大學(xué)物理課程的多維度教學(xué)探索與實(shí)踐

盧 宏，楊友昌，高慧昀，彭雙艷

（貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院理學(xué)院，貴州 畢節(jié) 551700）

大學(xué)物理是理工類大學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，承載著傳授物理知識、銜接專業(yè)課程、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重任。該門課程既為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程和解決實(shí)際問題提供了必要的物理基礎(chǔ)知識及常用的科學(xué)研究方法，又能深入理解唯物主義的世界觀，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索精神和創(chuàng)新意識。硅谷一些中學(xué)生見到馬斯克時(shí)問他，在大學(xué)里學(xué)什么才能成為企業(yè)家。馬斯克總是不假思索地說，像我一樣學(xué)物理，因?yàn)槟銜?huì)因此有一種最適合這個(gè)世界的思維方式。[1]但是，在實(shí)際“教”與“學(xué)”的過程中，不管是教師，還是學(xué)生都面臨著諸多困難，如何提升“教”的效果和“學(xué)”的效果一直是大學(xué)物理教師探討的熱門話題，特別是針對新建地方本科院校更是具有學(xué)生學(xué)情、硬件條件等方面的特殊性。本文針對大學(xué)物理教學(xué)過程中存在問題的普遍性和特殊性進(jìn)行新的教學(xué)模式探索和實(shí)踐，并取得了令人滿意的教學(xué)效果。

1 深度學(xué)情分析，正視“教”與“學(xué)”的痛點(diǎn)

1.1 學(xué)生物理和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱，自主學(xué)習(xí)能力不強(qiáng)

筆者對1582名學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：46%以上的學(xué)生喜歡物理，67.9%的學(xué)生覺得物理學(xué)習(xí)難度大。其中，70.7%的學(xué)生認(rèn)為數(shù)理基礎(chǔ)不夠扎實(shí)是導(dǎo)致物理難學(xué)的主要原因，75.8%的學(xué)生課后不會(huì)利用課堂所學(xué)知識解題，這些數(shù)據(jù)與教師在實(shí)際教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的問題高度契合。在對學(xué)生進(jìn)行學(xué)期初期的知識儲(chǔ)備和學(xué)習(xí)能力測試中，也發(fā)現(xiàn)學(xué)生的中學(xué)物理基礎(chǔ)和微積分計(jì)算能力薄弱的問題。另外，地方本科院校的大部分學(xué)生來自邊遠(yuǎn)農(nóng)村，由于各地基礎(chǔ)教育發(fā)展不平衡、不充分，在學(xué)生的養(yǎng)成教育的培養(yǎng)上也存在很大差距，主要表現(xiàn)在學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力不強(qiáng)，課堂上習(xí)慣于填鴨式教學(xué)，不思考、不敢問、不愿答現(xiàn)象嚴(yán)重。

1.2 理論教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合度不高，缺乏物理學(xué)研究方法的教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)問卷“你希望大學(xué)物理教學(xué)中增加哪些內(nèi)容”的調(diào)查結(jié)果顯示，72.73%的學(xué)生希望增加有趣的生活現(xiàn)象，65.66%的學(xué)生選擇實(shí)驗(yàn)演示或仿真實(shí)驗(yàn)，53.54%的學(xué)生選擇與專業(yè)相結(jié)合的實(shí)際應(yīng)用。調(diào)查問卷分析結(jié)果在一定程度上反映出物理知識理論學(xué)習(xí)與日常生活、實(shí)驗(yàn)、科技發(fā)展結(jié)合度不高，尤其是缺少與所學(xué)專業(yè)的多學(xué)科思維和物理學(xué)方法論的學(xué)習(xí)。

1.3 重視終結(jié)性教學(xué)評價(jià)，忽視過程性評價(jià)

