基于物理實(shí)驗(yàn)欣賞課程的教學(xué)改革探索與實(shí)踐*

魏 環(huán) 薄惠豐

(華北理工大學(xué)理學(xué)院 河北 唐山 063210)

中科院《2007科學(xué)發(fā)展報(bào)告》中提出：“……在國(guó)民科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)中，基礎(chǔ)科學(xué)教育，包括物理教育具有其獨(dú)特的地位.求新、求美、求真、良好的科學(xué)氣質(zhì)，是物理學(xué)對(duì)于人文精神的貢獻(xiàn).物理學(xué)不但作為一門(mén)學(xué)科知識(shí)推動(dòng)了社會(huì)前進(jìn)，更作為一種人文的大科學(xué)引領(lǐng)了公民素質(zhì)的提高.”隨著國(guó)家對(duì)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的重視和需求的增加，大學(xué)物理作為一門(mén)重要的科學(xué)素質(zhì)教育課程，受到了更多教育工作者的關(guān)注.我國(guó)高校物理教學(xué)改革開(kāi)展了20余年，但更多針對(duì)的是教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段與教育技術(shù)的現(xiàn)代化，由于對(duì)課堂教學(xué)的改革探索既涉及教學(xué)理論又涉及學(xué)習(xí)理論，既涉及教師更關(guān)乎學(xué)生，因此，國(guó)內(nèi)各高校對(duì)大學(xué)物理課堂教學(xué)的改革依舊處在探索與實(shí)踐研究的階段.

1 物理教學(xué)中的問(wèn)題與教學(xué)改革的方向和目標(biāo)

1.1 “教”的問(wèn)題

理想的課堂教學(xué)過(guò)程應(yīng)該是一個(gè)有目的、有設(shè)計(jì)、由教師與學(xué)生協(xié)同完成的教學(xué)活動(dòng).我國(guó)傳統(tǒng)的物理教學(xué)模式主要采用講授式教學(xué)模式：教師依照教學(xué)大綱和主干教材先行組織和設(shè)計(jì)課堂教學(xué)內(nèi)容，在課堂上教師講學(xué)生聽(tīng).教師是課堂教學(xué)的決策者和單向講授者，學(xué)生則是傾聽(tīng)者.在缺乏互動(dòng)與討論環(huán)節(jié)的課堂上，學(xué)生往往成為被動(dòng)、機(jī)械的學(xué)習(xí)角色[1].認(rèn)知心理學(xué)表明，任何學(xué)習(xí)過(guò)程都需要學(xué)習(xí)者主動(dòng)思考的環(huán)節(jié)，缺乏學(xué)習(xí)者主動(dòng)參與的課堂教學(xué)是難以取得預(yù)期的教學(xué)效果的.因此，這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式受到了許多人的質(zhì)疑.

通過(guò)簡(jiǎn)化與抽象使生活中的某個(gè)原始問(wèn)題成為一個(gè)科學(xué)問(wèn)題，是進(jìn)行科學(xué)分析與研究的第一步，這種建模能力是創(chuàng)新能力的重要組成部分.我國(guó)傳統(tǒng)物理教學(xué)的特點(diǎn)是注重理論的邏輯推演和物理原理在虛構(gòu)情景中的運(yùn)用，疏于對(duì)學(xué)生處理原始問(wèn)題以及建模能力的訓(xùn)練，許多學(xué)生會(huì)考試但在遇到實(shí)際問(wèn)題時(shí)卻往往表現(xiàn)得不知所措.因此，物理教學(xué)在學(xué)生的能力培養(yǎng)上所發(fā)揮的作用也受到了質(zhì)疑.

1.2 “學(xué)”的問(wèn)題

自主學(xué)習(xí)能力差是普通高校學(xué)生中普遍存在的問(wèn)題.毋庸諱言，我國(guó)的高中物理教育帶有很大的功利性.高中物理課時(shí)充裕，教學(xué)內(nèi)容較為基本和簡(jiǎn)單，為了參加高考，教師帶領(lǐng)學(xué)生將簡(jiǎn)單而基本的內(nèi)容反復(fù)練習(xí)，學(xué)生為此做了大量習(xí)題，這種做法使學(xué)生習(xí)慣了灌輸式的教學(xué)方式，養(yǎng)成了學(xué)生對(duì)教師的依賴(lài)性.這種依賴(lài)性使得他們進(jìn)入大學(xué)后感到諸多的不適應(yīng)：不適應(yīng)每節(jié)課超大的信息量，不適應(yīng)教師提綱攜領(lǐng)的授課方式，不適應(yīng)沒(méi)有了老師的鞭策和管理的學(xué)習(xí)氛圍，不適應(yīng)自主學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)方式，找不到屬于自己的學(xué)習(xí)方法……，這讓一些學(xué)生產(chǎn)生了挫敗感.另外，大學(xué)物理與高中物理存在著很多差異：不同的教學(xué)目標(biāo)，不同的教學(xué)理念，不同的教學(xué)起點(diǎn)，不同的考核項(xiàng)目與標(biāo)準(zhǔn)等等.這些差異的存在，均需要學(xué)生在大學(xué)階段調(diào)整學(xué)習(xí)視角、轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式.

