(xué)物理學(xué)習(xí)夯實基礎(chǔ)．其后進(jìn)一步,將拓展思維和研究型教學(xué)做為提高層次，滿足學(xué)生對物理學(xué)習(xí)更多的求知需求．

圖1　分層次大學(xué)物理教學(xué)方案示意圖

3.1　夯實基礎(chǔ)

夯實基礎(chǔ)是大學(xué)物理的首要教學(xué)任務(wù)，通過引導(dǎo)選課、知識推送、管理促進(jìn)和作業(yè)強化4個模塊彌補學(xué)生物理基礎(chǔ)的不足．

引導(dǎo)選課.由于物理課程面向全校理工科學(xué)生，多名任課教師同時承擔(dān)，因此在選課階段，可通過設(shè)定選課先修建議，引導(dǎo)相同物理基礎(chǔ)特點的學(xué)生選擇相同的任課教師，盡可能統(tǒng)一同一選課班學(xué)生的物理知識基礎(chǔ)，以利于提高教學(xué)效果．但是由于學(xué)生物理基礎(chǔ)差異的復(fù)雜性以及課程開課時間的局限性，引導(dǎo)選課不能完全解決問題，因此需要任課教師在教學(xué)過程中進(jìn)一步進(jìn)行分層次教學(xué)．

知識推送.對于學(xué)生高中掌握情況差異較大的物理知識點，注重收集更多大學(xué)物理課程之外的輔助理解資料等，根據(jù)情況將其以自學(xué)材料或課前預(yù)習(xí)任務(wù)等形式推送給學(xué)生，以此讓學(xué)生在學(xué)習(xí)該知識點之前盡可能到達(dá)同一基礎(chǔ)．

管理促進(jìn).在具體的教學(xué)過程中，任課教師充分了解班級實際情況，建立多個互助學(xué)習(xí)小組，將不同物理基礎(chǔ)的學(xué)生安排在同一組．在授課過程中，以小組為單位布置相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)，激勵小組成員互相幫助，互相學(xué)習(xí)討論，從而令每個成員都能夠彌補各自薄弱的知識環(huán)節(jié)．

作業(yè)強化.由于學(xué)生高中物理知識的差異必然導(dǎo)致其大學(xué)物理內(nèi)容掌握的差異，因此需要通過作業(yè)重點強化基礎(chǔ)薄弱學(xué)生的學(xué)習(xí)．在作業(yè)布置中，根據(jù)學(xué)生的具體情況(課堂測驗、高中基礎(chǔ)等)為其定制作業(yè)，基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生為其增加基礎(chǔ)概念等方面的習(xí)題作業(yè)，不同掌握情況學(xué)生完成不同的作業(yè)．

以機械波部分舉例．機械波是大學(xué)物理的一個重要知識模塊和教學(xué)難點，為必修內(nèi)容，而其在高中物理中為選修內(nèi)容(以人民教育出版社高中教材為例)．根據(jù)中國海洋大學(xué)學(xué)生調(diào)研結(jié)果，有約33%的學(xué)生學(xué)習(xí)過該部分內(nèi)容，其他學(xué)生對該部分知識沒有任何基礎(chǔ)，因此該部分知識基礎(chǔ)的差異顯著．但是原有教學(xué)方式不注重考慮該種差異，則造成：若任課教師講授時知識點切入過快，沒有基礎(chǔ)的學(xué)生不易理解消化；而若任課教師講授時內(nèi)容展開過于細(xì)致，已有基礎(chǔ)的學(xué)生則感覺拖沓乏味，且影響教學(xué)進(jìn)度．