大部分教師在教學(xué)過程中利用現(xiàn)代信息技術(shù)輔助教學(xué)活動(dòng)不充分，只注重期末考核，對如何有效開展過程性考核評價(jià)研究不深入，沒有制定可量化的評價(jià)指標(biāo)。許多教師還習(xí)慣利用傳統(tǒng)的信息反饋方式與學(xué)生溝通，課堂教學(xué)效果反饋不及時(shí)、不科學(xué)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)沒有壓力、滯后，課堂參與度低，學(xué)習(xí)獲得感差。

2 多元化教學(xué)設(shè)計(jì)，構(gòu)建鮮活教學(xué)生態(tài)

針對教學(xué)過程中存在的問題，本課程基于布魯姆認(rèn)知層次，以立德樹人為根本任務(wù)，從知識、能力、素養(yǎng)這三個(gè)維度確定大學(xué)物理課程的教學(xué)目標(biāo)：（1）系統(tǒng)掌握物理學(xué)的基本概念、原理和運(yùn)動(dòng)規(guī)律；熟悉物理交叉學(xué)科的理論前沿和發(fā)展動(dòng)態(tài)。（2）靈活運(yùn)用物理學(xué)基本理論和方法分析、解決生活現(xiàn)象和實(shí)際應(yīng)用問題；初步具有獨(dú)立獲取知識和團(tuán)結(jié)協(xié)作解決復(fù)雜工程問題的綜合能力和高級思維。（3）感受物理學(xué)之美，樹立辯證唯物主義的世界觀；樹立實(shí)事求是、開拓創(chuàng)新、精益求精的科學(xué)家精神；牢固樹立社會(huì)道德和法治意識；堅(jiān)定理想信念，厚植愛國情懷，樹立扎根西部、振興鄉(xiāng)村的實(shí)干精神。為了更好達(dá)成課程目標(biāo)，全面落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，本課程進(jìn)行多元化教學(xué)探索與實(shí)踐。

2.1 基于ETA認(rèn)知模式，重構(gòu)“五結(jié)合四貫通兩銜接”的教學(xué)內(nèi)容

基于ETA認(rèn)知模式，即實(shí)驗(yàn)物理（Experimental Physics）、理論物理（Theoretical Physics）、應(yīng)用物理（Applying Physics）認(rèn)知獨(dú)立交織的相互促進(jìn)循環(huán)關(guān)系[2，3]，重新優(yōu)化課程內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維和知識遷移創(chuàng)新能力。

在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，我們以培養(yǎng)學(xué)生批判性思維、知識遷移創(chuàng)新能力、道德素養(yǎng)為目標(biāo)，打破課程邊界，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容。結(jié)合物理學(xué)的自身知識結(jié)構(gòu)體系和不同專業(yè)對物理學(xué)知識的需求，將理論知識與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、生活現(xiàn)象、實(shí)際應(yīng)用、科學(xué)史話、科技前沿五個(gè)方面深入結(jié)合，把知識、能力、素質(zhì)、思政融合貫通，使新知識獲得心理意義，融進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)學(xué)生獲得感，將價(jià)值認(rèn)同寓于知識闡釋，將情感體驗(yàn)體驗(yàn)融于專業(yè)培養(yǎng)，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)在能力和德行，更好實(shí)現(xiàn)“三全育人”的培養(yǎng)目標(biāo)。同時(shí)注重大學(xué)物理和中學(xué)物理、專業(yè)課程的有效銜接，從學(xué)生熟知的中學(xué)物理內(nèi)容引入新課，對比強(qiáng)調(diào)兩者的異同和適用范圍；知識拓展部分，以所學(xué)大學(xué)物理知識進(jìn)行專業(yè)實(shí)際工程問題的案例分析。