1.3 教學(xué)改革的方向與目標(biāo)

教學(xué)改革的原則應(yīng)該是“揚(yáng)長(zhǎng)補(bǔ)短”，抓住存在的問(wèn)題方知“短”在何處，方能確立教學(xué)改革的方向，找到改革的切入點(diǎn).“補(bǔ)短”即為改革的目標(biāo).

“講授式”作為課堂教學(xué)的基本教學(xué)模式，不是學(xué)生機(jī)械被動(dòng)學(xué)習(xí)的癥結(jié)所在.美國(guó)認(rèn)知教育心理學(xué)家?jiàn)W蘇貝爾指出，講授式教學(xué)模式對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程而言是接受學(xué)習(xí)，但是接受學(xué)習(xí)不是機(jī)械被動(dòng)學(xué)習(xí)的同義：在學(xué)生具有了吸收新知識(shí)的心理準(zhǔn)備，同時(shí)又具備了適當(dāng)?shù)闹R(shí)基礎(chǔ)的條件下，接受學(xué)習(xí)同樣可以是主動(dòng)的和有意義的[2].因此，基于奧蘇貝爾的有意義言語(yǔ)學(xué)習(xí)理論，采取“激發(fā)學(xué)生的求知欲、使學(xué)生進(jìn)入積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)；增加課堂互動(dòng)與討論的教學(xué)環(huán)節(jié)，甚至翻轉(zhuǎn)課堂，使學(xué)生作為主體真正參與到教學(xué)活動(dòng)中”的教學(xué)方式，是取得良好教學(xué)效果和學(xué)習(xí)效果的正確途徑[3].

缺乏對(duì)學(xué)生建模能力的培養(yǎng)是物理教學(xué)中的一個(gè)短板；而“從理論到理論，讓學(xué)生在理想與虛構(gòu)的情景中運(yùn)用理論”的傳統(tǒng)教學(xué)方式則是對(duì)感性認(rèn)識(shí)在認(rèn)知過(guò)程中重要性的忽視，也同樣是需要糾正的短板.因此，“加強(qiáng)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的感性認(rèn)識(shí)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的抽象能力與建模能力的訓(xùn)練與培養(yǎng)”應(yīng)作為物理教學(xué)改革與研究的目標(biāo).

大學(xué)教師的教學(xué)工作不僅僅是傳授知識(shí)，還要培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立獲取知識(shí)和解決問(wèn)題的能力.因此，針對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力差的問(wèn)題，如何引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣、發(fā)展獨(dú)立思考的能力，學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，成為無(wú)師自通的人，同樣也是物理教學(xué)需要探索實(shí)踐的內(nèi)容.

2 基于物理實(shí)驗(yàn)欣賞課程的教學(xué)改革

2.1 設(shè)置物理實(shí)驗(yàn)欣賞課程的初衷與目的

物理學(xué)科有其自身的特點(diǎn)，它是一門(mén)嚴(yán)格意義上的實(shí)驗(yàn)科學(xué)，具備實(shí)證性與可重復(fù)性是科學(xué)方法論對(duì)物理科學(xué)的基本要求，也是物理學(xué)的基本特征.與理論課程相比，物理實(shí)驗(yàn)課程能夠更為集中地展示科學(xué)的理性精神，更好地促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解與認(rèn)識(shí).因此，物理理論課程與實(shí)驗(yàn)課程如同物理教學(xué)的右手與左手，二者相互配合，更加有助于物理課程教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn).進(jìn)行課堂演示實(shí)驗(yàn)是一種生動(dòng)、直觀的教學(xué)方式，有助于學(xué)生在感性認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上去領(lǐng)悟物理原理及概念.但是，在教學(xué)內(nèi)容體量大而教學(xué)學(xué)時(shí)卻一再被壓縮的情況下，如何踐行上述教學(xué)設(shè)計(jì)思想?我們的做法是，通過(guò)設(shè)置公共選修課程來(lái)拓展教學(xué)空間.為此，自2008年開(kāi)始，大學(xué)物理教學(xué)部依托我校的物理演示實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)設(shè)了面向全校學(xué)生的公共選修課程，課程名稱(chēng)確定為“物理實(shí)驗(yàn)欣賞”.

