發(fā)揮物理基礎(chǔ)課程優(yōu)勢(shì) 聚焦科學(xué)思維能力培養(yǎng)

張雷 黃志敏 張榮 郭治天 劉海順

[摘 要] 針對(duì)低年級(jí)大學(xué)生在參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃等項(xiàng)目時(shí)遇到的思路狹窄、研究能力不足的問題，該文在充分挖掘物理學(xué)史的思維開發(fā)功能的基礎(chǔ)上，提出了一種基于基礎(chǔ)課程大學(xué)物理的思維訓(xùn)練型教學(xué)模式。探索了利用該教學(xué)模式來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力的方法和手段，收到了較好的教學(xué)效果，為創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)提供了一種方法。

[關(guān)鍵詞] 大學(xué)物理;物理學(xué)史;教學(xué)改革;思維訓(xùn)練;思維能力培養(yǎng)

[基金項(xiàng)目] 2018年度中國(guó)礦業(yè)大學(xué)教學(xué)研究一般項(xiàng)目“基于物理學(xué)史的《大學(xué)物理》課程思維引導(dǎo)型教學(xué)方法的探索與實(shí)踐”（2018YB46）

[作者簡(jiǎn)介] 張 雷（1979—），男，江蘇徐州人，工學(xué)博士，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)材料與物理學(xué)院大學(xué)物理教學(xué)中心講師，研究方向?yàn)閼?yīng)力波法無(wú)損檢測(cè);黃志敏（1978—），女，內(nèi)蒙古包頭人，工學(xué)博士，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)材料與物理學(xué)院大學(xué)物理教學(xué)中心講師，研究方向?yàn)殡x散元法。

[中圖分類號(hào)] G642.421? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2020）30-0245-02? ? [收稿日期] 2020-03-15

隨著大學(xué)生參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃的人數(shù)日益增加，低年級(jí)大學(xué)生也積極投入其中。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的積極性雖然很高，但是由于低年級(jí)同學(xué)掌握的知識(shí)有限，研究能力有限，在實(shí)踐過程中思路狹窄，進(jìn)展緩慢，很難獨(dú)立開展工作，這就大大挫傷了學(xué)生的積極性。

針對(duì)該問題，我們提出了基于物理學(xué)史的大學(xué)物理思維訓(xùn)練型教學(xué)模式的構(gòu)建，從思維訓(xùn)練材料的組織、教學(xué)方法的選擇、教學(xué)環(huán)節(jié)的處理等方面進(jìn)行了闡述，探索了怎樣充分利用物理學(xué)史的素材來(lái)訓(xùn)練學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)的思維習(xí)慣，提升學(xué)習(xí)能力，掌握科學(xué)研究的基本方法。

一、深入挖掘課程資源，精心準(zhǔn)備思維訓(xùn)練素材

現(xiàn)代教育理論認(rèn)為，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程是在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生的主體主動(dòng)完成的特殊的認(rèn)識(shí)過程，這個(gè)過程的發(fā)展同人類整體的認(rèn)識(shí)過程的歷史進(jìn)展是一致的[1]。大學(xué)物理教學(xué)中的難點(diǎn)問題，往往也是物理學(xué)發(fā)展史上的難題所在，而教學(xué)中的重點(diǎn)內(nèi)容，也恰好是物理學(xué)發(fā)展史上關(guān)鍵性的突破之處[2]。因此，教學(xué)內(nèi)容的選定要緊密圍繞物理學(xué)家思想方法的形成過程，增加物理理論形成的背景資料，拓展知識(shí)點(diǎn)的廣度。特別是針對(duì)于重大物理發(fā)現(xiàn)、重要物理概念和規(guī)律，更要精心準(zhǔn)備好全面的背景資料，設(shè)計(jì)好層層遞進(jìn)的教學(xué)環(huán)節(jié)，通過對(duì)物理學(xué)家卓越工作的講解，讓學(xué)生意識(shí)到物理學(xué)家的靈感突現(xiàn)不是偶然的，是長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)的升華和思路的提升，從而激發(fā)學(xué)生的求知欲望[3]。

二、多元結(jié)合層層推進(jìn)，循序漸進(jìn)訓(xùn)練學(xué)生思維

思維習(xí)慣的養(yǎng)成需要一個(gè)循序漸進(jìn)的過程。我們分析學(xué)生的特點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生的知識(shí)掌握情況，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)教學(xué)策略，有的放矢地開展教學(xué)。

