高校項(xiàng)目式物理課堂改革的研究

林斯樂(lè) 連赟猛

(福建農(nóng)林大學(xué)金山學(xué)院 福建 福州 350001)

引言

在高校的課程設(shè)置中，普通物理是理工科學(xué)生的公共基礎(chǔ)課[1]。物理學(xué)是一切自然科學(xué)的基礎(chǔ)，其主要作用是幫助學(xué)生建立自然科學(xué)基礎(chǔ)理論，以便更好的學(xué)習(xí)專業(yè)課內(nèi)容[2]。對(duì)于物理專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，通過(guò)一定量的數(shù)學(xué)、物理習(xí)題訓(xùn)練，使得自己掌握物理學(xué)相關(guān)定律，是很重要的學(xué)習(xí)過(guò)程；然而，對(duì)于其他非物理學(xué)專業(yè)的理工科學(xué)生，相關(guān)的數(shù)學(xué)物理訓(xùn)練可能存在難度大、缺乏專業(yè)課銜接等問(wèn)題[3]。從學(xué)以致用的角度來(lái)說(shuō)，學(xué)生經(jīng)歷物理解題訓(xùn)練不容易對(duì)物理產(chǎn)生興趣，影響了物理教學(xué)效果[4-5]。針對(duì)普通物理的應(yīng)用型課程改革，不但有利于非物理學(xué)專業(yè)的理工科學(xué)生掌握必備的物理學(xué)知識(shí)，而且能夠訓(xùn)練他們把物理學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)生活中去[6-8]。

工程師的工作重點(diǎn)是解決一系列生產(chǎn)異常問(wèn)題，當(dāng)前高校中，普通物理的傳統(tǒng)教學(xué)模式無(wú)法服務(wù)于以工程師為培養(yǎng)目標(biāo)的教學(xué)過(guò)程，更加突出了傳統(tǒng)普通物理課程的不合理性，使得高校物理課程處于尷尬的地位[9]。而應(yīng)用型課程的改革，恰好可以解決這個(gè)問(wèn)題[10-12]。

本文將以“靜電場(chǎng)”為例，介紹針對(duì)普通物理的項(xiàng)目式課堂改革的措施和研究成果。將學(xué)生分為空白組和實(shí)驗(yàn)組，通過(guò)對(duì)靜電場(chǎng)的相關(guān)知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行項(xiàng)目式教學(xué)改革，分析教學(xué)效果。

1 普通物理課程改革措施——以靜電場(chǎng)章節(jié)教學(xué)為例

根據(jù)當(dāng)代教學(xué)理論，學(xué)生是課堂教學(xué)的主體，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)可以為學(xué)生創(chuàng)造沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)，進(jìn)而完成既定教學(xué)目標(biāo)。

項(xiàng)目式課堂要求學(xué)生在組隊(duì)參與項(xiàng)目的過(guò)程中，完成各自負(fù)責(zé)的子任務(wù)，共同推動(dòng)項(xiàng)目的最終完成。其改革措施主要是減少傳統(tǒng)習(xí)題講解，增加貼近生活、貼近教學(xué)班專業(yè)特點(diǎn)的實(shí)例分析以及必要的訓(xùn)練。應(yīng)注意的是，雖然是針對(duì)應(yīng)用實(shí)踐能力的培養(yǎng)，但并不是意味著物理基礎(chǔ)知識(shí)的講解可以忽視，因此實(shí)例分析安排在基礎(chǔ)知識(shí)的講解之后。在實(shí)際操作中，以電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生組成2個(gè)教學(xué)班。顯然，普通物理的諸多章節(jié)中，“靜電場(chǎng)”、“穩(wěn)恒磁場(chǎng)”、“變化的電磁場(chǎng)”這3章內(nèi)容跟教學(xué)班的專業(yè)最為接近。因此，以“靜電場(chǎng)”相關(guān)知識(shí)的實(shí)踐鍛煉為主要訓(xùn)練內(nèi)容。具體來(lái)說(shuō)，“靜電場(chǎng)”共安排8個(gè)學(xué)時(shí)，其中傳統(tǒng)理論教學(xué)4個(gè)學(xué)時(shí)(庫(kù)侖定律、高斯定理、環(huán)路定理、電勢(shì)、靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體)，后4個(gè)學(xué)時(shí)安排應(yīng)用型教學(xué)內(nèi)容。