物理實(shí)驗(yàn)欣賞是以物理演示實(shí)驗(yàn)為教學(xué)內(nèi)容的課程，包括力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)及近代物理6個(gè)部分.提到“欣賞”二字，許多人想到的可能是詩(shī)畫(huà)藝術(shù)；提到“物理”二字，想到的可能就是深?yuàn)W的理論和繁瑣的數(shù)學(xué)公式了，作為自然科學(xué)基礎(chǔ)的物理實(shí)驗(yàn)只討論物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，何談對(duì)它的欣賞呢?的確，物理學(xué)是表達(dá)自然的實(shí)證科學(xué)，數(shù)學(xué)方程是它通用的表達(dá)手段.但在復(fù)雜的數(shù)學(xué)方程背后，物理學(xué)具有它獨(dú)有的“真”、獨(dú)有的“美”，而這種美只有懂得它的語(yǔ)言的人才能欣賞和體會(huì)到.因此，科學(xué)家是表現(xiàn)宇宙真實(shí)存在的藝術(shù)家，科學(xué)也是可以欣賞的[4].基于此，我們利用物理演示實(shí)驗(yàn)具有“表觀現(xiàn)象多姿多彩、生動(dòng)有趣且又極具物理內(nèi)涵”的特點(diǎn)，通過(guò)這門(mén)課程為各個(gè)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生搭建了兼具趣味與求知雙重功能的物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái).希望通過(guò)這門(mén)課程，實(shí)現(xiàn)以下教學(xué)目標(biāo)：

(1)為學(xué)生提供觸摸科學(xué)的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生體驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的快樂(lè)，感受理論與實(shí)踐相結(jié)合的魅力，使學(xué)生體驗(yàn)基于證據(jù)的學(xué)習(xí)方式，彌補(bǔ)學(xué)生在認(rèn)知過(guò)程中感性經(jīng)驗(yàn)的欠缺.

(2)為學(xué)生提供理論與實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合的物理課程，改變以往的物理教學(xué)從書(shū)本到書(shū)本的枯燥，使物理問(wèn)題、理論和知識(shí)由抽象、艱澀難懂變得生動(dòng)具體、通俗易懂.

(3)通過(guò)提供有趣的物理現(xiàn)象、提出疑問(wèn)、追問(wèn)原理、個(gè)人講解的教學(xué)程序與方式，打開(kāi)并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入自主學(xué)習(xí)的通道.

(4)通過(guò)采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，為學(xué)生創(chuàng)造參與討論、主動(dòng)學(xué)習(xí)的環(huán)境與條件，促使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中轉(zhuǎn)換角色，變被動(dòng)為主動(dòng).

2.2 在師生的交流互動(dòng)中將課堂“翻轉(zhuǎn)”的教學(xué)模式

翻轉(zhuǎn)課堂(Inverted classroom)這種教學(xué)模式的實(shí)質(zhì)在于重新調(diào)整課堂內(nèi)外的時(shí)間，將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，而實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)過(guò)程及環(huán)節(jié)恰恰具備了上述要素，實(shí)驗(yàn)課是天生的“翻轉(zhuǎn)課堂”.因此，物理實(shí)驗(yàn)欣賞課程在采用了小班授課的同時(shí)，還采用了“翻轉(zhuǎn)課堂”這種教學(xué)模式，即課程針對(duì)力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)及近代物理各部分的實(shí)驗(yàn)均采用了“于現(xiàn)象中尋找規(guī)律；理在其中；理在身邊”這樣3個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié).

第一個(gè)環(huán)節(jié)“于現(xiàn)象中尋找規(guī)律”，是讓學(xué)生在教師指導(dǎo)下通過(guò)自己動(dòng)手操作與觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，來(lái)發(fā)現(xiàn)其中的因果規(guī)律，教師針對(duì)具體實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象會(huì)提出若干問(wèn)題，作為留給學(xué)生的作業(yè)，要求學(xué)生課下查找答案.例如針對(duì)電磁驅(qū)動(dòng)效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，教師追問(wèn)的問(wèn)題是：為什么磁鐵能夠帶動(dòng)導(dǎo)體旋轉(zhuǎn)?為何二者總是同向旋轉(zhuǎn)?導(dǎo)體與磁鐵能否同步旋轉(zhuǎn)?此類(lèi)現(xiàn)象的應(yīng)用有哪些?

