基于學(xué)科競(jìng)賽的大學(xué)物理課程教學(xué)改革研究

智春艷 劉金秋 邱文旭 趙朝軍

一、大學(xué)物理課程教學(xué)中存在的問題

大學(xué)物理是每位理工科專業(yè)學(xué)生的一門必修基礎(chǔ)課。物理教學(xué)不僅是物理概念和知識(shí)的傳授，同時(shí)也要讓學(xué)生了解物理學(xué)的發(fā)展史，理解物理學(xué)的意義和作用，使學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理學(xué)引人入勝的魅力[1]，最終在培養(yǎng)學(xué)生的物理素質(zhì)、科學(xué)素養(yǎng)、思維能力、分析問題和解決問題的能力方面發(fā)揮基礎(chǔ)性的作用。因此，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)具備較高的業(yè)務(wù)水平和綜合素養(yǎng)，打造獨(dú)具特色的課程教學(xué)體系，以滿足21世紀(jì)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的需要。

縱觀目前高校大學(xué)物理課程教學(xué)的現(xiàn)狀，雖然大學(xué)物理課程非常重要，但該課程存在教學(xué)知識(shí)點(diǎn)繁多、內(nèi)容枯燥乏味、難以深入講解等諸多問題，學(xué)生普遍認(rèn)為大學(xué)物理課程知識(shí)比較難學(xué)。且受到社會(huì)上急功近利思想的影響，學(xué)生認(rèn)為該課程對(duì)考研、專業(yè)課程的學(xué)習(xí)幫助有限，因而對(duì)大學(xué)物理課程的重視程度大大降低，更無興趣可言。另外，大學(xué)物理課程教學(xué)模式枯燥單一，教學(xué)觀念陳舊，課堂教學(xué)大多數(shù)是以教師為主體，以講授為主要的授課形式，學(xué)生只是被動(dòng)接受，學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中的主體作用被忽略，學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)被忽視。這樣一來，本身基礎(chǔ)差、底子薄弱的學(xué)生極易對(duì)大學(xué)物理產(chǎn)生厭學(xué)情緒，隨之產(chǎn)生不良的課堂反饋，導(dǎo)致教師的教學(xué)活動(dòng)受到影響，課堂不受學(xué)生喜愛，從而形成惡性循環(huán)[2]。此外，大多數(shù)高校將大學(xué)物理和大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)兩門課程分開教學(xué)，且有不同的任課教師，這會(huì)造成課程知識(shí)關(guān)聯(lián)性較差，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解和掌握程度不夠，不知道為什么要這么做，以及這么做會(huì)產(chǎn)生的現(xiàn)象是什么，對(duì)理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用又知之甚少，理論和實(shí)踐相互獨(dú)立。傳統(tǒng)的教學(xué)模式和教學(xué)理念已經(jīng)無法滿足新時(shí)代大學(xué)物理課程教學(xué)的需要，因此，必須對(duì)物理教學(xué)進(jìn)行改革。

二、大學(xué)物理課程教學(xué)改革的方向

自科教興國(guó)戰(zhàn)略提出以來，高校教學(xué)改革逐漸成為一種趨勢(shì)。目前，大學(xué)物理課程改革的方向主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：第一，教學(xué)手段和方法的改革，比如引入多媒體教學(xué)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的板書教學(xué)[3]，以達(dá)到豐富課堂內(nèi)容的效果；第二，教學(xué)內(nèi)容的改革，比如增加一些具有趣味性、貼近生活的教學(xué)設(shè)計(jì)，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，深化學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)的理解和掌握，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力；第三，教學(xué)理念的改革，課堂教學(xué)不僅要教會(huì)學(xué)生知識(shí)，更要讓學(xué)生了解知識(shí)被發(fā)現(xiàn)的背景和過程、理論的推導(dǎo)過程、相關(guān)人物的故事等[4]。教學(xué)改革的形式比較多樣化，而改革的目的都是努力把素質(zhì)教育貫徹到教學(xué)活動(dòng)中來，以實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目標(biāo)。然而，目前的物理教學(xué)仍然存在一些問題。物理是和人們的生活息息相關(guān)的，所以教學(xué)改革應(yīng)思考如何將物理知識(shí)滲透到學(xué)生的日常生活中。物理作為一門實(shí)踐性的學(xué)科，課堂上的教學(xué)實(shí)踐是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，教學(xué)改革應(yīng)思考如何將大學(xué)物理和大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合。