在總學(xué)時(shí)中插入了項(xiàng)目式教學(xué)內(nèi)容，傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容中涉及到難度較高的，微積分、矢量分析較復(fù)雜的內(nèi)容將被刪減。

特別的，首先建立課堂文化對(duì)于項(xiàng)目式教學(xué)效果具有重大意義?；镜慕虒W(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)思路為先通過(guò)建立安全、開(kāi)放的課堂文化，讓學(xué)生敢于提問(wèn)，敢于發(fā)表觀點(diǎn)。再通過(guò)頭腦風(fēng)暴的形式激活學(xué)生的思路，豐富學(xué)生完成項(xiàng)目的素材。最后通過(guò)學(xué)生的分組作業(yè)，完善作品后在課堂上分享。

1.1 建立課堂文化

適當(dāng)?shù)恼n堂文化會(huì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，鼓勵(lì)學(xué)生提出問(wèn)題和分享觀點(diǎn)。特別是面對(duì)內(nèi)斂的學(xué)生，羞于提出自己的意見(jiàn)，不利于后續(xù)頭腦風(fēng)暴活動(dòng)的開(kāi)展。另一方面，作為公共基礎(chǔ)課，高校物理課堂的教學(xué)班學(xué)生人數(shù)較多，傳統(tǒng)課堂文化很難兼顧到每個(gè)學(xué)生，讓每個(gè)學(xué)生能夠分享自己的觀點(diǎn)。

利用適合的信息化線下教學(xué)工具則可以克服上述的難題，建立開(kāi)放的課堂文化。例如雨課堂可以實(shí)現(xiàn)以學(xué)生提交標(biāo)簽的形式，收集學(xué)生的問(wèn)題和觀點(diǎn)。雨課堂標(biāo)簽展示的形式是匿名的，學(xué)生提交的時(shí)候并沒(méi)有心理負(fù)擔(dān)。

特別的，對(duì)于錯(cuò)誤的觀點(diǎn)，教師應(yīng)以幽默的方式介紹，點(diǎn)到為止，鼓勵(lì)更多的學(xué)生發(fā)表更多的觀點(diǎn)。在課堂氛圍熱烈后，鼓勵(lì)更多的學(xué)生直接發(fā)言，分享觀點(diǎn)。

在建立課堂文化之后，教師只要進(jìn)行點(diǎn)到即止的指導(dǎo)與評(píng)價(jià)，學(xué)生就能繼續(xù)發(fā)表自己的觀點(diǎn)，為后續(xù)的頭腦風(fēng)暴和項(xiàng)目的最終達(dá)成打好基礎(chǔ)。

1.2 頭腦風(fēng)暴

解決同一個(gè)問(wèn)題，方法和手段可以有多種。通過(guò)頭腦風(fēng)暴，學(xué)生能夠想出多種多樣的解決問(wèn)題的思路，這些思路又能夠激發(fā)更多的思路。因此，這一階段主要讓學(xué)生收集完成項(xiàng)目的所需素材。

頭腦風(fēng)暴階段，教師應(yīng)具體的提出一個(gè)或幾個(gè)待解決的問(wèn)題，并告知學(xué)生這些問(wèn)題即為項(xiàng)目的主題。例如，針對(duì)靜電場(chǎng)教學(xué)內(nèi)容，可以設(shè)計(jì)的問(wèn)題有：如何利用靜電場(chǎng)原理，設(shè)計(jì)一款可以攀爬玻璃墻面的手套。該例題涉及到“尖端放電”、“電場(chǎng)中的電介質(zhì)”、“庫(kù)侖定律”等知識(shí)點(diǎn)。

1.3 分組任務(wù)與展示

分組任務(wù)以課后作業(yè)形式進(jìn)行，每個(gè)小組指派一位學(xué)生為負(fù)責(zé)人，推進(jìn)項(xiàng)目進(jìn)度。

