大學(xué)物理教學(xué)改革實踐淺析
——“問題導(dǎo)向”式學(xué)習(xí)的意義及應(yīng)用

劉 彥 趙金濤 葛 力 喬艷麗

(杭州電子科技大學(xué)理學(xué)院 浙江 杭州 310018)

1 引言

物理學(xué)作為自然科學(xué)的領(lǐng)頭軍，研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物質(zhì)最基本的運動形式和規(guī)律，是整個自然科學(xué)和現(xiàn)代工程技術(shù)的研究基礎(chǔ)，已成為支撐現(xiàn)代文明的骨架，與科學(xué)和發(fā)明并駕齊驅(qū)[1].大學(xué)物理作為理工科各專業(yè)必修的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，對于培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)思維方式和創(chuàng)新能力發(fā)揮著極其重要的作用，教學(xué)效果將直接影響大學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)及其終身的發(fā)展，其影響不言而喻.

然而，近年來國內(nèi)諸多高校中，“物理”已被許多學(xué)生們貼上了諸如：繁重、沉悶、無聊、被動、機(jī)械等標(biāo)簽，這很大程度來源于學(xué)生厚重的課業(yè)和考試壓力[2].快樂認(rèn)知過程與之失之交臂，可望而不可及.一方面，學(xué)生在數(shù)年累計的學(xué)習(xí)過程中并未真正體會到“學(xué)以致用”，對身邊的技術(shù)沒有一點概念，學(xué)而不知學(xué)有何用；另一方面，我們過多關(guān)注學(xué)生的成績，而非學(xué)生腦力勞動過程的感受，這是教育上的短視和急功近利.

目前學(xué)生對大學(xué)物理課程學(xué)習(xí)的被動性，使得以教師為中心的傳統(tǒng)教育理念和課堂結(jié)構(gòu)廣受詬病，難以適應(yīng)當(dāng)今社會對人才的需求，疫情期間問題的嚴(yán)重性就更顯突出.傳統(tǒng)的教學(xué)方式如不改革，這樣的環(huán)境和狀態(tài)也會難以為繼，即使不要求可持續(xù)發(fā)展只維持基本生存，也需要發(fā)展和探索能有效適應(yīng)目前環(huán)境和教學(xué)對象的新的教學(xué)方式.如何讓學(xué)生愛學(xué)、會學(xué)、學(xué)好，是我們改革該課程的著力點.

2 “問題導(dǎo)向”式學(xué)習(xí)在大學(xué)物理課堂教學(xué)中的意義

講授式為主的傳統(tǒng)課堂教學(xué)，教師是主體、學(xué)生是客體，教學(xué)過程基本是教師向?qū)W生傳授知識的一個單向過程，教師一言堂，學(xué)生課后做作業(yè)——以講授式為主的課堂教學(xué)可以把授課內(nèi)容全面、明確地傳遞給學(xué)生，學(xué)生直接從中獲益，簡捷而高效.但講授式為主的課堂教學(xué)中學(xué)生被動地接受，也使得學(xué)生進(jìn)行思考內(nèi)化的過程被阻滯，學(xué)習(xí)的主動性、創(chuàng)造性被消弱，不利于學(xué)生個體參與的獨立性和認(rèn)知能力的培養(yǎng).

課堂教學(xué)有兩項教育任務(wù)，一是傳授一定的知識，二是啟發(fā)學(xué)生對知識的渴望，啟發(fā)他們跳出課堂范圍之外去閱讀、思考和研究[3].對于第二項任務(wù)，我們沒有給予足夠的重視，但這卻是學(xué)生能否獲得真正學(xué)習(xí)能力和可持續(xù)發(fā)展能力的關(guān)鍵所在.在對教師和學(xué)生之間高質(zhì)量的教學(xué)模式的探索過程中，“問題導(dǎo)向”式學(xué)習(xí)(Problem-Based Learning，PBL)或許可以委以重任.