在思政融合貫通上，注重科學(xué)思維方法的訓(xùn)練和科學(xué)倫理的教育，培養(yǎng)學(xué)生探索未知、追求真理、勇攀科學(xué)高峰的責(zé)任感和使命感[4-6]，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生感受物理學(xué)之美，樹立辯證唯物主義世界觀和實(shí)事求是、開拓創(chuàng)新、精益求精的科學(xué)家精神。在大學(xué)物理中深入挖掘課程思政元素，將自然辯證法、人文內(nèi)涵、科技動(dòng)態(tài)、物理學(xué)史，特別是地方科技發(fā)展、人文情懷、物理學(xué)家在貴州等有機(jī)融入教學(xué)內(nèi)容。例如，1939年到1946年那段特殊的年代，王淦昌先生在貴州遵義的浙江大學(xué)仍然不忘初心，以高尚的愛國精神，創(chuàng)新性地研究出了《An Suggestion on the Detection of the Neutrino》這樣諾貝爾量級的科研成果；在學(xué)習(xí)天文望遠(yuǎn)鏡知識部分，課前向?qū)W生推送天文學(xué)家南仁東先進(jìn)事跡報(bào)告會(huì)視頻，課上加以引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生民族自豪感，同時(shí)通過南仁東先生歷時(shí)12年給“天眼”選址的英雄事跡，培養(yǎng)學(xué)生不畏艱難、永攀高峰的品質(zhì)和社會(huì)責(zé)任擔(dān)當(dāng)精神。大學(xué)物理課程各單元具體思政元素如表1所示。

表1 課程思政元素表

2.2 打造“三階六環(huán)”督學(xué)、促學(xué)、導(dǎo)學(xué)模式，正向激勵(lì)、反向鞭策

本課程在過程與方法上，著力打造“三階六環(huán)”督學(xué)、促學(xué)、導(dǎo)學(xué)模式，正向激勵(lì)、反向鞭策。應(yīng)用BOPPPS+PBL+同伴教學(xué)法（或PI教學(xué)法）[7-10]，構(gòu)建鮮活教學(xué)生態(tài)，有效提升學(xué)生自主、合作探究學(xué)習(xí)能力?！叭A六環(huán)”教學(xué)模式是有機(jī)一融合在一起的?！叭A”是指課前、課中和課后三個(gè)階段一體化教學(xué)，“六環(huán)”即導(dǎo)入（Bridge）-學(xué)習(xí)目標(biāo)（Objective）-課前摸底（Pre-assessment）-參與式學(xué)習(xí)（Participatory Learning）-課后檢測（Post-assessment）-小結(jié)（Summary）等六個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，即所謂的“BOPPPS”。PBL即Problem-Based Learning”，即問題導(dǎo)向式學(xué)習(xí)。

課前進(jìn)行知識儲(chǔ)備和學(xué)習(xí)能力摸底測試，發(fā)布過程化引導(dǎo)的自主學(xué)習(xí)視頻和資料，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，逐步實(shí)現(xiàn)從“想學(xué)”“學(xué)會(huì)”再到“樂學(xué)”“會(huì)學(xué)”的轉(zhuǎn)變提升。

課中基于構(gòu)建主義理論的BOPPPS六階段教學(xué)方法，強(qiáng)化師生、生生互動(dòng)。結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，以有趣、有料的熱點(diǎn)問題、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等導(dǎo)入新課，堅(jiān)持真學(xué)真用，激發(fā)學(xué)生探索需求。為調(diào)動(dòng)學(xué)生課堂參與性，實(shí)時(shí)了解學(xué)習(xí)效果，我們采用同伴學(xué)習(xí)法，將揉碎原有教學(xué)單元，將每節(jié)內(nèi)容打碎重組成多個(gè)知識點(diǎn)，進(jìn)行雙向?qū)崟r(shí)教學(xué)效果反饋，對學(xué)生進(jìn)行正向激勵(lì)、反向鞭策。