開課伊始，講授的主要是質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的內(nèi)容。由于學(xué)生還處于基礎(chǔ)知識(shí)的積累階段，因此，應(yīng)以打牢基礎(chǔ)知識(shí)、掌握基本的研究方法為主，教學(xué)宜采用比較法。例如，通過比較角量和線量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，讓學(xué)生明白由于研究圓周運(yùn)動(dòng)的物理思想和研究直線運(yùn)動(dòng)是一致的，因此，在公式上也具有一定的相似之處，公式中各個(gè)參量也存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過這種方式，可以提高學(xué)生掌握知識(shí)的深度。

講授完力學(xué)部分的內(nèi)容，學(xué)生已經(jīng)掌握了一定的基礎(chǔ)知識(shí)和基本的研究方法。在后續(xù)的課程中，要注意引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)同一種研究方法是怎樣在不同的物理問題中進(jìn)行應(yīng)用的。因此，這個(gè)階段的教學(xué)宜采用啟發(fā)式的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生在面對(duì)新的研究對(duì)象時(shí)，學(xué)會(huì)利用自己已經(jīng)掌握的知識(shí)對(duì)新的研究對(duì)象進(jìn)行抽象，建立起物理模型，選擇有效的研究方法開展研究。例如，在講授氣體壓強(qiáng)公式推導(dǎo)時(shí)，教師通過對(duì)氣體分子模型的一步步抽象，引導(dǎo)學(xué)生建立氣體分子與容器壁之間的碰撞模型，進(jìn)而啟發(fā)學(xué)生用力學(xué)部分講授的彈性碰撞問題的解決辦法來(lái)解決單個(gè)氣體分子與容器壁的碰撞問題。

當(dāng)學(xué)生具有了建立物理模型的能力之后，教學(xué)活動(dòng)開展的重點(diǎn)應(yīng)放在訓(xùn)練學(xué)生自主思考上來(lái)，這一階段也是整個(gè)教學(xué)改革的重點(diǎn)所在。在教學(xué)過程中，要讓學(xué)生明白，任何一個(gè)物理理論的形成都是物理學(xué)家豐富的科研經(jīng)驗(yàn)的升華，想要掌握科學(xué)家先進(jìn)的思想方法，需要自己進(jìn)行認(rèn)真的思考和體會(huì)。為了使學(xué)生能夠遵循物理學(xué)家的思路去思考問題、解決問題，這個(gè)階段的授課可以采用案例式教學(xué)方法結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂。在授課過程中，教師首先還原物理理論形成時(shí)的研究背景，在學(xué)生充分了解的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己已掌握的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)下一步的研究走向做出選擇。根據(jù)學(xué)生的選擇情況，將學(xué)生分組，讓每組學(xué)生根據(jù)自己的選擇進(jìn)行討論，形成研究結(jié)論并在課堂上匯報(bào)，教師針對(duì)每組的研究結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，分析各組同學(xué)研究中存在的問題并提出改進(jìn)的意見。通過將物理理論的誕生過程一個(gè)個(gè)還原，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)刻歷史，感受經(jīng)典[4]。在品嘗到成功的喜悅的同時(shí)，教師也可以結(jié)合學(xué)生在翻轉(zhuǎn)課堂研究中所出現(xiàn)的問題，向同學(xué)們介紹物理學(xué)家在理論形成期間所走的彎路，讓學(xué)生意識(shí)到科研之路就是在不斷探索、不斷失敗過程中一步步走向成功的。通過這種教學(xué)方式，可以突破課堂教學(xué)教師滿堂講，學(xué)生被動(dòng)聽的教學(xué)形式，讓學(xué)生真正地去思考，在潛移默化中形成科學(xué)的思維方式。

三、課前與課后充分調(diào)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生自主思考

“紙上得來(lái)終覺淺，絕知此事要躬行”。對(duì)物理學(xué)家的思維方法進(jìn)行全面細(xì)致的講解，如果不輔之以動(dòng)手實(shí)踐的話，學(xué)生仍然不能夠真正掌握。因此，要讓學(xué)生動(dòng)起來(lái)，變被動(dòng)地接受知識(shí)為主動(dòng)地去探索知識(shí)。真正地實(shí)現(xiàn)“講練結(jié)合”。在這方面，我們主要利用雨課堂從課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)兩個(gè)環(huán)節(jié)著手對(duì)學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練。