近年來，隨著“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”時(shí)代的到來，創(chuàng)新型人才也越來越被企事業(yè)單位重視。作為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的大學(xué)物理課程，如何在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、綜合素質(zhì)等方面進(jìn)行改革以適應(yīng)新時(shí)代人才培養(yǎng)的需要，已成為目前各高校研究和探討的重要課題[5]。物理教師必須認(rèn)真設(shè)計(jì)大學(xué)物理課程的教學(xué)過程，才能不斷推進(jìn)大學(xué)物理教學(xué)的改革和創(chuàng)新。

三、大學(xué)物理課程教學(xué)改革模式

以西安工商學(xué)院為例，其堅(jiān)持“高端化、國(guó)際化、個(gè)性化”發(fā)展戰(zhàn)略，以培養(yǎng)具有一定跨界發(fā)展能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才為目標(biāo)。為了滿足學(xué)校的培養(yǎng)目標(biāo)和發(fā)展方向的需要，大學(xué)物理課程正在向雙語化、個(gè)性化、小班制教學(xué)的方向發(fā)展。同時(shí)，物理教學(xué)既要滿足學(xué)生個(gè)性化的發(fā)展，又要滿足社會(huì)發(fā)展的要求，讓學(xué)生能夠?qū)W有所用。基于西安工商學(xué)院的學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)生的現(xiàn)狀，全體物理教師積極探究了大學(xué)物理課程教學(xué)改革的新模式。

近年來，大學(xué)物理教學(xué)立足于提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，從學(xué)科競(jìng)賽方面進(jìn)行大學(xué)物理課程教學(xué)改革。物理教研室積極主辦了物理科技創(chuàng)新大賽和大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)操作技能大賽，學(xué)科競(jìng)賽強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際，讓枯燥的理論知識(shí)變得生動(dòng)有用，借助于學(xué)科競(jìng)賽，使學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力得到提高。在理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的雙環(huán)節(jié)中，以競(jìng)賽為依托進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，建立了有效的“以賽促教、以賽促學(xué)、學(xué)賽結(jié)合”的教學(xué)模式，建立了大學(xué)物理和大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式，建立了學(xué)科競(jìng)賽和教學(xué)改革互動(dòng)的模式。

四、基于學(xué)科競(jìng)賽的大學(xué)物理課程教學(xué)改革措施

物理科技創(chuàng)新大賽是物理學(xué)科的一項(xiàng)重要比賽，大賽以“激勵(lì)、創(chuàng)新、實(shí)踐”為主題，旨在提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，在實(shí)踐中不斷激發(fā)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)進(jìn)行探究，從而使學(xué)生愛上思考、愛上物理、愛上科技制作。西安工商學(xué)院自2019年以來已連續(xù)舉辦了三屆競(jìng)賽，學(xué)生積極參賽、大膽嘗試，勇于創(chuàng)新，已設(shè)計(jì)制作了上千件與力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)等知識(shí)相關(guān)的科技作品，作品豐富多樣，新穎美觀，具有創(chuàng)意。學(xué)生參與三屆物理科技創(chuàng)新大賽的獲獎(jiǎng)情況如表1 所示，三屆競(jìng)賽中的部分獲獎(jiǎng)作品如表2 所示。

表1 學(xué)生參與物理科技創(chuàng)新大賽獲獎(jiǎng)情況

表2 物理科技創(chuàng)新大賽部分獲獎(jiǎng)作品

舉辦科技創(chuàng)新大賽有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理課程的興趣，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和科技創(chuàng)新精神。對(duì)比近三年競(jìng)賽的學(xué)生參與情況可以看到：參加大賽的學(xué)生總數(shù)逐年增加，參賽作品的數(shù)量逐年增加，參賽作品的水平逐年提高。學(xué)科競(jìng)賽在推動(dòng)教學(xué)改革方面效果顯著，通過對(duì)競(jìng)賽的總結(jié)和反思，結(jié)合學(xué)生的現(xiàn)狀，西安工商學(xué)院大學(xué)物理課程進(jìn)行了五個(gè)方面的教學(xué)改革。