“問題導(dǎo)向”式學(xué)習(xí)由美國神經(jīng)病學(xué)教授 Barrows 于1969年率先在加拿大的麥克馬斯特大學(xué)使用[4]，它突破了傳統(tǒng)授課模式的框架，認(rèn)為學(xué)習(xí)是一個不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，進(jìn)而又發(fā)現(xiàn)新問題的漸進(jìn)過程，據(jù)此建立了以問題為中心的學(xué)習(xí)方式.

隨后，“問題導(dǎo)向”式學(xué)習(xí)在國內(nèi)外有較快發(fā)展，成為當(dāng)前國際上流行的人才培養(yǎng)模式[5～7].它的教學(xué)思路為：由需要解決的問題開始，以解答問題為任務(wù)驅(qū)動，把學(xué)習(xí)設(shè)置到真實的情境中對驅(qū)動問題進(jìn)行探究，通過學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和小組合作探究解決問題之道，從而理解隱含在問題背后的科學(xué)知識，達(dá)到提高解決問題的技能和自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)對知識的遷移運用， 轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)課堂教師和學(xué)生教與學(xué)的關(guān)系.

3 “問題導(dǎo)向”式學(xué)習(xí)中問題設(shè)置的簡單應(yīng)用

相對于傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，問題導(dǎo)向?qū)W習(xí)中“教”與“學(xué)”的方式有較大跨度的轉(zhuǎn)變，學(xué)習(xí)者成為學(xué)習(xí)過程的主體.學(xué)習(xí)者的主體地位如何被調(diào)動，調(diào)查研究認(rèn)為影響學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)動機(jī)的因素包括活動的挑戰(zhàn)性、個人興趣、對活動掌控程度以及協(xié)作等條件組成.因此，教師應(yīng)該圍繞這些因素，設(shè)計不同層次的問題，引導(dǎo)師生之間進(jìn)行漸進(jìn)的探討，以便更深入地理解和掌握物理相關(guān)知識和原理.而這些目標(biāo)的實現(xiàn)，需要教師改變原有的教學(xué)思維模式，以新的視角進(jìn)行課堂組織和設(shè)計，以便更好地致力于真正有效的課堂學(xué)習(xí)，展開教學(xué)實踐.課程的改革是多方位的，不可能一蹴而就.本文就“問題導(dǎo)向”式教學(xué)法的核心——問題的設(shè)計和提出，就教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行帶入應(yīng)用.

以機(jī)械振動這部分內(nèi)容的講授為例.首先準(zhǔn)備一些振動發(fā)生器件，比如不同頻率的音叉，以備課堂使用.為了制造課堂氣氛，帶著敲擊發(fā)聲進(jìn)入課堂，發(fā)聲可以以不同的方式表現(xiàn).

比如以不同的力量敲擊同一個音叉，了解一下學(xué)生們的感受；然后改換不同頻率的音叉，繼續(xù)讓學(xué)生們進(jìn)行反饋，說出它們的不同？引導(dǎo)學(xué)生分析這些不同的感受和振動的什么要素相關(guān)聯(lián)？學(xué)生在各自的位置上都能聽到敲擊音叉的聲音，意識到聲波傳遞到各個位置，說明波動和振動有著直接的關(guān)聯(lián).這樣，從聲波傳遞引出振動的主題，再引出聲音的要素：響度、音調(diào)、音色，它們和振動的什么參數(shù)有關(guān)？進(jìn)而帶著疑問想了解更多有關(guān)振動這種運動形式的信息，帶著思考進(jìn)入授課內(nèi)容的主題，如何把振動描述出來，關(guān)鍵參量有哪些？如果讓學(xué)生去設(shè)計實現(xiàn)，會從哪些角度進(jìn)行分析？在這些問題中引導(dǎo)學(xué)生逐漸從受力與運動之間的關(guān)系建立簡諧振動表示以及振動方程的數(shù)學(xué)模型.于是，在問題的不同情境的設(shè)置中，調(diào)動學(xué)生有意愿參與課堂討論或與同學(xué)交流，激發(fā)學(xué)生想學(xué)習(xí)的熱情.