課后設(shè)置“基礎(chǔ)知識鞏固、應(yīng)用拓展提升、小組研究課題”三類作業(yè)。利用已構(gòu)建的習(xí)題庫發(fā)布鞏固類作業(yè)，同時(shí)構(gòu)建思維導(dǎo)圖形成系統(tǒng)認(rèn)知；拓展提升，引導(dǎo)學(xué)生查閱資料，增加知識的廣度和深度；借助中國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽題目和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目進(jìn)行小組研究課題，培養(yǎng)學(xué)生的合作交流、知識遷移和創(chuàng)新科研能力。同時(shí)增設(shè)“你問我答之挑戰(zhàn)王”“小組任務(wù)之擂臺(tái)賽”“小組展示之閃閃亮”，創(chuàng)設(shè)爭先創(chuàng)優(yōu)、你追我趕的學(xué)習(xí)環(huán)境，有效盤活知識，提升自主、合作、探究學(xué)習(xí)能力。

2.3 制定共性與個(gè)性相結(jié)合的多元化評價(jià)體系，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性化發(fā)展

本課程注重過程性和個(gè)體發(fā)展性評價(jià)，搭建表2所示的共性與個(gè)性相結(jié)合的多元化考核評價(jià)體系。

表2 課程考核評價(jià)方式

多元化評價(jià)體系包含課堂討論的雙向及時(shí)性過程評價(jià)、線上平時(shí)作業(yè)的課后階段性過程評價(jià)、在線考試的章節(jié)階段性過程評價(jià)、期末考試的終結(jié)性評價(jià)、論文匯報(bào)和科技活動(dòng)的靈活創(chuàng)新性評價(jià)方式。閉卷考試重點(diǎn)考核學(xué)生對基本知識、重難點(diǎn)知識的理解和應(yīng)用情況；過程性評價(jià)主要考核學(xué)生基本概念、分析問題、獨(dú)立思考并解決問題的能力和踐行科學(xué)精神、科學(xué)家精神等課程思政相關(guān)內(nèi)容的達(dá)成情況。利用網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)功能持續(xù)跟蹤學(xué)生個(gè)體學(xué)習(xí)的動(dòng)態(tài)，促進(jìn)不同層次學(xué)生的個(gè)性化均衡發(fā)展。

三、改革實(shí)踐成效

通過對礦業(yè)類專業(yè)學(xué)生大學(xué)物理中持續(xù)實(shí)施教學(xué)改革與實(shí)踐，創(chuàng)造師生互動(dòng)的和諧教學(xué)環(huán)境，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣逐年提高，課堂氛圍明顯好轉(zhuǎn)，學(xué)習(xí)投入程度顯著提高，學(xué)習(xí)成績和思辨能力得到有效提升。具體成績分析如圖1所示。

圖1 礦業(yè)類學(xué)生成績分析統(tǒng)計(jì)圖

由圖1可見，自2018年到2021年，學(xué)生優(yōu)秀率由4.08%提高到8.08%，不及格率由46.94%降低為23.23%。近三年有60余人次獲得省級及以上物理類學(xué)術(shù)競賽獎(jiǎng)勵(lì)。學(xué)生對教師教學(xué)的認(rèn)可度也大大提高，近三年學(xué)生評教均分92.8分以上，高于專業(yè)平均得分；最近一學(xué)期學(xué)生評教得分93.61，學(xué)校教學(xué)評價(jià)均得分95，列全校前5%。

四、結(jié)論

以高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo)，堅(jiān)持“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的育人理念，構(gòu)建了多維度模塊化教學(xué)模式。通過打造課前、課中、課后一體化的三階六環(huán)督學(xué)、促學(xué)、導(dǎo)學(xué)模式，打破了課堂沉默，煥發(fā)了課堂生機(jī)，激發(fā)了學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣?；贓TA認(rèn)知模式，依托大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽和特色雙創(chuàng)教育體系，實(shí)現(xiàn)了知識、能力、素養(yǎng)與思政在大學(xué)物理課程中的多向貫通，確保了育人效果。充分利用智慧教學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)“教”與“學(xué)”效果的及時(shí)反饋，使得同伴教學(xué)法、過程性評價(jià)在課堂教學(xué)中得以有效實(shí)施，既有利于教學(xué)模式的改革，又利于教學(xué)效果的科學(xué)評價(jià)的實(shí)現(xiàn)。