第二個(gè)環(huán)節(jié)“理在其中”，是讓每個(gè)學(xué)生根據(jù)自己課下查閱的資料與自主學(xué)習(xí)的結(jié)果，在課堂上輪流發(fā)言，對(duì)指定的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象應(yīng)用物理原理為大家進(jìn)行分析和講解，其他同學(xué)可以補(bǔ)充解釋,也可以隨時(shí)提出疑問(wèn)或指出錯(cuò)誤.教師會(huì)在聽(tīng)取了大家的發(fā)言后做出總結(jié)，對(duì)發(fā)言中存在的錯(cuò)誤予以糾正并給出正確的理論分析.

第三個(gè)環(huán)節(jié)“理在身邊”，是教師引導(dǎo)大家深入交流討論，尋找和列舉實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中涉及的物理原理在生活中的其他應(yīng)用(仍以電磁驅(qū)動(dòng)效應(yīng)為例，教師在這一環(huán)節(jié)將帶領(lǐng)大家認(rèn)識(shí)異步電動(dòng)機(jī)的工作原理、直線電動(dòng)機(jī)的工作原理以及磁懸浮列車(chē)的驅(qū)動(dòng)力、航母戰(zhàn)斗機(jī)的電磁彈射原理等等)，以達(dá)到“普及基本原理，開(kāi)闊學(xué)生視野”的教學(xué)目的.

可見(jiàn)，教師在課程教學(xué)中發(fā)揮著組織與引導(dǎo)的作用：對(duì)交流互動(dòng)環(huán)節(jié)進(jìn)行組織、引導(dǎo)、答疑解惑，與學(xué)生協(xié)作探究，共同完成討論交流環(huán)節(jié).

對(duì)學(xué)習(xí)者而言，興趣是最好的老師.“翻轉(zhuǎn)課堂”這種模式，為學(xué)生創(chuàng)造了參與討論、主動(dòng)學(xué)習(xí)的環(huán)境與條件，提供了自主學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，提供了基于證據(jù)的學(xué)習(xí)方式；課堂討論環(huán)節(jié)，要求人人發(fā)言，這對(duì)激勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考、增強(qiáng)自信非常有效；在討論式的學(xué)習(xí)方式中，每個(gè)人都將聽(tīng)到不同的觀點(diǎn)和陳述，都需要經(jīng)過(guò)批判性的思維過(guò)程完成對(duì)自我及他人觀點(diǎn)的肯定或否定，因此，討論式的學(xué)習(xí)方式還有助于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維和批判性思維.

3 教學(xué)效果

2011年起，任課教師每年都會(huì)要求選課的學(xué)生在課程結(jié)束后寫(xiě)一份關(guān)于課程的體會(huì)、感想和建議，以便改進(jìn)教學(xué)，使課程的教學(xué)安排更加符合學(xué)生的需求.從學(xué)生提交的文字看，大家對(duì)這門(mén)課程給予了肯定和很高的評(píng)價(jià)，歸納為以下3點(diǎn)：

第一，這種以演示實(shí)驗(yàn)為依托的教學(xué)方式使知識(shí)通俗易懂，又使學(xué)習(xí)不那么枯燥；

第二，這個(gè)課堂讓學(xué)生感受到了理論與實(shí)踐的統(tǒng)一，培養(yǎng)了學(xué)生的耐心與信心；

第三，這門(mén)課程使學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，從中獲得了很多從其他地方學(xué)不到的知識(shí).

在這里引用幾位學(xué)生的原文：

(1)每一次的交流討論環(huán)節(jié)，總有不同思維的碰撞，在討論中使思維發(fā)散，使問(wèn)題層層深入.在這樣的討論中得出的結(jié)論一方面不局限于實(shí)驗(yàn)本身，另一方面又使人印象深刻，不易忘記；

(2)本以為只是一般的選修課……真正上課后，看到那些神奇的現(xiàn)象時(shí)，我發(fā)現(xiàn)我喜歡上這門(mén)課了！第二次課，物理原理的討論，我們自己講，彼此交流，我們動(dòng)腦、思考，老師循循引導(dǎo)，這讓我感觸更深刻，這是我以前上課時(shí)所沒(méi)有體會(huì)到的，也許這才是大學(xué)教學(xué)中應(yīng)該用到的方法，它讓學(xué)生參與其中，感受到了科學(xué)的魅力，讓我有了一種激情，一種渴望感，這是我上學(xué)以來(lái)所沒(méi)有遇到的，那是一種快樂(lè)、一種學(xué)習(xí)知識(shí)時(shí)的獨(dú)特感受，這是最大的收獲.