一是制定多樣化的課程考核方式。在傳統(tǒng)的課程考核過程中，期末考試對(duì)學(xué)生最終的評(píng)價(jià)起著決定作用，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程被忽略。大學(xué)物理課程針對(duì)這一點(diǎn)進(jìn)行改革，通過靈活多樣的考核方式，加強(qiáng)對(duì)學(xué)習(xí)過程的評(píng)價(jià)，把過程評(píng)價(jià)和結(jié)果評(píng)價(jià)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)課程考核的多樣化和全面化。在課程設(shè)計(jì)上，積極把學(xué)科競(jìng)賽、小制作和項(xiàng)目答辯等內(nèi)容考核引入過程評(píng)價(jià)中。課程考核對(duì)于學(xué)生而言具有導(dǎo)向作用，學(xué)科競(jìng)賽、小制作等活動(dòng)能夠引起學(xué)生足夠的重視，有助于學(xué)生發(fā)散思維，增強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐能力。課程考核對(duì)于教師而言也具有導(dǎo)向作用，教師要不斷自我革新、進(jìn)行課題研究才能勝任學(xué)生的導(dǎo)師。

二是使用云班課智能教學(xué)助手。物理學(xué)具有嚴(yán)密優(yōu)美的理論體系，在人文精神方面有著深厚的沉淀和內(nèi)涵，在思維方式上有嚴(yán)密的邏輯性。開設(shè)大學(xué)物理課程不僅要傳授物理知識(shí)，也要對(duì)學(xué)生進(jìn)行素質(zhì)教育、方法教育。掌握物理分析問題的思維方法，接受科學(xué)精神和科學(xué)方法的熏陶，可逐步培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、尊重客觀事實(shí)、勇于批判的科學(xué)精神。借助于現(xiàn)代化的教學(xué)軟件——云班課智能教學(xué)助手，課堂教學(xué)可采用靈活多樣的教學(xué)手段。課前發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)，課堂教學(xué)以互動(dòng)式教學(xué)模式展開，課堂互動(dòng)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生成為課堂的主體。為了實(shí)現(xiàn)良好的互動(dòng)，教師必須做足功課，不僅是備知識(shí)、備內(nèi)容，更要備教法、備設(shè)計(jì)，無形中增加了教師的工作量。云班課智能教學(xué)助手中不僅有舉手發(fā)言、頭腦風(fēng)暴、測(cè)試、投票問答等豐富的課堂活動(dòng)，更有強(qiáng)大的運(yùn)行后臺(tái)，能完成對(duì)學(xué)生參與各類教學(xué)活動(dòng)的監(jiān)督評(píng)價(jià)，學(xué)生參與所有活動(dòng)的數(shù)據(jù)都在后臺(tái)顯示，教師也可以導(dǎo)出全部數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)過程性評(píng)價(jià)。這樣的課堂，學(xué)生不再會(huì)覺得枯燥乏味，反而會(huì)增添學(xué)習(xí)的激情。

三是課堂采用項(xiàng)目制教學(xué)。項(xiàng)目制教學(xué)是以項(xiàng)目為主題展開課堂教學(xué)，項(xiàng)目名稱由全體物理教師共同研討決定，對(duì)不同專業(yè)開設(shè)不同項(xiàng)目。項(xiàng)目制教學(xué)設(shè)有課堂教學(xué)、學(xué)生制作和學(xué)生答辯三個(gè)環(huán)節(jié)。在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，教學(xué)內(nèi)容方面打亂教材章節(jié)的先后順序，由教師選出與項(xiàng)目相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解。在學(xué)生制作環(huán)節(jié)，采用以學(xué)生為主體、教師為導(dǎo)師的模式，翻轉(zhuǎn)課堂，讓學(xué)生成為課堂的主體，自主討論和研制新作品，提高學(xué)習(xí)效率。學(xué)生分為幾個(gè)小組，小組成員協(xié)作完成一件小作品，或設(shè)計(jì)出一個(gè)方案。在這個(gè)過程中，學(xué)生能夠逐漸深化對(duì)理論知識(shí)的理解，學(xué)生的動(dòng)手能力和整合知識(shí)的能力也能夠得到提高。同時(shí)，該環(huán)節(jié)可以營(yíng)造大學(xué)生積極參與科技創(chuàng)新活動(dòng)的濃厚氛圍，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、探索意識(shí)和實(shí)踐能力。在學(xué)生答辯環(huán)節(jié)，實(shí)行“把課堂還給學(xué)生”的模式，學(xué)生將制作的成果予以展示，這個(gè)過程采用學(xué)生自導(dǎo)、自演、自評(píng)的方式。答辯可以鍛煉學(xué)生利用PPT 有條理地講述自己想法的能力，有助于提高學(xué)生組織能力和語言表達(dá)能力，以及針對(duì)研究的問題進(jìn)行辯證的能力。同時(shí)，項(xiàng)目制教學(xué)還可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，啟發(fā)思維，開闊視野，為學(xué)科競(jìng)賽打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