展示環(huán)節(jié)在課堂上進(jìn)行，每個(gè)小組輪流介紹各自的項(xiàng)目方案。其他組同學(xué)可以提問(wèn)，質(zhì)疑。

1.4 總結(jié)

教師對(duì)各組項(xiàng)目方案點(diǎn)評(píng)，總結(jié)出可靠方案。

2 課程改革效果與分析

為了評(píng)估項(xiàng)目式教學(xué)的成果，講學(xué)生分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，共2個(gè)教學(xué)班分別進(jìn)行教學(xué)。僅對(duì)實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行應(yīng)用型教學(xué)，對(duì)空白對(duì)照組學(xué)生進(jìn)行傳統(tǒng)教學(xué)。

2.1 建立評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)分為小組整體評(píng)估，和每個(gè)學(xué)生的評(píng)估，其權(quán)重與細(xì)節(jié)如表1所示。參與實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生，項(xiàng)目式課程評(píng)分作為平時(shí)成績(jī)的一部分。

表1 項(xiàng)目式課程評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

在后續(xù)的課程建設(shè)中，可以擴(kuò)大項(xiàng)目式課程的范圍，增高項(xiàng)目式課程的學(xué)時(shí)，并將項(xiàng)目式課程評(píng)分作為平時(shí)成績(jī)，同時(shí)降低期末考試成績(jī)的比重。

2.2 討論課分析

討論課以翻轉(zhuǎn)課堂的形式進(jìn)行，以“如何用靜電箱運(yùn)送劇毒帶電物質(zhì)”為題，引導(dǎo)學(xué)生分組討論，后由學(xué)生上臺(tái)分享。

在翻轉(zhuǎn)課堂的討論中，學(xué)生普遍能夠想到利用靜電力的平衡來(lái)固定搬運(yùn)物質(zhì)，但對(duì)于靜電箱內(nèi)的電荷移動(dòng)缺乏認(rèn)識(shí)。教師通過(guò)引導(dǎo)討論，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到靜電力的平衡，和電荷的自由移動(dòng)。

2.3 期末總評(píng)調(diào)整

為評(píng)估項(xiàng)目式教學(xué)效果，在期末試卷中設(shè)置相關(guān)應(yīng)用型問(wèn)題，更能夠檢查學(xué)生是否掌握“應(yīng)用基礎(chǔ)理論解決實(shí)際問(wèn)題”的技能。試卷中設(shè)置的問(wèn)題是：如何設(shè)計(jì)一個(gè)靠電磁吸引的手套。該問(wèn)題是簡(jiǎn)答題，學(xué)生需要寫(xiě)出具體的做法，畫(huà)出原理圖。考察的知識(shí)點(diǎn)是“庫(kù)侖定律”、“導(dǎo)體中的電荷”、“尖端放電”。問(wèn)題相關(guān)知識(shí)點(diǎn)在傳統(tǒng)理論教學(xué)過(guò)程也重點(diǎn)介紹過(guò)，因此接受傳統(tǒng)教學(xué)模式的對(duì)照組學(xué)生也有能力作答。

通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)組和空白組學(xué)生的得分情況，可以評(píng)估項(xiàng)目式教學(xué)的效果。

3 總結(jié)

對(duì)于應(yīng)用型高校， 普通物理的課程培養(yǎng)模式應(yīng)該做出適當(dāng)調(diào)整，以適應(yīng)新階段培養(yǎng)目標(biāo)。經(jīng)過(guò)對(duì)比，傳統(tǒng)的普通物理教學(xué)模式(理論教學(xué)、答題考試)培養(yǎng)的學(xué)生不擅長(zhǎng)將理論知識(shí)應(yīng)用到具體實(shí)踐問(wèn)題，其應(yīng)用型問(wèn)題的評(píng)分較低；而在課程中加入應(yīng)用型內(nèi)容講解和訓(xùn)練的學(xué)生在應(yīng)用型問(wèn)題的評(píng)分相對(duì)較高。因此，在普通物理課程中融入應(yīng)用型的課程內(nèi)容，對(duì)于提高教學(xué)質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用。同時(shí)，也是應(yīng)用型高校的培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成的重要手段之一，對(duì)普通物理課程未來(lái)的改革發(fā)展有重大的意義。