因此，在選課過程中可根據(jù)是否已學(xué)習(xí)過機械波相關(guān)知識推薦不同的任課教師，盡可能引導(dǎo)同一基礎(chǔ)的學(xué)生選擇相同的任課教師．在教學(xué)過程中，任課老師向未有機械波知識基礎(chǔ)的學(xué)生推薦高中教材相應(yīng)部分作為參考(如高中《物理·選修3-4》)，同時制作和收集機械波科普趣味性課件，將其分享推送給學(xué)生作為自學(xué)材料，以利于學(xué)生對波動抽象概念的理解．根據(jù)任教班級學(xué)生對機械波的掌握情況，任課教師為班級互助學(xué)習(xí)小組布置3～5個關(guān)于波動概念理解和應(yīng)用的習(xí)題．要求小組成員共同完成并將其計入平時成績考核．經(jīng)由課下準(zhǔn)備各學(xué)習(xí)小組通過板書或ppt形式為全班同學(xué)講解，同時回答任課教師或其他同學(xué)的提問，以此促進(jìn)小組各成員對知識點的深入掌握．在作業(yè)布置時，為沒有機械波基礎(chǔ)的學(xué)生增加高中物理水平的機械波基礎(chǔ)性問題和練習(xí)．

3.2　拓展思維

在大學(xué)物理課堂引入大學(xué)物理競賽題目，進(jìn)一步訓(xùn)練拓展學(xué)生物理思維．在大學(xué)物理課堂，若一味地針對基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生開展教學(xué)，勢必打擊知識掌握理想、基礎(chǔ)比較全面的學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性．中國海洋大學(xué)物理系已組織學(xué)生連續(xù)多年參加全國部分地區(qū)大學(xué)生物理競賽，任課教師通過多年積累獲取了針對物理類和非物理類大學(xué)生物理競賽的經(jīng)驗和素材．因此，在大學(xué)物理教學(xué)過程中，可選擇與教學(xué)大綱貼合的物理競賽題目作為拓展例題課堂講解，或?qū)⑵渥鳛檫x做課后作業(yè)，滿足對大學(xué)物理基本內(nèi)容學(xué)有余力學(xué)生的需求．

3.3　研究型教學(xué)

打破原有講授為主的授課方式，引入數(shù)值計算與模擬研究的教學(xué)方法，使學(xué)生變被動為主動.選擇一批有豐富物理內(nèi)涵且具有較大拓展空間的典型物理問題，如,小船過河、碰撞問題、剛體模型、偶極子模型、電磁場分布模型、各類統(tǒng)計分布模型、光衍射模型、氫原子模型、非線性擺模型、散射模型等．

例如，任課教師在課堂上介紹了幾個用Matlab程序求解運動學(xué)的范例，范例程序表明利用Matlab可以實現(xiàn)微積分的過程，把有限長的一個物理過程，分成許多微小過程來計算，再累積．受到啟發(fā)，有學(xué)生提出要用Matlab編程來解決其他運動學(xué)問題，在任課教師引導(dǎo)鼓勵下學(xué)生自己擬定了要解決的問題，課下探索完成．在之后的課堂上，學(xué)生將工作成果展示給其他同學(xué)，又引起同學(xué)們之間一系列的主動討論，教學(xué)相長得到完美體現(xiàn)．

4　結(jié)論

針對目前高中物理學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，本文對大學(xué)新生的高中物理基礎(chǔ)差異進(jìn)行了調(diào)研，發(fā)現(xiàn)除了力學(xué)和電磁學(xué)，其他模塊選修率均沒有超過60%，量子物理、相對論、機械振動和機械波模塊選修率均未超過35%；大學(xué)新生的高中物理基礎(chǔ)差異顯著，成為影響教學(xué)效果的一個重要因素．針對該現(xiàn)狀，設(shè)計了3個層次的大學(xué)物理教學(xué)方案．第一層次通過引導(dǎo)選課、知識推送、管理促進(jìn)和作業(yè)強化4個模塊彌補學(xué)生物理基礎(chǔ)的不足．第二層次在大學(xué)物理課堂引入大學(xué)物理競賽題目，進(jìn)一步訓(xùn)練其物理思維．第三層次引入數(shù)值計算與模擬研究的教學(xué)方法，使學(xué)生變被動為主動，從而更好地主動參與到研究性學(xué)習(xí)的教學(xué)活動中來．