項(xiàng)目制教學(xué)是一次大膽的嘗試，按照比例，教師可將所帶班級(jí)分為項(xiàng)目制教學(xué)班和非項(xiàng)目制教學(xué)班，這樣有助于比較不同模式下的教學(xué)效果。實(shí)踐表明：項(xiàng)目制教學(xué)對(duì)學(xué)生的考核更為全面，有助于突出學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位。目前，物理教師還在不斷地優(yōu)化項(xiàng)目制教學(xué)，使其更加合理化、人性化，這樣項(xiàng)目制教學(xué)才能向更多的班級(jí)推廣。

四是大學(xué)物理課程和大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程有機(jī)結(jié)合。物理是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，因此，本文探究了大學(xué)物理理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合的模式。為此，項(xiàng)目制教學(xué)班的大學(xué)物理課程和大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)由同一個(gè)教師擔(dān)任。同時(shí)，項(xiàng)目制教學(xué)的主題選擇應(yīng)以實(shí)驗(yàn)室為依托，大部分主題應(yīng)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相關(guān)。一方面，學(xué)生制作作品可以利用大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室的資源，如基礎(chǔ)工具和一些簡(jiǎn)單器材等；另一方面，實(shí)驗(yàn)室可以增設(shè)一些相關(guān)的開放性實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室作為學(xué)生開展研究活動(dòng)的場(chǎng)地，可實(shí)行全天開放措施，這樣也方便教師指導(dǎo)學(xué)生，進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)等，實(shí)驗(yàn)室的利用率也會(huì)大大提高。這種模式有助于實(shí)現(xiàn)大學(xué)物理和大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的有機(jī)結(jié)合，實(shí)驗(yàn)教學(xué)和理論教學(xué)相輔相成，成為一個(gè)不可分割的整體。

五是建設(shè)大學(xué)物理課程素材庫。指導(dǎo)學(xué)生完成競(jìng)賽作品，需要教師不斷地學(xué)習(xí)成長(zhǎng)、刻苦鉆研、自我革新、自我完善，提升專業(yè)素養(yǎng)和科研能力。教師在指導(dǎo)競(jìng)賽的過程中，可豐富經(jīng)驗(yàn)、積累案例，可以將這些科學(xué)研究和教學(xué)研究的成果融入課程教學(xué)中。對(duì)于物理科技創(chuàng)新大賽，教師可制作完成作品的圖片集和視頻集。對(duì)于項(xiàng)目制教學(xué)，教師可編寫講義集和習(xí)題集，建設(shè)一個(gè)個(gè)素材庫。在教學(xué)中，教師可隨時(shí)從素材庫中調(diào)取需要的內(nèi)容。素材庫的建立，可以豐富教學(xué)資源，學(xué)科競(jìng)賽可以有效推動(dòng)教學(xué)改革。

大學(xué)物理是一門十分重要的基礎(chǔ)課，大學(xué)物理教學(xué)需要不斷創(chuàng)新，以滿足學(xué)校的培養(yǎng)目標(biāo)和發(fā)展方向的需要?；趯W(xué)科競(jìng)賽，本文建立了大學(xué)物理課程和大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程有機(jī)結(jié)合的模式，建立了學(xué)科競(jìng)賽與教學(xué)改革互動(dòng)的模式。學(xué)科競(jìng)賽可使大學(xué)物理教學(xué)得到改革，教學(xué)質(zhì)量得到不斷提高。