首先對(duì)預(yù)習(xí)題進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。預(yù)習(xí)題的內(nèi)容包含新知識(shí)點(diǎn)的背景知識(shí)介紹，研究目標(biāo)有兩個(gè)方面，讓學(xué)生知道自己要干什么。在此基礎(chǔ)上，設(shè)置如下幾個(gè)問題讓學(xué)生回答：（1）建立什么樣的物理模型？（2）該問題可以分解成哪些已經(jīng)學(xué)習(xí)過的小問題？

（3）可以選用哪些數(shù)學(xué)處理手段？（4）擬采用的研究方法？（5）請(qǐng)寫出你的研究思路。

通過這樣的課前預(yù)習(xí)，學(xué)生對(duì)新知識(shí)點(diǎn)有了比較深入的了解和初步的探索，通過課堂講解，能夠快速地掌握所學(xué)的內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上，我們對(duì)課后復(fù)習(xí)題進(jìn)行了改良，設(shè)置如下幾個(gè)問題讓學(xué)生思考：（1）本節(jié)課建立的物理模型是什么？（2）這個(gè)物理模型和以前學(xué)過的哪部分內(nèi)容聯(lián)系比較緊密？（3）本節(jié)課采用了哪些數(shù)學(xué)處理手段？（4）本節(jié)課所采用的研究方法是什么？（5）你的研究思路需要改進(jìn)的地方是？

這種“課前猜想—課堂驗(yàn)證—課后總結(jié)”的學(xué)習(xí)模式可以有效地引導(dǎo)學(xué)生自主思考，通過將自己的研究方法和物理學(xué)家的進(jìn)行比較，學(xué)生可以及時(shí)查找出自己的差距，不斷糾正自己的錯(cuò)誤思想，調(diào)整思路，使自己的邏輯思維能力獲得逐步提升。

四、實(shí)踐效果與思考

我們利用國(guó)際青年物理學(xué)家錦標(biāo)賽的往屆賽題作為檢驗(yàn)教學(xué)改革效果的手段，學(xué)生自由組隊(duì)申請(qǐng)題目，利用課余時(shí)間開展自主研究。在學(xué)期末教師對(duì)各隊(duì)學(xué)生的完成情況進(jìn)行考核并根據(jù)完成進(jìn)度和質(zhì)量給予相應(yīng)的平時(shí)成績(jī)。這種檢驗(yàn)手段既豐富了大學(xué)物理課程的過程考核方式，也對(duì)組織學(xué)生參加中國(guó)大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競(jìng)賽是一個(gè)有力的促進(jìn)。教學(xué)改革實(shí)施以來(lái)，教學(xué)班學(xué)生參加學(xué)校舉辦的大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競(jìng)賽的人數(shù)逐年提高，獲獎(jiǎng)人數(shù)和被選拔到校隊(duì)參加全國(guó)競(jìng)賽的人數(shù)也有著顯著增加。

隨著教學(xué)改革的穩(wěn)步推進(jìn)，相信大學(xué)物理的教學(xué)能使學(xué)生的邏輯思維能力獲得穩(wěn)步提升，使學(xué)生逐步養(yǎng)成探究式的學(xué)習(xí)習(xí)慣，為創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)做出基礎(chǔ)類課程應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]李紅娜.物理學(xué)史與中學(xué)物理教學(xué)結(jié)合的理論與實(shí)踐研究[D].山東師范大學(xué)，2009.

[2]肖麗仙.物理學(xué)史對(duì)中學(xué)生綜合素質(zhì)影響的研究[D].云南師范大學(xué)，2005.

[3]蔡鐵權(quán).物理學(xué)史與物理教育[J].浙江師大學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2000（3）：34-41.

[4]唐煥芳.如何引入物理學(xué)史改進(jìn)大學(xué)物理教學(xué)[J].現(xiàn)代物理知識(shí)，2003（4）：51-54.

Taking Advantage of Basic Physics Courses and Focusing on the Cultivation of Scientific Thinking Ability

ZHANG Lei，HUANG Zhi-min，ZHANG Rong，GUO Zhi-tian，LIU Hai-shun

（School of Materials and Physics，China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221116，China）

Abstract：In view of the narrow thinking and insufficient research ability of junior college students when participating in the innovation and entrepreneurship training program and other projects，this paper proposes a thinking training teaching model based on the College Physics course on the basis of fully exploring the thinking development function of the history of physics.This paper explores the methods and means of using this teaching model to stimulate students' interest in learning and cultivate students' ability of scientific thinking.It has received good teaching effects and provides a method for the cultivation of innovative talents.

Key words：College Physics;history of physics;teaching reform;thinking training;cultivation of thinking ability