(3)老師耐心的教導(dǎo)，使我們感到溫暖，老師如同和自己的親朋好友討論問(wèn)題一樣，這使我有了自信，敢于質(zhì)疑，提出自己的想法；這門(mén)課給予了同學(xué)成長(zhǎng)的舞臺(tái)，我們能夠充分地展現(xiàn)自己，同學(xué)互相了解、互相交流，體現(xiàn)了合作精神，每個(gè)同學(xué)都能參與，大家共同努力，最終獲得滿(mǎn)意的答案，它不僅僅是一門(mén)欣賞課，它讓我們了解了現(xiàn)象的原委.

(4)很欣賞老師們的授課方法，在自然科學(xué)的教學(xué)中，能讓學(xué)生自己動(dòng)手，通過(guò)查資料、提問(wèn)、思考、學(xué)生講課的方式加深學(xué)生的理解，培養(yǎng)主動(dòng)獲取知識(shí)的能力，這種方法很新穎.學(xué)生顯然不適應(yīng)這種教學(xué)方式，但好的方法需要推廣，如果學(xué)生能夠適應(yīng)這一形式，課堂一定會(huì)變得生動(dòng)有趣，也更有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力.

由此可見(jiàn)，“翻轉(zhuǎn)課堂”這樣的教學(xué)模式已經(jīng)不僅僅是教師單方面的改革與設(shè)計(jì)了，它已經(jīng)成為了學(xué)生期待的改革.

10年來(lái)，選修物理實(shí)驗(yàn)欣賞課程的不僅有我校理工科各個(gè)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，更有經(jīng)濟(jì)、管理、藝術(shù)、臨床、中西醫(yī)等文科與醫(yī)科的喜愛(ài)物理學(xué)的許多學(xué)生.這門(mén)課程不僅滿(mǎn)足了他們繼續(xù)了解物理學(xué)的愿望，而且由于課程中展現(xiàn)的物理現(xiàn)象直觀生動(dòng)、道理相對(duì)通俗易懂、教學(xué)形式靈活親切、話題貼近生活，因此，他們同樣對(duì)這門(mén)課程給予了很高的評(píng)價(jià).

經(jīng)過(guò)10年的教學(xué)實(shí)踐，我們不僅構(gòu)建并編寫(xiě)完成了以普及物理、欣賞物理為特色的課程教學(xué)講義，形成了以“翻轉(zhuǎn)課堂”為基本形式的教學(xué)運(yùn)轉(zhuǎn)模式，收集整理了師生互動(dòng)交流環(huán)節(jié)所需的教學(xué)素材和預(yù)案，同時(shí)還培養(yǎng)帶動(dòng)了一批年輕教師加入到教學(xué)研究的團(tuán)隊(duì)中.

4 結(jié)束語(yǔ)

以物理知識(shí)為載體、以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)為目標(biāo)的大學(xué)物理課程，無(wú)法使外界在學(xué)生身上看到它立竿見(jiàn)影的效果，但是它在人才培養(yǎng)方面的重要性是不容置疑的.

本文介紹了我們針對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式下存在的“教與學(xué)”的問(wèn)題，以揚(yáng)長(zhǎng)補(bǔ)短為原則,以“培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、獨(dú)立思考和判斷的能力,最終學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)”為教學(xué)改革的目標(biāo),以改革傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式為切入點(diǎn),以我校開(kāi)設(shè)的“物理實(shí)驗(yàn)欣賞”課程為平臺(tái)所進(jìn)行的教學(xué)改革與實(shí)踐，并對(duì)教學(xué)改革所獲得的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié).

教學(xué)研究即是科學(xué)研究.對(duì)一種全新教學(xué)模式的探究絕非一朝一夕之事，它不僅需要教師以科學(xué)的態(tài)度在教育教學(xué)的理論高度上潛心研究，更需要教師在課堂教學(xué)中反復(fù)實(shí)踐不斷摸索，因此，教學(xué)研究過(guò)程不容浮躁，更不容急功近利.我們以10年的潛心努力，精心培育一門(mén)面向文理工醫(yī)各個(gè)專(zhuān)業(yè)的公共選修課程，實(shí)踐證明，這門(mén)課程不僅獲得了廣大學(xué)生的歡迎與真誠(chéng)的贊譽(yù)，也引起了許多同行的興趣和關(guān)注.本文對(duì)此次教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn)所做出的總結(jié)，希望能夠?yàn)閺V大同行提供值得借鑒的內(nèi)容.