繼續(xù)使用音叉的作用，通過對放置在不同位置音叉的同時敲擊，學(xué)生聽到后再表達(dá)他們的感受，從而引出振動的合成問題，讓他們嘗試分析這些操作改變了哪些參量，如何進(jìn)一步從數(shù)學(xué)方法分析所得到的結(jié)果？這樣使學(xué)生把自己親身感受的現(xiàn)象和所學(xué)習(xí)的概念知識聯(lián)系起來，有真實的體會后，更好地理解后續(xù)學(xué)習(xí)內(nèi)容.

這樣，在前期的引導(dǎo)中，讓學(xué)生繼續(xù)思考哪些生活問題涉及到振動的合成，還需要對其進(jìn)行分析.引導(dǎo)學(xué)生用音叉實現(xiàn)共振的發(fā)生，并分析共振產(chǎn)生的原因條件以及可能的結(jié)果.并請學(xué)生思考，自己曾經(jīng)體驗、感受、聽過的一些振動現(xiàn)象，哪些是有利的，哪些是不利的，比如：環(huán)境噪聲使人體不安，共振引起的橋梁結(jié)構(gòu)的破壞，各種弦樂器音腔在共鳴箱中的振動利用了“力學(xué)共振”，醫(yī)療技術(shù)中超聲碎石，激光的產(chǎn)生利用了“光學(xué)共振”等，這一系列的作用和什么參量直接關(guān)聯(lián)？讓學(xué)生組織進(jìn)行討論，探討振動能量的概念，分析振動能量的組成、影響因素以及如何進(jìn)行數(shù)學(xué)定量表示？

這樣，在師生交互的過程中將所學(xué)習(xí)的理論知識和所展示的具體示例聯(lián)系起來，知道如何去探究，理解背后的原理，使得學(xué)生能夠以用為學(xué)，激發(fā)學(xué)生更多探究性思考，可以把學(xué)習(xí)延伸到課堂之外.“以問題為導(dǎo)向”的課堂教學(xué)模式把學(xué)生置于教學(xué)環(huán)節(jié)的中心地位，強(qiáng)調(diào)學(xué)生主動學(xué)習(xí)意識，從而培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力.

研究表明，課堂中師生互動的頻次與質(zhì)量成為本科生學(xué)習(xí)效果的一個重要指標(biāo)，問題的設(shè)置儼然在此起著重要的連接作用.提問是教師工具箱中最重要的工具，如何打磨這些工具使學(xué)習(xí)效果最大化，值得教師付出不斷的努力和嘗試.

4 結(jié)論

“問題導(dǎo)向”式教學(xué)法以學(xué)生為中心，以問題為導(dǎo)向，目的是培養(yǎng)學(xué)生思考問題、解決問題和學(xué)以致用等諸多能力，而決定大學(xué)物理“問題導(dǎo)向”式教學(xué)模式成敗的關(guān)鍵在于：學(xué)生之間、師生之間能否順利進(jìn)行問題的交互探討，通過教學(xué)過程，達(dá)到師生共進(jìn)，提高教學(xué)質(zhì)量.

教學(xué)改革和實踐不是一蹴而就的，需要經(jīng)過精心設(shè)計課堂活動，獲得學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容、提問方式、學(xué)習(xí)方法、課堂節(jié)奏等方面的反饋，根據(jù)實情及時作出調(diào)整，積累大量第一手資料，并在實踐的過程加以消化并吸收.正因為教學(xué)方法比較新穎，教學(xué)實踐過程中必然會面臨各種狀況的出現(xiàn)，需要在嘗試的過程中逐漸地解決和完善，以求達(dá)到更好的教學(xué)效果，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力.